JP2847843B2 - Thermal expansion measuring device for semiconductor integrated circuit - Google Patents

Thermal expansion measuring device for semiconductor integrated circuit

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JP2847843B2
JP2847843B2 JP749490A JP749490A JP2847843B2 JP 2847843 B2 JP2847843 B2 JP 2847843B2 JP 749490 A JP749490 A JP 749490A JP 749490 A JP749490 A JP 749490A JP 2847843 B2 JP2847843 B2 JP 2847843B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、半導体集積回路等の通電動作時に発熱によ
り生ずる熱膨脹、そり等の熱変形等を測定する熱膨脹測
定装置に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal expansion measuring device for measuring thermal expansion, warpage, and other thermal deformation caused by heat generation during energizing operation of a semiconductor integrated circuit or the like.

[従来技術] 従来、半導体集積回路(LSI)の通電時にどれだけ熱
膨脹が生じているか、どれだけの熱変形が生じているか
を高速に簡便に測定する良い方法はなく、例えば接触式
の変位計で直接測定するか、発熱量を放射温度計で温度
を測定し、半導体集積回路の内部の温度勾配を仮定し、
また半導体集積回路の形状から境界条件を設定すること
により、各部位での変位を計算により求める等の間接的
な方法しか存在しなかった。
[Prior art] Conventionally, there is no good method for quickly and easily measuring how much thermal expansion is occurring and how much thermal deformation is occurring when a semiconductor integrated circuit (LSI) is energized. Or measure the heating value with a radiation thermometer, assuming the temperature gradient inside the semiconductor integrated circuit,
In addition, there has been only an indirect method such as calculating the displacement at each part by calculating the boundary condition from the shape of the semiconductor integrated circuit.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、従来の変位計等で半導体集積回路の熱
膨脹を測定することは、半導体集積回路上の微小な領域
を指定することが困難であるため、精密には不可能であ
った。
[Problems to be Solved by the Invention] However, it is difficult to measure the thermal expansion of the semiconductor integrated circuit with a conventional displacement meter or the like because it is difficult to specify a small area on the semiconductor integrated circuit. It was possible.

また、放射温度計により半導体集積回路に存在してい
る温度分布を測定することによって発熱量を求め、熱伝
導方程式を作り、そこから、熱流を計算し、熱膨脹によ
る熱変形を推定する方法は、直接変位量を測定している
わけではないので、熱膨脹量の正しい値を与えていると
は言えなかった。
In addition, a method of estimating the heat generation by measuring the temperature distribution existing in the semiconductor integrated circuit with a radiation thermometer, creating a heat conduction equation, calculating the heat flow therefrom, and estimating the thermal deformation due to thermal expansion, Since the displacement was not directly measured, it could not be said that the correct value of the thermal expansion was given.

本発明は、上述した問題点を解決するためになされた
ものであり、半導体集積回路上に発生する通電時におけ
る熱膨脹或いは熱収縮により生ずるそり、歪み等の変位
量或いは半導体集積回路に発生している変形の様子等を
迅速に且つ精密に測定する装置を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and a displacement amount such as warpage or distortion caused by thermal expansion or thermal contraction during energization generated on a semiconductor integrated circuit or a semiconductor integrated circuit. It is an object of the present invention to provide a device for quickly and precisely measuring the state of a deformation or the like.

[課題を解決するための手段] この目的を達成するため、本発明の半導体集積回路の
熱膨脹量測定装置は、半導体集積回路の各通電線に対し
て信号電流を流す電気的接触手段と、同半導体集積回路
を電気的に動作させ、上記電気的接続手段を通して信号
電流を制御する駆動制御手段と、上記電流により生ずる
半導体集積回路上の熱膨脹による変位量を任意の微小領
域毎に測定するヘテロダイン測定手段と、を備えてい
る。
Means for Solving the Problems In order to achieve this object, a thermal expansion measuring device for a semiconductor integrated circuit according to the present invention includes an electric contact unit for flowing a signal current to each conducting line of the semiconductor integrated circuit; Drive control means for electrically operating the semiconductor integrated circuit and controlling the signal current through the electrical connection means, and heterodyne measurement for measuring the amount of displacement caused by thermal expansion on the semiconductor integrated circuit caused by the current for each small area Means.

[作用] 上記構成により本発明においては、電気的接触手段が
半導体集積回路の各通電線に接触する。駆動制御手段が
半導体集積回路を電気的に動作させ、上記電気的接続手
段を通して信号電流を制御する。このため、半導体集積
回路の温度が上昇し、その表面の任意微小領域の位置変
化がヘテロダイン測定手段により高精度に測定される。
[Operation] According to the present invention, the electric contact means contacts each energizing line of the semiconductor integrated circuit. The drive control means electrically operates the semiconductor integrated circuit, and controls the signal current through the electrical connection means. For this reason, the temperature of the semiconductor integrated circuit rises, and the position change of any small area on the surface thereof is measured with high accuracy by the heterodyne measuring means.

[実施例] 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して
説明する。
[Embodiment] An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図には基本的な機能ブロック図を示す。以下、第
1図の説明をする。
FIG. 1 shows a basic functional block diagram. Hereinafter, FIG. 1 will be described.

測定用の半導体集積回路が、電気的接触機能をもった
ソケット等の固定台に取り付けられ、これらはコンピュ
ータから制御された半導体試料用の電源及び各種信号制
御回路により電気的に制御されるようになっている。更
に該半導体集積回路固定部は、X,Y,Z軸の位置移動制御
用のテーブル等の移動手段により、自由に移動できるよ
うになっている。
A semiconductor integrated circuit for measurement is mounted on a fixed base such as a socket having an electrical contact function, and these are electrically controlled by a power supply for a semiconductor sample controlled from a computer and various signal control circuits. Has become. Further, the fixed portion of the semiconductor integrated circuit can be freely moved by moving means such as a table for controlling the position movement of the X, Y and Z axes.

また、これらの位置移動手段は、コンピュータから位
置制御されている。半導体集積回路は、第2図に示すよ
うな光学系によって、変位或いは表面上の凹凸等の表面
情報をレーザ光を用いることで測定される。測定は、光
信号を電気信号に変換し、信号処理回路を通じてコンピ
ュータへ入力され、コンピュータは、付属のROM,RAMを
用いて測定データを処理し、最終的にCRT等のデータ表
示部に出力するようになっている。以上が第1図におけ
るブロック図の概略である。
The position of these position moving means is controlled by a computer. In a semiconductor integrated circuit, surface information such as displacement or unevenness on the surface is measured using an optical system as shown in FIG. 2 by using laser light. In the measurement, the optical signal is converted into an electric signal and input to a computer through a signal processing circuit. The computer processes the measured data using an attached ROM and RAM, and finally outputs the data to a data display unit such as a CRT. It has become. The above is the outline of the block diagram in FIG.

次に光学系の部分について第2図を中心に述べる。 Next, the optical system will be described mainly with reference to FIG.

第2図において、レーザ光源(10)から出力された直
線偏光のレーザ光には、アイソレータ(12)を経て偏光
ビームスプリッタ(14)へ到達し、第2図の紙面に平行
な振動面を有するP偏光と第2図の紙面に直角な振動面
を有するS偏光とに分割される。この時上記レーザ光の
振動面は、第1図の紙面に対して45゜傾斜させられる。
2, the linearly polarized laser light output from the laser light source (10) reaches the polarization beam splitter (14) via the isolator (12) and has a vibration plane parallel to the paper surface of FIG. It is split into P-polarized light and S-polarized light having a vibration plane perpendicular to the plane of FIG. At this time, the vibrating surface of the laser light is inclined by 45 ° with respect to the plane of FIG.

上記P偏光は、上記レーザ光と同じ周波数f0を有し、
ミラー16に反射され且つ偏光ビームスプリッタ(18)を
通過させられる。また上記S偏光は、ミラー(20)によ
り反射された後、音響光学変調器(22)及び(24)を通
過させられて周波数+f1及び−f2のシフトを受けること
により周波数f0+f1−f2とされ、その後、偏光ビームス
プリッタ(18)に入射する。この偏光ビームスプリッタ
(18)において、上記周波数シフトを受けたS偏光の光
束と上記P偏光の光束とが重ね合わされた後、無偏光ビ
ームスプリッタ(26)において2分される。
The P-polarized light has the same frequency f 0 as the laser light,
The light is reflected by the mirror 16 and passed through the polarizing beam splitter (18). After being reflected by the mirror (20), the S-polarized light passes through the acousto-optic modulators (22) and (24) and undergoes a shift of frequencies + f 1 and −f 2 , so that the frequencies f 0 + f 1. −f 2, and thereafter enter the polarization beam splitter (18). In the polarization beam splitter (18), the S-polarized light beam having undergone the frequency shift and the P-polarized light beam are superimposed and then split into two in the non-polarized beam splitter (26).

上記無偏光ビームスプリッタ(26)により反射された
光は、偏光軸を45゜傾斜させて配設された偏光子(28)
を通過させられることにより、P偏光及びS偏光の相互
干渉した光、即ち基準ビート周波数fB=(=|f1−f2|)
を有する基準ビート光が基準ビート光センサ(30)によ
り検出される。このため、周波数fBの基準ビート信号Sf
Bが基準ビート光センサ(30)から出力される。無偏光
ビームスプリッタ(26)を透過した光は、無偏光ビーム
スプリッタ(32)において更に2分される。以下、無偏
光ビームスプリッタ(32)を透過した光束を第1の光束
と言い、無偏光ビームスプリッタ(32)により反射され
た光束を第2の光束と言う。
The light reflected by the non-polarizing beam splitter (26) is converted into a polarizer (28) with a polarization axis inclined by 45 °.
, The light that has caused the P-polarized light and the S-polarized light to interfere with each other, that is, the reference beat frequency f B = (= | f 1 −f 2 |)
Is detected by the reference beat light sensor (30). Therefore, the reference beat signal Sf of the frequency f B
B is output from the reference beat light sensor (30). The light transmitted through the non-polarizing beam splitter (26) is further divided into two by the non-polarizing beam splitter (32). Hereinafter, the light beam transmitted through the non-polarization beam splitter (32) is referred to as a first light beam, and the light beam reflected by the non-polarization beam splitter (32) is referred to as a second light beam.

上記第1の光束は、半導体集積回路(34)の表面(反
射面)、対物レンズ(36)と一体的に配設されたミラー
(38)、対物レンズ(36)の上方に配置された偏光ビー
ムスプリッタ(40)等により構成された第1のヘテロダ
イン干渉系に入射させられる。
The first light flux includes a surface (reflection surface) of the semiconductor integrated circuit (34), a mirror (38) provided integrally with the objective lens (36), and polarized light placed above the objective lens (36). The light is made incident on a first heterodyne interference system constituted by a beam splitter (40) and the like.

また、上記第2の光束は、対物レンズ(36)と一体的
に配設されたミラー(42)、位置固定のミラー(44)、
偏光ビームスプリッタ(46)などにより構成された第2
のヘテロダイン干渉光学系に入射させられる。
In addition, the second light flux includes a mirror (42) provided integrally with the objective lens (36), a mirror (44) having a fixed position,
Second composed of a polarizing beam splitter (46)
To the heterodyne interference optical system.

上記第1のヘテロダイン干渉光学系において、周波数
f0のP偏光と周波数f0+f1−f2のS偏光との合成波であ
る第1の光束は、偏光ビームスプリッタ(40)により先
ず分割される。偏光ビームスプリッタ(40)を透過した
P偏光は、λ/4板(50)を透過させられることにより円
偏光に変換された後、対物レンズ(36)を通して半導体
集積回路の表面に集光される。この半導体集積回路34)
の表面からの反射光は、上記対物レンズ(36)を経てλ
/4板(50)を通過させられることにより、もとのP偏光
に対して振動面が90゜回転した偏光、即ち、S偏光に変
換されるので、偏光ビームスプリッタ(40)により反射
され、偏光子(52)に到達する。上記半導体集積回路
(34)の表面からの反射光は、該表面上のAl細線や保護
膜などの凹凸による位相シフト及び散乱を受けている。
In the first heterodyne interference optical system, the frequency
first beam is a composite wave of the P-polarized light and the frequency f 0 + f 1 -f 2 of the S-polarized light of the f 0 is first divided by the polarization beam splitter (40). The P-polarized light transmitted through the polarization beam splitter (40) is converted into circularly polarized light by being transmitted through the λ / 4 plate (50), and then is condensed on the surface of the semiconductor integrated circuit through the objective lens (36). . This semiconductor integrated circuit 34)
The reflected light from the surface of
By passing through the / 4 plate (50), the vibration plane is converted into the polarized light rotated by 90 ° with respect to the original P-polarized light, that is, converted into the S-polarized light, and is reflected by the polarizing beam splitter (40). Reach the polarizer (52). The light reflected from the surface of the semiconductor integrated circuit (34) is subjected to phase shift and scattering due to unevenness of the Al fine wire and the protective film on the surface.

前記第1の高速のうち、偏光ビームスプリッタ(40)
により反射されたS偏光は、位置固定のミラー(48)に
より反射されてλ/4板(50)を通過させられることによ
り円偏光に変換された後、集光レンズ(54)を通してミ
ラー(38)の表面に集光される。このミラー(38)から
の反射光は、再び上記集光レンズ(54)を経てλ/4板
(50)を通過させられることにより、もとのS偏光に対
して振動面が90゜回転した偏光、即ち、P偏光に変換さ
れるので、偏光ビームスプリッタ(40)を透過し、偏光
子(52)に到達する。この偏光子(52)の偏光軸は上記
S偏光及びP偏光の振動面よりも45゜傾斜させられてい
るから、偏光子(52)を透過した光にはP偏光及びS偏
光によるヘテロダイン干渉が発生し、この干渉光が第1
計測ビート光センサ(56)により検出される。この第1
計測ビート光センサ(56)は、複数個からなり、それぞ
れの位置から周波数がfWであって、わずかにそれらの信
号間に位相差が生じている信号SfWA,SfWB,SfWC,SfWD,Sf
WEが出力される。これらの信号は、半導体集積回路の表
面から反射された反射光の波面を測定するのに用いられ
る。
A polarization beam splitter (40) of the first high speed
The S-polarized light reflected by the mirror is reflected by a mirror (48) whose position is fixed, is converted into circularly polarized light by passing through a λ / 4 plate (50), and then is converted into a mirror (38) through a condenser lens (54). ) Is collected on the surface. The reflected light from the mirror (38) passes through the λ / 4 plate (50) again through the condenser lens (54), so that the vibration plane is rotated by 90 ° with respect to the original S-polarized light. Since the light is converted to polarized light, that is, P-polarized light, it passes through the polarizing beam splitter (40) and reaches the polarizer (52). Since the polarization axis of the polarizer (52) is inclined by 45 ° with respect to the vibration plane of the S-polarized light and the P-polarized light, heterodyne interference due to the P-polarized light and the S-polarized light is generated in the light transmitted through the polarizer (52). And this interference light is
It is detected by the measurement beat light sensor (56). This first
Measurement beat light sensor (56) consists of a plurality, the frequency from the respective position a f W, the signal phase difference between the signals slightly occurs Sf WA, Sf WB, Sf WC , Sf WD , Sf
WE is output. These signals are used to measure the wavefront of the light reflected from the surface of the semiconductor integrated circuit.

前記第2のヘテロダイン干渉光学において、周波数f0
のP偏光と周波数f0+f1−f2のS偏光との合成波である
第2の光束は、ミラー(33)により反射された後、偏光
ビームスプリッタ(46)により先ず分割される。偏光ビ
ームスプリッタ(46)を透過したP偏光は、λ/4板(5
6)を通過させられることにより円偏光に変換された
後、集光レンズ(60)を通してミラー(42)の表面に集
光される。このミラー(42)からの反射光は、上記集光
レンズ(60)を経てλ/4板(58)を再び通過させられる
ことにより、もとのP偏光に対して振動面90゜回転した
偏光、即ち、S偏光に変換されるので、偏光ビームスプ
リッタ(46)により反射され、偏光子(62)に到達す
る。
In the second heterodyne interference optics, the frequency f 0
The second light flux, which is a composite wave of the P-polarized light and the S-polarized light of the frequency f 0 + f 1 −f 2 , is reflected by the mirror (33), and is first split by the polarizing beam splitter (46). The P-polarized light transmitted through the polarizing beam splitter (46) is a λ / 4 plate (5
After being converted into circularly polarized light by passing through 6), the light is condensed on the surface of the mirror (42) through the condenser lens (60). The reflected light from the mirror (42) is again passed through the λ / 4 plate (58) through the condenser lens (60), whereby the polarized light rotated 90 ° on the vibration plane with respect to the original P polarized light. That is, since the light is converted into S-polarized light, it is reflected by the polarizing beam splitter (46) and reaches the polarizer (62).

一方、偏光ビームスプリッタ(46)により反射された
S偏光は、λ/4板(64)を通過させられることにより円
偏光に変換された後、集光レンズ(66)を通して位置固
定のミラー(44)の表面に集光される。このミラー(4
4)からの反射光は、再び上記集光レンズ(66)によ
り、もとのS偏光に対して振動面が90゜回転した偏光、
即ち、P偏光に変換されるので、偏光ビームスプリッタ
(46)を透過し、偏光子(62)に到達する。この偏光子
(62)の偏光軸は上記S偏光及びP偏光の振動面よりも
45゜傾斜させられているから、偏光子(62)を透過した
光にはP偏光及びS偏光によるヘテロダイン干渉が発生
し、この干渉光が第2計測ビート光センサ(68)により
検出され、周波数がfDの第2計測ビート信号SfDが出力
される。
On the other hand, the S-polarized light reflected by the polarization beam splitter (46) is converted into circularly polarized light by passing through a λ / 4 plate (64), and then is passed through a condenser lens (66) to a fixed mirror (44). ) Is collected on the surface. This mirror (4
The reflected light from 4) is again polarized by the condensing lens (66) with the vibration plane rotated by 90 ° with respect to the original S-polarized light,
That is, since the light is converted into P-polarized light, it is transmitted through the polarizing beam splitter (46) and reaches the polarizer (62). The polarization axis of the polarizer (62) is higher than the vibration plane of the S-polarized light and the P-polarized light.
Since the light is transmitted through the polarizer (62), heterodyne interference due to P-polarized light and S-polarized light is generated, and the interference light is detected by the second measurement beat light sensor (68). There second measurement beat signal Sf D of f D is output.

前記対物レンズ(36)は、レンズアクチュエータ(7
0)によって光軸方向へ位置決めされ得るようになって
いる。即ち、位置固定の機枠(72)には、光束を通過さ
せるための貫通穴(73),(74),(75)が形成されて
おり。中央の貫通穴(74)と同心に円筒状のレンズアク
チュエータ(70)が吊り下げられるとともに、このレン
ズアクチュエータ(70)の下端部に対物レンズ(36)を
保持するレンズ保持筒(78)が固定されている。レンズ
アクチュエータ(70)は、本実施例では対物レンズ(3
6)と半導体集積回路試料(34)との相互間隔を変化さ
せる駆動装置を構成するものであり、例えば軸方向に収
縮可能な圧電セラミックにより構成されており、印加電
圧に対応した収縮量に関連して対物レンズ(36)が位置
決めされるようになっている。また、前記ミラー(38)
及び(42)は、上記レンズ保持筒(78)に固定されてお
り、対物レンズ(36)と一体的に軸方向へ移動させられ
るようになっている。
The objective lens (36) includes a lens actuator (7
0) allows positioning in the optical axis direction. That is, through holes (73), (74), and (75) through which light beams pass are formed in the machine frame (72) whose position is fixed. A cylindrical lens actuator (70) is suspended concentrically with the central through hole (74), and a lens holding cylinder (78) holding the objective lens (36) is fixed to the lower end of the lens actuator (70). Have been. In this embodiment, the lens actuator (70) is an objective lens (3
6) and a semiconductor integrated circuit sample (34), which constitutes a driving device that changes the distance between them. For example, the driving device is made of an axially contractible piezoelectric ceramic, and is related to the amount of contraction corresponding to the applied voltage. Then, the objective lens (36) is positioned. The mirror (38)
And (42) are fixed to the lens holding cylinder (78) and can be moved in the axial direction integrally with the objective lens (36).

前記測定用半導体集積回路(34)は、対物レンズ(3
6)の光軸方向及びその光軸と直角な方向へ駆動される
ようになっている。即ち、防振台等の基台(88)上にお
いて、第3図に示す案内装置により水平方向(X方向)
へ案内される水平方向移動テーブル(84)は、例えば、
パルスモータ或いはピエゾアクチュエータ等により構成
される微小駆動可能な水平方向駆動装置(85)により水
平方向に位置決めされるようになっており、その水平方
向移動テーブル(84)上には、垂直方向(Z方向)へ案
内される電気接触部材(80)が垂直方向駆動テーブル
(82)によって垂直方向に位置決めされるようになって
いる。また、上記垂直方向駆動装置(83)は、例えばパ
ルスモータ等を含むものであり、前記レンズアクチュエ
ータ(70)による対物レンズ(36)の移動距離よりも大
きい距離で電気的接触部材(80)を駆動することができ
るようになっている。更に前述した水平方向駆動テーブ
ル(84)及び垂直方向駆動テーブル(82)は、水平方向
(X方向)面内でX方向に垂直な方向(Y方向)に移動
するための水平方向(Y方向)移動テーブル(86)上に
載置されており、水平Y方向移動テーブル(86)は、例
えばパルスモータ或いはピエゾアクチュエータ等により
構成される微小駆動可能な水平方向(Y方向)駆動装置
(87)により、水平方向(Y方向)に位置決めされるよ
うになっている。尚、上記水平方向(X方向)駆動装置
(85)、及び水平方向(Y方向)駆動装置(87)には図
示しないが、X方向、Y方向の移動量を検出するための
位置検出器がそれぞれ設けられている。この位置検出装
置は、ロータリエンコーダ、或いは一般に知られている
光学式の位置検出器または測長器等により構成される。
The measurement semiconductor integrated circuit (34) includes an objective lens (3
It is designed to be driven in the optical axis direction 6) and in a direction perpendicular to the optical axis. That is, on a base (88) such as an anti-vibration table, the guide device shown in FIG.
The horizontal moving table (84) guided to
Positioning is performed in the horizontal direction by a horizontal driving device (85) that can be micro-driven by a pulse motor or a piezo actuator or the like. The electrical contact member (80) guided in the vertical direction is positioned vertically by the vertical drive table (82). The vertical driving device (83) includes, for example, a pulse motor or the like, and moves the electrical contact member (80) at a distance larger than the moving distance of the objective lens (36) by the lens actuator (70). It can be driven. Further, the horizontal drive table (84) and the vertical drive table (82) described above are used to move in the horizontal direction (X direction) in the direction perpendicular to the X direction (Y direction). The horizontal Y-direction moving table (86) is mounted on a moving table (86), and is driven by a finely drivable horizontal (Y-direction) driving device (87) composed of, for example, a pulse motor or a piezo actuator. , In the horizontal direction (Y direction). Although not shown, the horizontal direction (X direction) driving device (85) and the horizontal direction (Y direction) driving device (87) each have a position detector for detecting the movement amount in the X direction and the Y direction. Each is provided. This position detecting device is constituted by a rotary encoder or a generally known optical position detector or length measuring device.

上記のように光学的に構成された光波干渉型の半導体
熱膨脹量測定装置には、例えば第4図に示す測定制御回
路が設けられている。光センサー(56)は第5図に示す
ような5個の受光素子56A,56B,56C,56D,56Eから構成さ
れており、その各々のセンサーから出力された第1計測
ビート信号SfWA,SfWB,SfWC,SfWD,SfWEは、第4図に示す
増幅器90A,90B,90C,90D,90Eにおいて信号増幅された
後、波形モニタ回路(92)へそれぞれ供給される。
The optical interference type semiconductor thermal expansion measuring device optically constructed as described above is provided with, for example, a measurement control circuit shown in FIG. The optical sensor (56) is composed of five light receiving elements 56A, 56B, 56C, 56D and 56E as shown in FIG. 5, and the first measurement beat signals Sf WA and Sf output from the respective sensors. WB, Sf WC, Sf WD, Sf you include an amplifier 90A shown in FIG. 4, 90B, 90C, 90D, after being signal amplified in 90E, are respectively supplied to the waveform monitoring circuit (92).

波形モニタ回路(92)は、第1計測ビート光センサ
(56)へ到達している光束の状態から平面波であるか或
いは発散球面波または集束球面波であるか否かを判定す
るものであり、その判定結果を表す信号を後述のデータ
バスライン(102)へ出力するとともに、第1測定ビー
ト周波数fWの信号を位相差検出回路(106)へ出力す
る。
The waveform monitor circuit (92) determines whether the light flux reaching the first measurement beat light sensor (56) is a plane wave, a divergent spherical wave, or a focused spherical wave, outputs a signal indicating the determination result to be described later of the data bus line (102), and outputs a signal of the first measurement beat frequency f W to the phase difference detection circuit (106).

以下、波形モニタ回路について詳しく述べることにす
る。
Hereinafter, the waveform monitor circuit will be described in detail.

波形モニタ回路92は例えば第6図に示すように構成さ
れている。即ち、一方のデジタル位相差検出回路94は、
垂直方向に配列されている受光素子56B及び56Cからのビ
ート信号SfWB及びSfWCの位相差ΔθCB(例えばビート信
号SfWCのピーク位置の位相角をθとし、ビート信号Sf
WBのピーク位置の位相角をθとすると、ΔθCB=θ
−θ)を検出して減算器98へ出力する一方、他方のデ
ジタル位相差検出回路96は、垂直方向に配列されている
受光素子56D及び56Cからのビート信号SfWD及びSfWCの位
相差ΔθDC(例えばビート信号SfWCのピーク位置の位相
角をθとし、ビート信号SfWDのピーク位置の位相角を
θとすると、ΔθDC=θ−θ)を検出して減算器
98へ出力する。そして、減算器98は、上記位相差ΔθCB
から位相差ΔθDCを減算し、減算値(ΔθCB−ΔθDC
を出力する。
The waveform monitor circuit 92 is configured, for example, as shown in FIG. That is, one digital phase difference detection circuit 94
The phase difference Δθ CB between the beat signals Sf WB and Sf WC from the light receiving elements 56B and 56C arranged in the vertical direction (for example, the phase angle of the peak position of the beat signal Sf WC is θ C , and the beat signal Sf
When the phase angle of the peak position of the WB and θ B, Δθ CB = θ C
−θ B ) and outputs it to the subtractor 98, while the other digital phase difference detection circuit 96 detects the phase difference between the beat signals Sf WD and Sf WC from the light receiving elements 56D and 56C arranged in the vertical direction. Δθ DC (for example, assuming that the phase angle of the peak position of the beat signal Sf WC is θ C and the phase angle of the peak position of the beat signal Sf WD is θ D , Δθ DC = θ D −θ C ), and the subtracter
Output to 98. The subtracter 98 calculates the phase difference Δθ CB
Is subtracted from the phase difference Δθ DC to obtain a subtraction value (Δθ CB −Δθ DC ).
Is output.

第1計測ビート光センサ56へ到達している光束が平面
波であれば、第7図に示すように3つの受光素子56B,56
C,56Dの出力信号の位相が同じとなる。また、第1計測
ビート光センサ56が傾いていたとしても、第8図に示す
ように、受光素子56Cの上に位置する受光素子56Bの出力
信号SfWB、及び受光素子56Cの下に位置する受光素子56D
の出力信号SfWDの、中心に位置する受光素子56Cの出力
信号SfWCに対する位相が、それぞれ同じ量だけ前後方
向、即ち前記ΔθCB及びΔθDCが正方向にずれる。例え
ば第8図において、出力信号SfWCに対する出力信号SfWB
の位相のずれΔθCB(=θ−θ、正の値)と、出力
信号SfWCに対する出力信号SfWDの位相のずれΔθDC(=
θ−θ、正の値)とが、互いに等しくなる(ΔθCB
=ΔθDC)。しかし、第1計測ビート光センサ56へ到達
している光束が集束球面波であれば、例えば第9図に示
すように、受光素子56B及び56Dの出力信号SfWB及びSfWD
の位相が、受光素子56Cの出力信号SfWCに対する出力信
号SfWDの位相のずれΔθDC(=θ−θ)が負の値と
なる。反対に、第1計測ビート光センサ56へ到達してい
る光束が発散球面波であれば、出力信号SfWB及びSfWD
位相が出力信号SfWCに対して共に遅れるので、出力信号
SfWCに対する出力信号SfWBの位相のずれΔθCB(=θ
−θ)が負の値となる。従って、上記出力信号SfWC
対する出力信号SfWBの位相のずれΔθCBと出力信号SfWC
に対する出力信号SfWDの位相ずれΔθDCとの減算値(Δ
θCB−ΔθDC)は、平面波となるほど零に近い値とな
る。
If the light beam reaching the first measurement beat light sensor 56 is a plane wave, the three light receiving elements 56B and 56B are used as shown in FIG.
The output signals of C and 56D have the same phase. Also, even if the first measurement beat light sensor 56 is inclined, as shown in FIG. 8, the output signal Sf WB of the light receiving element 56B located above the light receiving element 56C and the output signal Sf WB located below the light receiving element 56C. Light receiving element 56D
The phase of the output signal Sf WD with respect to the output signal Sf WC of the light receiving element 56C located at the center is shifted in the forward and backward directions by the same amount, that is, Δθ CB and Δθ DC are shifted in the positive direction. For example, in FIG. 8, the output signal Sf WB with respect to the output signal Sf WC
The phase shift [Delta] [theta] CB and (= θ CB, a positive value), the phase shift [Delta] [theta] DC of the output signal Sf WD with respect to the output signal Sf WC (=
θ D −θ C , a positive value) are equal to each other (Δθ CB
= Δθ DC ). However, if the light beam reaching the first measurement beat light sensor 56 is a focused spherical wave, for example, as shown in FIG. 9, the output signals Sf WB and Sf WD of the light receiving elements 56B and 56D.
Phase, the phase shift [Delta] [theta] DC of the output signal Sf WD with respect to the output signal Sf WC of the light-receiving element 56C (= θ DC) is a negative value of. Conversely, if the light beam reaching the first measurement beat light sensor 56 is a divergent spherical wave, the phases of the output signals Sf WB and Sf WD are both delayed with respect to the output signal Sf WC .
Phase shift Δθ CB of output signal Sf WB with respect to Sf WC (= θ C
−θ B ) is a negative value. Therefore, the output signal Sf WC for the output signal Sf WB of phase shift [Delta] [theta] CB and the output signal Sf WC
Subtracted from the phase shift Δθ DC of the output signal Sf WD
θ CB −Δθ DC ) becomes closer to zero as the plane wave becomes.

第6図の比較判定回路100は、設定器140において予め
設定された判断基準範囲〔零を含む基準範囲を示す上限
値(正の値)及び下限値(負の値)〕と減算器98の出力
信号と比較し、減算器98の出力値(ΔθCB−ΔθDC)が
判断基準範囲内であるときには平面波であると判定し、
減算器98の出力値が判断基準範囲の上限値よりも大であ
るときには収束球面波であると判定し、出力値が判定基
準範囲の下限値よりも小であれば、発散球面波であると
判定する。そして、比較判定回路100は、平面波、収束
球面波、発散球面波のいずれであるか、或いはそれに加
えてどの程度の曲率をもつ球面波であるかの判断結果を
表す信号をデータバスライン102へ出力する。尚、上記
設定器140において予め設定された判定基準範囲を示す
上限値及び下限値は、例えば、半導体集積回路34の表面
がビームウエスト位置BWから2分の1波長ずれたときの
値、またはそれより所定量小さい値とされている。
The comparison / judgment circuit 100 shown in FIG. 6 includes a judgment reference range (an upper limit value (positive value) and a lower limit value (negative value) indicating a reference range including zero) preset by the setter 140 and the subtractor 98. The output signal is compared with the output signal, and when the output value (Δθ CB −Δθ DC ) of the subtracter 98 is within the determination reference range, it is determined that the plane wave is present,
When the output value of the subtractor 98 is larger than the upper limit of the determination reference range, it is determined that the wave is a convergent spherical wave, and when the output value is smaller than the lower limit of the determination reference range, it is determined that the wave is a divergent spherical wave. judge. Then, the comparison determination circuit 100 sends to the data bus line 102 a signal representing a determination result as to which of the plane wave, the convergent spherical wave, and the divergent spherical wave, or in addition thereto, the degree of curvature of the spherical wave. Output. The upper limit value and the lower limit value indicating the determination reference range preset in the setting unit 140 are, for example, values when the surface of the semiconductor integrated circuit 34 is shifted by a half wavelength from the beam waist position BW, or The value is smaller by a predetermined amount.

ここで、第1計測ビート光センサ56に伝播した光束の
波面状態は、対物レンズ36の焦点位置と被測定部材34の
表面との間の相対位置関係を表している。即ち、第8図
に示すように、半導体集積回路34の表面が対物レンズ36
により集光される光束の最もくたびれた部分、換言すれ
ば光束のビームウエスト位置BWに位置している場合に
は、その表面から反射される光束は、平面波となる。し
かし、半導体集積回路34の表面が対物レンズ36から離隔
する側へ上記光束のビームウエスト位置BWからずれた場
合には、第1計測ビーと光センサ56に伝播した光束は収
束球面波となる。反対に、半導体集積回路34の表面が対
物レンズ36に接近する側へ上記光束のビームウエスト位
置BWからずれた場合には、第1計測ビート光センサ56に
伝播した光束は発散球面波となる。
Here, the wavefront state of the light beam that has propagated to the first measurement beat light sensor 56 indicates the relative positional relationship between the focal position of the objective lens 36 and the surface of the member 34 to be measured. That is, as shown in FIG. 8, the surface of the semiconductor integrated circuit 34 is
In the case where the light beam condensed by the light beam is located at the most depressed portion, in other words, at the beam waist position BW of the light beam, the light beam reflected from the surface becomes a plane wave. However, when the surface of the semiconductor integrated circuit 34 deviates from the beam waist position BW of the light beam toward the side away from the objective lens 36, the light beam propagated to the first measurement beam and the optical sensor 56 becomes a convergent spherical wave. Conversely, when the surface of the semiconductor integrated circuit 34 deviates from the beam waist position BW of the light beam toward the side approaching the objective lens 36, the light beam transmitted to the first measurement beat light sensor 56 becomes a divergent spherical wave.

そこで、こうした波面状態の変化を位相差検出回路
(94),(96)を用い検出することで、常に半導体集積
回路(34)と対物レンズ(36)の相対距離が一定になる
ように測定条件を制御する。その上で半導体集積回路に
通電し、熱膨脹を発生させ、その微小変位を実時間で第
2のヘテロダイン干渉光学系により測定するのである。
Therefore, by detecting such changes in the wavefront state using the phase difference detection circuits (94) and (96), the measurement conditions are set so that the relative distance between the semiconductor integrated circuit (34) and the objective lens (36) is always constant. Control. Then, the semiconductor integrated circuit is energized to generate thermal expansion, and its minute displacement is measured in real time by the second heterodyne interference optical system.

即ち、第1のヘテロダイン光学系において、半導体集
積回路(34)により反射され、且つ複数の検出器である
第1計測ビート光センサ(56)に到達した光束が平面波
となるように初期位相差Diを決定し、この初期位相差Di
が維持されるように、レンズアクチュエータ(70)によ
って対物レンズ(36)との距離が制御され、対物レンズ
(36)により集光される光束のビームウエスト位置BWに
半導体集積回路試料(34)の表面が常時一致するように
制御される。このように対物レンズ(36)のビームウエ
スト位置BWと半導体集積回路(34)の表面とが常時一致
させられるという最適な光学的相互位置状態となるよう
に、対物レンズ(36)の位置決めが高精度に行われた
後、レンズ保持筒(78)の変位Zが第2のヘテロダイン
光学系によって検出される。これは測定ビート光センサ
(68)で検出された信号Sfdは、基準ビート信号SfBに対
して位相のずれた信号となって観測できるからである。
この両信号の位相差は、測定している半導体集積回路の
特定の領域において通電したことにより生じた熱膨脹に
よる変位により生じたものである。この時、実際の変位
と観測された位相差には次の関係がある。
That is, in the first heterodyne optical system, the initial phase difference Di is set so that the light beam reflected by the semiconductor integrated circuit (34) and reaching the first measurement beat light sensor (56) as a plurality of detectors becomes a plane wave. And the initial phase difference Di
The distance from the objective lens (36) is controlled by the lens actuator (70) so that the distance between the objective lens (36) and the beam waist position BW of the light beam focused by the objective lens (36) is maintained. Control is performed so that the surfaces always match. In this manner, the positioning of the objective lens (36) is set high so that the beam waist position BW of the objective lens (36) always coincides with the surface of the semiconductor integrated circuit (34). After the precision, the displacement Z of the lens holding cylinder (78) is detected by the second heterodyne optical system. This signal Sf d detected by measuring the beat light sensor (68), it is because it observed as a phase-shifted signal to a reference beat signal Sf B.
The phase difference between the two signals is caused by displacement due to thermal expansion caused by energization in a specific area of the semiconductor integrated circuit being measured. At this time, the following relationship exists between the actual displacement and the observed phase difference.

即ち、時刻t=t1とt=t0の時点でそれぞれの基準ビ
ート信号SfBと測定ビート信号Sfdの間に観測された位相
差Φ(t1)とΦ(t0)の差が、t=t0からt=t1までに
変位した量になる。
That is, the difference between the phase difference Φ (t 1 ) and the phase difference Φ (t 0 ) observed between the reference beat signal Sf B and the measured beat signal Sf d at time t = t 1 and t = t 0 , respectively. , the amount of displaced from t = t 0 to t = t 1.

従って、半導体集積回路が通電による発熱のために熱
膨脹をし続ければ、それに応じて測定ビート光信号Sfd
と基準ビート光信号間に存在する位相は変化していくこ
とになるので、その位相を第4図に示す信号処理回路を
用いて測定する。基準ビート光信号SfBは、波形成形回
路104によりパルス波形に成形された後、位相差検出回
路106へ供給されるとともに、インバータ(108)を経て
アンド回路110へ供給される。上記位相差検出回路106
は、受光素子56cから出力された周波数fWの信号SfWC
基準ビート光センサ(30)の出力信号SfBとの位相差D
を検出し、この位相差Dを表す信号をデータバスライン
102へ出力する。半導体集積回路の表面上の膨脹によ
り、前記第1計測ビート光センサ(56)へ到達した光束
が平面波となるように調節することにより、対物レンズ
(36)と半導体集積回路(34)の表面とが初期的に最適
な光学位置とされたときに、上記位相差検出回路(10
6)により検出された位相差Dは、初期位相差Diと称さ
れる。
Therefore, if the semiconductor integrated circuit continues to thermally expand due to heat generation due to energization, the measured beat light signal Sf d
Since the phase existing between the reference beat light signal and the reference beat light signal changes, the phase is measured using the signal processing circuit shown in FIG. Reference beat light signal Sf B, after being shaped into a pulse waveform by the waveform shaping circuit 104, is supplied to the phase difference detection circuit 106, it is supplied to the AND circuit 110 via an inverter (108). The phase difference detection circuit 106
The phase difference D between the output signal Sf B signal Sf WC and a reference beat light sensor frequency f W output from the light receiving element 56c (30)
And a signal representing the phase difference D is transmitted to the data bus line.
Output to 102. The objective lens (36) and the surface of the semiconductor integrated circuit (34) are adjusted by adjusting the luminous flux reaching the first measurement beat optical sensor (56) into a plane wave by expansion on the surface of the semiconductor integrated circuit. When the optical position is initially set to the optimal optical position, the phase difference detection circuit (10
The phase difference D detected by 6) is referred to as an initial phase difference Di.

第2計測ビート光センサ(68)の出力信号Sfdは、波
形成形回路(112)によりパルス波形に成形された後、
上記アンド回路(110)へ供給される。アンド回路(11
0)は、基準ビート光センサ(30)の出力信号SfBのパル
ス波形が例えば「0」であり且つ第2計測ビート光セン
サ(68)の出力信号Sfdのパルス波形が例えば「1」で
あるときには、高周波信号発生器(114)から出力され
る一定周波数のクロック信号をカウンタ(116)へ通過
させて、そこで計数させる。このカウンタ(116)は、
基準ビート光センサ(30)の出力信号SfBと第2計測ビ
ート光センサ(68)の出力信号(Sfd)との位相差に対
応してクロック信号を計数し、位相差2πに対応する値
に満了すると、満了信号を出力するとともに再び零から
計数を開始する分周カウンタである。このカウンタ(16
6)は2π以下の位相差φを表す計数値を所定時間毎に
ラッチ回路(118)に一時記憶させ、ラッチ回路(118)
は必要に応じて位相差を表す信号をデータバスライン
(102)へ出力する。またカウンタ(120)は、上記カウ
ンタ(116)の計数値が位相差2πに相当する値となっ
たときに出力される満了信号を計数し、2π単位の位相
差を表す計数値Nを所定時間毎にラッチ回路(122)に
一時記憶させるとともに、ラッチ回路(122)は必要に
応じて計数値Nを表す信号をデータバスライン(102)
へ出力する。従って、上記ラッチ(118)及び(122)の
出力信号により、基準ビート光センサ(30)の出力信号
SfBと第2計測ビート光センサ(68)の出力信号SfDとの
実際の位相差Φ(=2πN+φ)が検出されるようにな
っている。
The output signal Sf d of the second measurement beat light sensor (68), after being shaped into a pulse waveform by the waveform shaping circuit (112),
It is supplied to the AND circuit (110). AND circuit (11
0), the pulse waveform of the output signal Sf B of the reference beat light sensor (30) is, for example, "0" and a pulse waveform of the output signal Sf d of the second measurement beat light sensor (68) for example, "1" At one time, a clock signal of a constant frequency output from the high-frequency signal generator (114) is passed to the counter (116) and counted there. This counter (116)
Counts the clock signal in response to the phase difference between the reference beat light sensor (30) of the output signal Sf B and second measurement beat light output signal of the sensor (68) (Sf d), corresponding to a phase difference 2π value , A frequency dividing counter that outputs an expiration signal and starts counting again from zero. This counter (16
6) temporarily stores a count value representing a phase difference φ of 2π or less in the latch circuit (118) every predetermined time, and
Outputs a signal representing the phase difference to the data bus line (102) as necessary. The counter (120) counts an expiration signal output when the count value of the counter (116) reaches a value corresponding to the phase difference of 2π, and counts a count value N representing a phase difference of 2π units for a predetermined time. Each time, the latch circuit (122) temporarily stores a signal representing the count value N on the data bus line (102).
Output to Therefore, the output signals of the reference beat light sensor (30) are obtained by the output signals of the latches (118) and (122).
The actual phase difference Φ (= 2πN + φ) between Sf B and the output signal Sf D of the second measurement beat light sensor (68) is detected.

こうして第2のヘテロダイン光学系により得られた位
相の変化は、半導体集積回路上の特定の場所で通電によ
る発熱により生じた変位を正確に測定したものになって
いる。
The change in phase obtained by the second heterodyne optical system is obtained by accurately measuring a displacement caused by heat generated by energization at a specific location on the semiconductor integrated circuit.

以上述べてきたヘテロダイン干渉光学系を熱変位測定
用の光プローブとして半導体集積回路に生じている熱膨
脹量や熱変形について測定する方法について述べる。
A method for measuring the amount of thermal expansion or thermal deformation occurring in a semiconductor integrated circuit using the above-described heterodyne interference optical system as an optical probe for measuring thermal displacement will be described.

第5図に示すフローチャートに基づいて説明すると、
最初にX軸方向移動テーブル(84)及びY軸方向移動テ
ーブル(86)を移動させ、半導体集積回路上の測定すべ
き位置を決定し、垂直方向移動ステージ(82)を移動さ
せて、半導体集積回路表面(34)が対物レンズ(36)の
焦点位置(BW)へ位置するように粗動調整する。次に波
形モニタ回路によって半導体集積回路からの反射光が平
面波となるように、ピエゾ駆動アクチュエータ(70)を
駆動する。半導体集積回路表面からの反射光が平面波に
なれば、対物レンズの焦点面位置に半導体集積回路が設
置されたことになるので、この時に、第2のヘテロダイ
ン光学系で初期位相値を決める。
Explaining based on the flowchart shown in FIG.
First, the X-axis direction moving table (84) and the Y-axis direction moving table (86) are moved, the position to be measured on the semiconductor integrated circuit is determined, and the vertical direction moving stage (82) is moved. Coarse adjustment is performed so that the circuit surface (34) is located at the focal position (BW) of the objective lens (36). Next, the piezo drive actuator (70) is driven by the waveform monitor circuit so that the reflected light from the semiconductor integrated circuit becomes a plane wave. If the light reflected from the surface of the semiconductor integrated circuit becomes a plane wave, it means that the semiconductor integrated circuit has been installed at the focal plane position of the objective lens. At this time, the initial phase value is determined by the second heterodyne optical system.

次に半導体集積回路用駆動制御装置を動作させる。該
半導体集積回路用駆動制御装置は、測定用の半導体集積
回路に電源電圧を供給し、必要な信号を半導体集積回路
に送信したり、特定の信号を読み取ったりする作用を
し、これは、コンピュータから予め決められたプログラ
ムで行うことができる制御装置である。該装置を動作さ
せると、試料用の半導体集積回路は、内部で発生する熱
により熱膨脹が起こり、測定光の反射される位置が変化
してくる。そこで、この半導体集積回路の反射面からの
反射光を常に受光し、第1のヘテロダイン干渉系で常に
一定の平面波になるようにピエゾ駆動支持筒を移動させ
る。こうした状態を常に維持するようにフィードバック
をかけて、第2のヘテロダイン干渉光学系によりピエゾ
駆動支持筒の動きを測定し、最終的に半導体集積回路上
に生ずる熱膨脹量を測定することができる。測定は一定
時間ごとに第2のヘテロダイン光学系で検出される位相
差を高周波クロックで測定し、CRT等の表示装置に表示
することで、半導体集積回路上に生じている熱膨脹によ
る変位の時間変化を測定することができる。
Next, the drive control device for the semiconductor integrated circuit is operated. The drive control device for a semiconductor integrated circuit supplies a power supply voltage to the semiconductor integrated circuit for measurement, transmits a necessary signal to the semiconductor integrated circuit, and reads a specific signal. This is a control device that can be executed by a predetermined program from the Internet. When the device is operated, the sample semiconductor integrated circuit undergoes thermal expansion due to heat generated inside, and the position where the measurement light is reflected changes. Therefore, the reflected light from the reflecting surface of the semiconductor integrated circuit is always received, and the piezo drive support cylinder is moved so that the first heterodyne interference system always has a constant plane wave. By applying feedback so as to always maintain such a state, the movement of the piezo drive support cylinder can be measured by the second heterodyne interference optical system, and the amount of thermal expansion finally generated on the semiconductor integrated circuit can be measured. The measurement is performed by measuring the phase difference detected by the second heterodyne optical system at regular intervals with a high-frequency clock and displaying it on a display device such as a CRT, so that the time change of the displacement due to thermal expansion occurring on the semiconductor integrated circuit is obtained. Can be measured.

この第1の測定法を用いると、半導体集積回路上の特
定の部位における熱膨脹による変位を瞬時に測定するこ
とができるので、半導体集積回路上のある領域でAl細線
の断線が生じていたりする場合には、その位置で観測さ
れる熱変位量が非常に小さいか或いはまったく観測され
ないなどの測定結果が得られる。従って、この第1の方
法は、半導体集積回路の故障解析に用いることができ
る。
Using this first measuring method, the displacement due to thermal expansion at a specific portion on the semiconductor integrated circuit can be instantaneously measured, so that the Al thin wire may be broken in a certain region on the semiconductor integrated circuit. , A measurement result that the amount of thermal displacement observed at the position is very small or not observed at all is obtained. Therefore, the first method can be used for failure analysis of a semiconductor integrated circuit.

第2の実施例は、第1の実施例を応用し、半導体集積
回路前面に生じている熱膨脹による熱変形を測定し表示
する方法である。
The second embodiment is a method in which the first embodiment is applied to measure and display thermal deformation due to thermal expansion occurring on the front surface of a semiconductor integrated circuit.

この方法では必要に応じて、半導体集積回路前面の凹
凸形状を通電以前に測定し、RAM上に記憶しておく。以
下測定開始位置に半導体集積回路試料を位置させ、第1
の熱膨脹測定法により熱変位を測定し、測定データをRA
M上に記憶し、その後、半導体集積回路用駆動制御装置
を停止し、一定時間経過後、予めプログラムされた測定
位置へX軸テーブル、Y軸テーブルを移動させて、次の
測定に入る。こうした方法を繰り返すことで、半導体集
積回路全体における熱膨脹による時間変化を測定するこ
とができるので、全測定が終了後、任意の時間のRAM上
に記憶したデータをCRT上に三次元的な情報を含めて表
示することで、半導体集積回路全体に発生している熱膨
脹により生じているそりや歪み等の変形量を測定するこ
とができる。この第2の方法を用いることで、半導体集
積回路全体に発生している熱変形を測定できるので、半
導体集積回路を接着しているパッケージにどれほどの応
力が発生しているか等の情報が得られることになり、今
後大型化し高集積化する半導体集積回路の熱による変形
等の影響を詳細に調べることが可能な測定法といえる。
In this method, if necessary, the uneven shape on the front surface of the semiconductor integrated circuit is measured before energization and stored in the RAM. Hereinafter, the semiconductor integrated circuit sample is positioned at the measurement start position, and the first
The thermal displacement is measured by the thermal expansion measurement method of
After that, the X-axis table and the Y-axis table are moved to a pre-programmed measurement position, and the next measurement is started. By repeating such a method, it is possible to measure the time change due to thermal expansion in the entire semiconductor integrated circuit, and after all the measurements are completed, the data stored in the RAM at an arbitrary time is stored on the CRT in three-dimensional information. By including and displaying, it is possible to measure the amount of deformation such as warpage or distortion caused by thermal expansion generated in the entire semiconductor integrated circuit. By using the second method, the thermal deformation occurring in the entire semiconductor integrated circuit can be measured, so that information such as how much stress is generated in the package to which the semiconductor integrated circuit is bonded can be obtained. In other words, it can be said that this is a measurement method capable of examining in detail the influence of heat deformation of a semiconductor integrated circuit which will be enlarged and highly integrated in the future.

次に第2の実施例の変形例について述べる。まず、半
導体集積回路に通電する以前に、半導体集積回路の全面
或いは測定したい特定の領域の表面形状を測定し、RAM
に記憶しておく。その後、半導体集積回路用駆動制御装
置から半導体集積回路に通電し、必要な信号を出力した
後、一定時間待つ。これは半導体集積回路が通電後熱的
に平衡状態に達して安定するまで待つ必要があるためで
ある。一定時間経過後、以前に測定した領域に関して表
面形状を測定し、測定したデータをRAM上に記憶すると
同時にCRT等の表示装置に三次元的に出力する。通電以
前の半導体集積回路の三次元像に通電後の三次元像を色
を変えて重ねて出力することで、半導体集積回路の通電
時の発熱により生じた熱膨脹による変形が発生ていれ
ば、その変形の様子が三次元像から読み取ることが可能
となる。こうした方法によって半導体集積回路上に発生
している熱膨脹が詳しく測定できるので、半導体集積回
路上に生じている変形量から、各部分に発生している応
力の分布を推定することが可能である。
Next, a modification of the second embodiment will be described. First, before energizing the semiconductor integrated circuit, the surface shape of the entire surface of the semiconductor integrated circuit or a specific area to be measured is measured, and RAM is measured.
To memorize it. Thereafter, the drive control device for the semiconductor integrated circuit supplies current to the semiconductor integrated circuit, outputs a necessary signal, and waits for a predetermined time. This is because it is necessary to wait until the semiconductor integrated circuit thermally reaches an equilibrium state and becomes stable after energization. After a certain period of time, the surface shape of the previously measured area is measured, and the measured data is stored in the RAM and output three-dimensionally to a display device such as a CRT. By superimposing the three-dimensional image after energization on the three-dimensional image of the semiconductor integrated circuit before energization and changing the color and outputting the same, if deformation due to heat expansion caused by heat generation during energization of the semiconductor integrated circuit occurs, The state of the deformation can be read from the three-dimensional image. Since the thermal expansion generated on the semiconductor integrated circuit can be measured in detail by such a method, it is possible to estimate the distribution of the stress generated in each portion from the amount of deformation generated on the semiconductor integrated circuit.

また本実施例の別の応用例として、半導体集積回路の
特定の部分に電気信号を送り、その部分の熱膨脹による
熱変位量の時間変化の違いから、細線パターンに存在し
ている接合面での欠陥不良等の場所を発見したり、断線
が生じている場所を発見したり、測定場所におけれ接合
点の電気的な寿命の長短を推定したりするのに用いるこ
とも可能である。
Further, as another application example of the present embodiment, an electric signal is sent to a specific portion of a semiconductor integrated circuit, and a difference in a time change of a thermal displacement amount due to a thermal expansion of the portion causes a difference in a time at a bonding surface existing in a fine line pattern. It can also be used to find places such as defect defects, to find places where disconnection has occurred, and to estimate the length of electrical life of junctions at measurement locations.

[発明の効果] 以上詳述したように、本発明は、半導体集積回路の熱
膨脹量、熱変形量を任意の微小領域毎に高精度で測定で
きるので、半導体集積回路に発生する変位の詳細を迅速
かつ精密に測定でき、大変実用的であるという効果があ
る。
[Effects of the Invention] As described in detail above, the present invention can measure the amount of thermal expansion and the amount of thermal deformation of a semiconductor integrated circuit with high accuracy for each arbitrary small area. The effect is that it can be measured quickly and precisely and is very practical.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図から第6図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第1図はブロックダイアグラムを示す図、第
2図はヘテロダイン干渉光学系の構成図、第3図はXYZ
軸(三軸)移動テーブルの概略構成図、第4図は測定制
御回路を示すブロック図、第5図は多分割光センサの概
略構成図、第6図は位相差検出回路のブロック図、第7
図から第9図までは、多分割光センサからの出力信号を
説明する図、第10図は第1の実施例のフローチャート
図、第11図は第2の実施例のフローチャート図である。
1 to 6 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a block diagram, FIG. 2 is a configuration diagram of a heterodyne interference optical system, and FIG.
FIG. 4 is a block diagram showing a measurement control circuit, FIG. 5 is a schematic diagram of a multi-segment optical sensor, FIG. 6 is a block diagram of a phase difference detection circuit, FIG. 7
FIG. 9 to FIG. 9 are diagrams for explaining output signals from the multi-segment optical sensor, FIG. 10 is a flowchart of the first embodiment, and FIG. 11 is a flowchart of the second embodiment.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体集積回路の各通電線に対して信号電
流を流す電気的接触手段と、 同半導体集積回路を電気的に動作させ、上記電気的接続
手段を通して信号電流を制御する駆動制御手段と、 上記電流により生ずる半導体集積回路上の熱膨脹による
変位量を任意の微小領域毎に測定するヘテロダイン測定
手段と、 を備えていることを特徴とする半導体集積回路の熱膨脹
量測定装置。
An electric contact means for flowing a signal current to each conducting line of a semiconductor integrated circuit, and a drive control means for electrically operating the semiconductor integrated circuit and controlling the signal current through the electric connection means And a heterodyne measuring means for measuring an amount of displacement due to thermal expansion on the semiconductor integrated circuit caused by the current for each small area, and a thermal expansion measuring device for the semiconductor integrated circuit.
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