JP2947288B2 - 半導体集積回路用試験装置および該装置のプローブ位置制御方法 - Google Patents
半導体集積回路用試験装置および該装置のプローブ位置制御方法Info
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- JP2947288B2 JP2947288B2 JP2133850A JP13385090A JP2947288B2 JP 2947288 B2 JP2947288 B2 JP 2947288B2 JP 2133850 A JP2133850 A JP 2133850A JP 13385090 A JP13385090 A JP 13385090A JP 2947288 B2 JP2947288 B2 JP 2947288B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 LSIの動作を試験評価する技術に係わり、特に、電気
光学効果を利用してLSI内部の配線電圧を非接触且つ非
破壊で計測するLSI試験装置の構成と、該LSI試験装置に
用いられる試験用プローブの位置を制御する方法に関
し、 微細な配線に対する電圧測定を正確に行い、ひいては
高精度な試験を可能にし、また検出感度を一定に保ち、
より安定した高精度な電圧測定を可能にすることを目的
とし、 LSI内部の測定対象となる配線部分に試験時に近接
配置される試験用プローブと、該試験用プローブに光学
的に結合されて前記配線部分の電圧測定用に供される測
定光学系とを具備し、前記試験プローブは、前記測定光
学系からの光が内部を透過して表面で反射するように板
状に形成され且つ裏面が接地されている電気光学効果を
もつ結晶と、前記配線部分と同程度の大きさを有するよ
うに該結晶の表面に形成された導電性の針状部材とを備
え、前記配線部分の電位により前記針状部材を通して前
記結晶内部に誘起される電界の変化を、該結晶内を反射
往復する光の偏光状態の変化として検出し、該検出に基
づき当該配線部分の電圧波形を測定してLSIの動作を試
験評価するように構成し、または、上述した構成のLS
I試験装置において前記測定対象の配線部分を含む被測
定部と試験用プローブとの距離が常に一定となるよう該
プローブの位置を制御するように構成する。
光学効果を利用してLSI内部の配線電圧を非接触且つ非
破壊で計測するLSI試験装置の構成と、該LSI試験装置に
用いられる試験用プローブの位置を制御する方法に関
し、 微細な配線に対する電圧測定を正確に行い、ひいては
高精度な試験を可能にし、また検出感度を一定に保ち、
より安定した高精度な電圧測定を可能にすることを目的
とし、 LSI内部の測定対象となる配線部分に試験時に近接
配置される試験用プローブと、該試験用プローブに光学
的に結合されて前記配線部分の電圧測定用に供される測
定光学系とを具備し、前記試験プローブは、前記測定光
学系からの光が内部を透過して表面で反射するように板
状に形成され且つ裏面が接地されている電気光学効果を
もつ結晶と、前記配線部分と同程度の大きさを有するよ
うに該結晶の表面に形成された導電性の針状部材とを備
え、前記配線部分の電位により前記針状部材を通して前
記結晶内部に誘起される電界の変化を、該結晶内を反射
往復する光の偏光状態の変化として検出し、該検出に基
づき当該配線部分の電圧波形を測定してLSIの動作を試
験評価するように構成し、または、上述した構成のLS
I試験装置において前記測定対象の配線部分を含む被測
定部と試験用プローブとの距離が常に一定となるよう該
プローブの位置を制御するように構成する。
本発明は、半導体集積回路（以下、LSIと称する）の
動作を試験評価する技術に係わり、特に、電気光学効果
を利用してLSI内部の配線電圧を非接触且つ非破壊で計
測するLSI試験装置の構成と、該LSI試験装置に用いられ
る試験用プローブの位置を制御する方法に関する。
動作を試験評価する技術に係わり、特に、電気光学効果
を利用してLSI内部の配線電圧を非接触且つ非破壊で計
測するLSI試験装置の構成と、該LSI試験装置に用いられ
る試験用プローブの位置を制御する方法に関する。
LSI等の半導体素子を製造する上で、素子内外の信号
波形を正確に測定しておくことが必要不可欠となってい
る。
波形を正確に測定しておくことが必要不可欠となってい
る。
ところが、近年のLSIの高速化に伴い、従来のLSIテス
タを用いた電気的な測定方式では、正確な測定が困難に
なってきている。そのため、半導体素子基板結晶の電気
光学効果を用いて光学式の信号波形測定方式が提案され
ており、それによって高速信号を計測できることが確認
されている。この技術についへは例えば、J.A.Valdmani
s and G.Mourou,“Subpicosecond electronics samplin
g:principles and application"IEEE JOURNAL OF QUANT
UM ELECTRONICS,VOL.QE−22,pp−.69−78に開示されて
いる。
タを用いた電気的な測定方式では、正確な測定が困難に
なってきている。そのため、半導体素子基板結晶の電気
光学効果を用いて光学式の信号波形測定方式が提案され
ており、それによって高速信号を計測できることが確認
されている。この技術についへは例えば、J.A.Valdmani
s and G.Mourou,“Subpicosecond electronics samplin
g:principles and application"IEEE JOURNAL OF QUANT
UM ELECTRONICS,VOL.QE−22,pp−.69−78に開示されて
いる。
また、電気光学効果を用いた別の技術として、検出用
結晶の上に被試験LSIを積載して電気信号の波形測定を
行うようにした方式が知られている（例えば特開平１−
28566号公報参照）が、この方式では、LSI内部配線のよ
うな微細部分に対して電圧測定を正確に行うことができ
ない。そのため、そのような微細部分の電圧測定を正確
に行ない、ひいては測定精度の向上を図るようにした技
術の開発が要望されている。
結晶の上に被試験LSIを積載して電気信号の波形測定を
行うようにした方式が知られている（例えば特開平１−
28566号公報参照）が、この方式では、LSI内部配線のよ
うな微細部分に対して電圧測定を正確に行うことができ
ない。そのため、そのような微細部分の電圧測定を正確
に行ない、ひいては測定精度の向上を図るようにした技
術の開発が要望されている。
従来、微細部分に対する測定方式としては、基板結晶
自体が有する電気光学効果を利用するか、あるいは偏光
面保存ファイバの先端に結晶を接着して所望の部分に近
接させて測定を行う方式が提案されている。
自体が有する電気光学効果を利用するか、あるいは偏光
面保存ファイバの先端に結晶を接着して所望の部分に近
接させて測定を行う方式が提案されている。
しかしながら、基板結晶自体がもつ電気光学効果を利
用する方式では、現在の半導体の主流であるシリコン
（Si）基板には電気光学効果が無いために適用できない
という問題点がある。また、ファイバを利用する方式で
は、ファイバ先端の結晶を配線幅（最近のサブミクロン
程度の幅）に対応させて細くするには技術的に限度があ
るため、配線パターンが微細化されてくると、近接する
配線による影響（クロストーク）が無視できなくなり、
そのために測定精度が低下するという欠点がある。
用する方式では、現在の半導体の主流であるシリコン
（Si）基板には電気光学効果が無いために適用できない
という問題点がある。また、ファイバを利用する方式で
は、ファイバ先端の結晶を配線幅（最近のサブミクロン
程度の幅）に対応させて細くするには技術的に限度があ
るため、配線パターンが微細化されてくると、近接する
配線による影響（クロストーク）が無視できなくなり、
そのために測定精度が低下するという欠点がある。
本発明は、かかる従来技術における課題に鑑み創作さ
れたもので、微細な配線に対する電圧測定を正確に行
い、ひいては高精度な試験を可能にしたLSI試験装置を
提供することを目的としている。
れたもので、微細な配線に対する電圧測定を正確に行
い、ひいては高精度な試験を可能にしたLSI試験装置を
提供することを目的としている。
また、本発明の他の目的は、検出感度を一定に保ち、
より安定した高精度な電圧測定を可能にすることにあ
る。
より安定した高精度な電圧測定を可能にすることにあ
る。
上記課題を解決するため、本発明では、電気光学効果
をもつ結晶に所望の電界（すなわち測定対象となる配線
部分の電位により誘起される電界）のみを有効に導引で
きるようにプローブの構成を工夫している。
をもつ結晶に所望の電界（すなわち測定対象となる配線
部分の電位により誘起される電界）のみを有効に導引で
きるようにプローブの構成を工夫している。
従って、本発明の基本的な形態によれば、LSI内部の
測定対象となる配線部分に試験時に近接配置される試験
用プローブと、該試験用プローブに光学的に結合されて
前記配線部分の電圧測定用に供される測定光学系とを具
備し、前記試験用プローブは、前記測定光学系からの光
が内部を透過して表面で反射するように板状に形成され
且つ裏面が接地されている電気光学効果をもつ結晶と、
前記配線部分と同程度の大きさを有するように該結晶の
表面に形成された導電性の針状部材とを備え、前記配線
部分の電位により前記針状部材を通して前記結晶内部に
誘起される電界の変化を、該結晶内を反射往復する光の
偏光状態の変化として検出し、該検出に基づき当該配線
部分の電圧波形を測定してLSIの動作を試験評価するよ
うにしたことを特徴とするLSI試験装置が提供される。
測定対象となる配線部分に試験時に近接配置される試験
用プローブと、該試験用プローブに光学的に結合されて
前記配線部分の電圧測定用に供される測定光学系とを具
備し、前記試験用プローブは、前記測定光学系からの光
が内部を透過して表面で反射するように板状に形成され
且つ裏面が接地されている電気光学効果をもつ結晶と、
前記配線部分と同程度の大きさを有するように該結晶の
表面に形成された導電性の針状部材とを備え、前記配線
部分の電位により前記針状部材を通して前記結晶内部に
誘起される電界の変化を、該結晶内を反射往復する光の
偏光状態の変化として検出し、該検出に基づき当該配線
部分の電圧波形を測定してLSIの動作を試験評価するよ
うにしたことを特徴とするLSI試験装置が提供される。
本発明のより好適な実施形態によれば、試験用プロー
ブは、前記電気光学効果をもつ結晶を覆い隠し且つ前記
針状部材の周囲を囲むように形成された絶縁層と、該絶
縁層を覆って形成され且つ接地されている導電層とを更
に有していてもよい。
ブは、前記電気光学効果をもつ結晶を覆い隠し且つ前記
針状部材の周囲を囲むように形成された絶縁層と、該絶
縁層を覆って形成され且つ接地されている導電層とを更
に有していてもよい。
また、本発明の他の形態によれば、上述した構成のLS
I試験装置において、前記測定対象の配線部分を含む被
測定部と試験用プローブとの距離が常に一定となるよう
に該プローブの位置を制御するようにした様々なプロー
ブ位置制御方法が提供される。
I試験装置において、前記測定対象の配線部分を含む被
測定部と試験用プローブとの距離が常に一定となるよう
に該プローブの位置を制御するようにした様々なプロー
ブ位置制御方法が提供される。
上述した基本的な形態によれば、電気光学効果をもつ
結晶の表面に測定対象の配線部分と同程度の大きさをも
つ導電性の針状部材が形成され、この針状部材は一種の
誘電プローブとして機能するため、当該配線部分の電位
により誘起される電界は該誘電プローブを介して効率良
く結晶に導かれる。
結晶の表面に測定対象の配線部分と同程度の大きさをも
つ導電性の針状部材が形成され、この針状部材は一種の
誘電プローブとして機能するため、当該配線部分の電位
により誘起される電界は該誘電プローブを介して効率良
く結晶に導かれる。
つまり、針状部材（誘電プローブ）により結晶への電
界の結合効率が高められるので、結晶のサイズと比較し
て極めて微細なサブミクロン幅の配線に対して電圧測定
を正確に測定することが可能となる。
界の結合効率が高められるので、結晶のサイズと比較し
て極めて微細なサブミクロン幅の配線に対して電圧測定
を正確に測定することが可能となる。
また、より好適な実施形態によれば、配線パターンの
幅および間隔がより微細な構造のLSIに対して、接地さ
れた導電層は静電遮蔽として機能する。従って、この導
電層の作用により、隣接配線等の周囲からの漏れ電界に
よる影響（クロストーク）を無くすことができ、それに
よって更に高精度な電圧測定が可能となる。
幅および間隔がより微細な構造のLSIに対して、接地さ
れた導電層は静電遮蔽として機能する。従って、この導
電層の作用により、隣接配線等の周囲からの漏れ電界に
よる影響（クロストーク）を無くすことができ、それに
よって更に高精度な電圧測定が可能となる。
また、上述した他の形態によれば、被測定部と試験用
プローブの間隔が常に一定となるように制御が行われる
ため、該間隔の変動に起因して測定光学系の検出感度が
変化するという不具合を解消することができる。つま
り、検出感度を一定に保つことができ、より安定した高
精度な電圧測定が可能となる。
プローブの間隔が常に一定となるように制御が行われる
ため、該間隔の変動に起因して測定光学系の検出感度が
変化するという不具合を解消することができる。つま
り、検出感度を一定に保つことができ、より安定した高
精度な電圧測定が可能となる。
なお、本発明の他の構成上の特徴および作用の詳細に
ついては、添付図面を参照しつつ以下に記述される実施
例を用いて説明する。
ついては、添付図面を参照しつつ以下に記述される実施
例を用いて説明する。
第１図には本発明の一実施例としてのLSI試験装置の
全体的な構成が示される。
全体的な構成が示される。
同図において、１は被測定対象となるLSI、２は該LSI
を搭載するボード、３は該ボードを積載するLSIテスタ
ヘッド、10は被測定LSIに近接配置された試験用プロー
ブ（後述）、20は該プローブに光学的に結合された光学
系（後述）、21は測定用のレーザ光を出射するレーザ、
22は該レーザ光の分割および試験用プローブ10からのレ
ーザ光の分割を行うビームスプリッタ、23は該ビームス
プリッタと同様の機能をもつダイクロックミラー、24は
試験用プローブ10から出射してダイクロックミラー23で
反射されたレーザ光を撮像する光学系、25は試験用プロ
ーブ10からダイクロックミラー23およびビームスプリッ
タ22を介して入射されたレーザ光を受けてその強度に応
じた電気信号に変換する受光部、26は該受光部の出力信
号に基づき適宜信号処理を行い測定電圧値を演算する信
号処理部、27は該信号処理部の出力に基づきレーザ21を
駆動するドライバ、28は信号処理部26の出力に基づき電
圧測定制御を行う制御部、29は該制御部の制御を受けて
光学系20の位置制御を行う位置合わせ機構、そして、30
は制御部28の制御を受けて外部SLIを駆動する機構を示
す。
を搭載するボード、３は該ボードを積載するLSIテスタ
ヘッド、10は被測定LSIに近接配置された試験用プロー
ブ（後述）、20は該プローブに光学的に結合された光学
系（後述）、21は測定用のレーザ光を出射するレーザ、
22は該レーザ光の分割および試験用プローブ10からのレ
ーザ光の分割を行うビームスプリッタ、23は該ビームス
プリッタと同様の機能をもつダイクロックミラー、24は
試験用プローブ10から出射してダイクロックミラー23で
反射されたレーザ光を撮像する光学系、25は試験用プロ
ーブ10からダイクロックミラー23およびビームスプリッ
タ22を介して入射されたレーザ光を受けてその強度に応
じた電気信号に変換する受光部、26は該受光部の出力信
号に基づき適宜信号処理を行い測定電圧値を演算する信
号処理部、27は該信号処理部の出力に基づきレーザ21を
駆動するドライバ、28は信号処理部26の出力に基づき電
圧測定制御を行う制御部、29は該制御部の制御を受けて
光学系20の位置制御を行う位置合わせ機構、そして、30
は制御部28の制御を受けて外部SLIを駆動する機構を示
す。
第２図には本発明の特徴をなす試験用プローブの先端
部の形状の一例が示される。
部の形状の一例が示される。
例示される試験用プローブは、測定光学系からの光が
内部を透過して表面（反射面13）で反射するように薄板
状に形成された電気光学効果をもつ結晶（本実施例では
ガリウム砒素［GaAs］）11と、被測定配線部分５と同程
度の大きさを有して結晶11の表面に形成された導電性の
針状部材（誘電プローブ12）と、結晶11の裏面側に接着
され且つ接地されている導電層14と、該導電層を保持す
る絶縁性（例えば二酸化珪素［SiO2］から成る）保持部
15とから構成され、第４図に示されるように撮像光学系
の対物レンズ41上に搭載されている。なお、結晶11の裏
面に導電層14を形成した後、結晶保護用の透明板（図示
せず）を接着することが好ましい。この場合、保護用の
透明板の表面に導電層14を形成した後に結晶11に接着し
てもよい。
内部を透過して表面（反射面13）で反射するように薄板
状に形成された電気光学効果をもつ結晶（本実施例では
ガリウム砒素［GaAs］）11と、被測定配線部分５と同程
度の大きさを有して結晶11の表面に形成された導電性の
針状部材（誘電プローブ12）と、結晶11の裏面側に接着
され且つ接地されている導電層14と、該導電層を保持す
る絶縁性（例えば二酸化珪素［SiO2］から成る）保持部
15とから構成され、第４図に示されるように撮像光学系
の対物レンズ41上に搭載されている。なお、結晶11の裏
面に導電層14を形成した後、結晶保護用の透明板（図示
せず）を接着することが好ましい。この場合、保護用の
透明板の表面に導電層14を形成した後に結晶11に接着し
てもよい。
この構造において、結晶11の裏面に形成された導電層
14は接地されているので、結晶11の内部には配線部分の
電位に比例した電位勾配（電界）形成される。この場
合、誘電プローブ12は、被測定配線部分（第２図の例示
では中央の配線５）からの電界を結晶11に集中させるよ
うに機能する。
14は接地されているので、結晶11の内部には配線部分の
電位に比例した電位勾配（電界）形成される。この場
合、誘電プローブ12は、被測定配線部分（第２図の例示
では中央の配線５）からの電界を結晶11に集中させるよ
うに機能する。
次に、測定系の動作について説明する。
まず、外部LSI駆動機構30により被測定LSIを動作させ
る。一方、測定系においては、信号処理部26からのタイ
ミング信号に基づきドライバ27にレーザ光照射タイミン
グを通知する。これにより、レーザ21が発振を行い、ス
トロボ測定動作が開始される。
る。一方、測定系においては、信号処理部26からのタイ
ミング信号に基づきドライバ27にレーザ光照射タイミン
グを通知する。これにより、レーザ21が発振を行い、ス
トロボ測定動作が開始される。
レーザ21から出射されたレーザ光は、ビームスプリッ
タ22、ダイクロックミラー23および光学系20を介して円
偏光となった後に、予め所望の配線（第２図の例示では
中央の配線５）に近接するように位置決めされた試験用
プローブに入射する。試験用プローブは、当該配線の電
位により誘起される電界（破線で示される）のみを誘電
プローブ12を通して結晶11に導く。
タ22、ダイクロックミラー23および光学系20を介して円
偏光となった後に、予め所望の配線（第２図の例示では
中央の配線５）に近接するように位置決めされた試験用
プローブに入射する。試験用プローブは、当該配線の電
位により誘起される電界（破線で示される）のみを誘電
プローブ12を通して結晶11に導く。
試験用プローブに入射したレーザ光は、結晶11と誘電
プローブ12の接合面に形成した反射面13で反射往復し、
電気光学効果により偏光状態を変化させられた後、プロ
ーブから出射する。この偏光状態の変化量は、被測定配
線の電位により結晶11内に誘起された電界の変化量に対
応している。試験用プローブから出射されたレーザ光
は、光学系（20,23,22）を介して受光部25に入射する。
プローブ12の接合面に形成した反射面13で反射往復し、
電気光学効果により偏光状態を変化させられた後、プロ
ーブから出射する。この偏光状態の変化量は、被測定配
線の電位により結晶11内に誘起された電界の変化量に対
応している。試験用プローブから出射されたレーザ光
は、光学系（20,23,22）を介して受光部25に入射する。
受光部25では、入射レーザ光の偏光状態の円偏光から
のずれを測定し、信号処理部26に通知する。信号処理部
26では、レーザ光量の変動補正、加算平均処理等を行っ
て得られた測定電圧を制御部28に通知する。制御部28で
は、測定した電圧が確定した後に、順次タイミングをず
らしながら電圧測定を行ない、電圧波形全体を確定させ
た後、測定を終了する。
のずれを測定し、信号処理部26に通知する。信号処理部
26では、レーザ光量の変動補正、加算平均処理等を行っ
て得られた測定電圧を制御部28に通知する。制御部28で
は、測定した電圧が確定した後に、順次タイミングをず
らしながら電圧測定を行ない、電圧波形全体を確定させ
た後、測定を終了する。
以上説明した測定方式により、所望の配線の電圧変化
のみを測定することが可能となる。また、試験用プロー
ブは既存のLSIプロセスにより容易に形成することがで
きるため、プローブを結晶の全面に多数個形成し、測定
用のレーザ光を走査することにより、測定箇所が複数に
亘る場合の全体の測定時間を短縮することが可能とな
る。
のみを測定することが可能となる。また、試験用プロー
ブは既存のLSIプロセスにより容易に形成することがで
きるため、プローブを結晶の全面に多数個形成し、測定
用のレーザ光を走査することにより、測定箇所が複数に
亘る場合の全体の測定時間を短縮することが可能とな
る。
第３図には試験用プローブの先端部の形状の他の構成
例が示される。
例が示される。
この例では、第２図の構成に加えて、結晶11を覆い隠
し且つ誘電プローブ12の周囲を囲むように形成された絶
縁層16と、該絶縁層16を覆って形成された導電層17とが
付加されている。なお、導電層17は導電層14とともに接
地されている。この構造によれば、配線５の幅あるいは
配線間隔がより微細となっている構造のLSIに対して、
導電層17は、隣接配線からの漏れ電界（図中、Ａ、Ｂで
示される）が結晶11に達するのを防止するための静電遮
蔽（ブロック層）として機能する。従って、所望の配線
（図示の例では中央の配線）の電圧変化のみを隣接配線
からのクロストークなく測定することができ、ひいては
更に高精度な電圧測定が可能となる。
し且つ誘電プローブ12の周囲を囲むように形成された絶
縁層16と、該絶縁層16を覆って形成された導電層17とが
付加されている。なお、導電層17は導電層14とともに接
地されている。この構造によれば、配線５の幅あるいは
配線間隔がより微細となっている構造のLSIに対して、
導電層17は、隣接配線からの漏れ電界（図中、Ａ、Ｂで
示される）が結晶11に達するのを防止するための静電遮
蔽（ブロック層）として機能する。従って、所望の配線
（図示の例では中央の配線）の電圧変化のみを隣接配線
からのクロストークなく測定することができ、ひいては
更に高精度な電圧測定が可能となる。
上述した実施例では試験用プローブの先端と被測定配
線との間隔が一定であるものとして説明したが、仮に何
らかの原因によりその間隔が変動した場合、測定光学系
の検出感度が変化して電圧測定の精度が損なわれるとい
う可能性がある。そこでプローブの先端と被測定配線と
の間隔を一定に保つための手段を備えていれば、さらに
好適なLSI試験装置を提供することができる。
線との間隔が一定であるものとして説明したが、仮に何
らかの原因によりその間隔が変動した場合、測定光学系
の検出感度が変化して電圧測定の精度が損なわれるとい
う可能性がある。そこでプローブの先端と被測定配線と
の間隔を一定に保つための手段を備えていれば、さらに
好適なLSI試験装置を提供することができる。
以下、プローブの位置を制御するための実施例につい
て説明する。
て説明する。
第４図は、直交方向に配置されたプローブ位置測定用
光学系の片側のみを模式的に示した図である。
光学系の片側のみを模式的に示した図である。
光学系の中央には、対物レンズ41の先端に取り付けた
試験用プローブ（ハッチングで図示）が配置され、この
光学系全体はフィードバック・サーボ・ステージ40に搭
載されている。試料表面（すなわち被測定配線部分）に
対するプローブの位置を測定するセンサ系47,48からの
制御信号に基づき、該プローブの先端（第２図、第３図
の誘電プローブ12）と被測定配線部分との間隔が一定と
なるようにステージ40が微動調整される。
試験用プローブ（ハッチングで図示）が配置され、この
光学系全体はフィードバック・サーボ・ステージ40に搭
載されている。試料表面（すなわち被測定配線部分）に
対するプローブの位置を測定するセンサ系47,48からの
制御信号に基づき、該プローブの先端（第２図、第３図
の誘電プローブ12）と被測定配線部分との間隔が一定と
なるようにステージ40が微動調整される。
また、試験用プローブが取り付けられた対物レンズ41
は独自の上下機構（太い矢印で図示）を有し、共焦点光
学系24により試料表面が最適な結像位置となるように位
置合わせが行われる。この試験用プローブの周囲４方向
には、２対の対物レンズ44,45（図示の例では１対のみ
示される）が配置され、２方向のライン光投受光光学系
を構成している。
は独自の上下機構（太い矢印で図示）を有し、共焦点光
学系24により試料表面が最適な結像位置となるように位
置合わせが行われる。この試験用プローブの周囲４方向
には、２対の対物レンズ44,45（図示の例では１対のみ
示される）が配置され、２方向のライン光投受光光学系
を構成している。
ライン光発生用光学系は、直線状のライン光を出射す
る光源42と、該光源からの光を集光させるシリンドリカ
ルレンズ43と、該集光されたライン光を試料表面上に結
像させる対物レンズ44により構成され、第５図（ａ）に
示されるように配線５の方向と直交するライン光Ｌを試
料表面に投影する。なお、光源42にはシャッターが装備
されており、配線の方向と垂直な方向のライン光のみが
選択されるようになっている。
る光源42と、該光源からの光を集光させるシリンドリカ
ルレンズ43と、該集光されたライン光を試料表面上に結
像させる対物レンズ44により構成され、第５図（ａ）に
示されるように配線５の方向と直交するライン光Ｌを試
料表面に投影する。なお、光源42にはシャッターが装備
されており、配線の方向と垂直な方向のライン光のみが
選択されるようになっている。
また、ステージ40に光軸を中心として回転する機構を
具備させることにより、１組の投受光系で、全方位の配
線に対応させることが可能となる。
具備させることにより、１組の投受光系で、全方位の配
線に対応させることが可能となる。
ライン光検出用光学系は、試料表面からの反射光を所
定の位置に結像させる対物レンズ45と、該所定の位置に
配置されたハーフミラー46と、該ハーフミラーを透過し
た光を検出するフォーカスエラー検出用ライン光センサ
47と、ハーフミラー46で反射された光を検出する移動方
向検出用ライン光センサ48とにより構成される。第５図
（ｂ）および（ｃ）に、それぞれライン光センサ47およ
び48上に投影されるライン光パターンが示される。
定の位置に結像させる対物レンズ45と、該所定の位置に
配置されたハーフミラー46と、該ハーフミラーを透過し
た光を検出するフォーカスエラー検出用ライン光センサ
47と、ハーフミラー46で反射された光を検出する移動方
向検出用ライン光センサ48とにより構成される。第５図
（ｂ）および（ｃ）に、それぞれライン光センサ47およ
び48上に投影されるライン光パターンが示される。
試料表面と光学系の間隔が変化した場合、ラインセン
サ上に結像されるライン光の像は、第５図（ｂ），
（ｃ）に点線でし示したパターンのようにジャスト・フ
ォーカス位置での像と比べて大きく変化する。従って、
像ぼけ（すなわちフォーカスエラー）の発生によりプロ
ーブの先端と被測定配線部分との間隔が変化したことが
判り、一方、像の移動方向からその変化の方向が判る。
サ上に結像されるライン光の像は、第５図（ｂ），
（ｃ）に点線でし示したパターンのようにジャスト・フ
ォーカス位置での像と比べて大きく変化する。従って、
像ぼけ（すなわちフォーカスエラー）の発生によりプロ
ーブの先端と被測定配線部分との間隔が変化したことが
判り、一方、像の移動方向からその変化の方向が判る。
なお、全光学系は、第６図に示されるように門型架台
からXYZステージ40を介してLSIテスタヘッド３の上方に
吊り下げられる。
からXYZステージ40を介してLSIテスタヘッド３の上方に
吊り下げられる。
以下、試験用プローブの位置制御の手順について順次
記述する。
記述する。
LSIテスタヘッド３に測定対象のLSIを搭載し、試験を
開始する。
開始する。
LSIの設計データに基づいて、光学系の所定位置まで
ステージを移動させる。
ステージを移動させる。
Ｚ軸を動かし、光学系を基準位置まで降下させる。な
お、この位置は測定位置よりは高く設定する。ただし、
ライン光センサ47,48のダイナミックレンジ内とする。
お、この位置は測定位置よりは高く設定する。ただし、
ライン光センサ47,48のダイナミックレンジ内とする。
ライン光センサ系のジャスト・フォーカス位置付近ま
で、光学系を徐々に降下させる。この時、設計データか
ら絶縁膜の有無を受信し、絶縁膜を破っている場合、結
像される２本の線の片側のみに注目する。なお、この２
本の線は、絶縁膜上部での反射に基づく線と、配線から
の反応に基づく線である。
で、光学系を徐々に降下させる。この時、設計データか
ら絶縁膜の有無を受信し、絶縁膜を破っている場合、結
像される２本の線の片側のみに注目する。なお、この２
本の線は、絶縁膜上部での反射に基づく線と、配線から
の反応に基づく線である。
ライン光センサ系のサーボ機構を動作開始させる。こ
の時、サーボ信号はライン光センサの出力（フォーカス
エラーと移動方向）に基づき発生される。
の時、サーボ信号はライン光センサの出力（フォーカス
エラーと移動方向）に基づき発生される。
共焦点光学系を利用して試験用プローブを降下させ、
焦点位置にて固定する。
焦点位置にて固定する。
測定位置として、ステージ40のXY軸方位の微動調整に
より最大信号変化の得られる場所を決定する。
より最大信号変化の得られる場所を決定する。
測定を開始し、波形を取得する。
測定終了後、試験用プローブを上昇させ、次の測定位
置に移動させる。
置に移動させる。
以上の手順により、測定系の震動によって発生する試
料表面とプローブの間隔変化を補正し、その間隔を常に
一定に保つことができる。その結果、測定精度を低下さ
せずに、配線部分の電圧波形を安定的に検出することが
できる。
料表面とプローブの間隔変化を補正し、その間隔を常に
一定に保つことができる。その結果、測定精度を低下さ
せずに、配線部分の電圧波形を安定的に検出することが
できる。
以上説明したように本発明によればLSI内部の微細な
配線の電圧信号を非接触で高精度に読み出すことが可能
となり、LSIの非破壊検査を実施でき、ひいては製品の
信頼性を向上させることができる。また、検出感度を一
定に保ち、より安定した高精度な電圧測定を実現するこ
とができる。
配線の電圧信号を非接触で高精度に読み出すことが可能
となり、LSIの非破壊検査を実施でき、ひいては製品の
信頼性を向上させることができる。また、検出感度を一
定に保ち、より安定した高精度な電圧測定を実現するこ
とができる。
第１図は本発明の一実施例としてのLSI試験装置の全体
的な構成を示すブロック図、 第２図は第１図装置におけるプローブの先端部の形状の
一例を示す断面図、 第３図は第１図装置におけるプローブの先端部の形状の
他の例を示す断面図、 第４図は第１図装置におけるプローブ位置測定用光学系
の構成を模式的に示す図、 第５図（ａ）〜（ｃ）は第４図の光学系におけるプロー
ブ位置測定用投受光パターンを示す図、 第６図は第１図装置における光学系とLSIテスタヘッド
の位置関係を示す図、 である。 （符号の説明） １……半導体集積回路（LSI）、５……配線部分、10…
…試験用プローブ、11……（電気光学効果をもつ）結
晶、12……針状部材（誘電プローブ）、13……反射面、
14……導電層、16……絶縁層、17……導電層（ブロック
層）、20……光学系、21……レーザ、22……ビームスプ
リッタ、23……ダイクロックミラー、24……撮像光学
系、25……受光部、40……ステージ、41……対物レン
ズ、47,48……ライン光センサ、Ｌ……ライン光。
的な構成を示すブロック図、 第２図は第１図装置におけるプローブの先端部の形状の
一例を示す断面図、 第３図は第１図装置におけるプローブの先端部の形状の
他の例を示す断面図、 第４図は第１図装置におけるプローブ位置測定用光学系
の構成を模式的に示す図、 第５図（ａ）〜（ｃ）は第４図の光学系におけるプロー
ブ位置測定用投受光パターンを示す図、 第６図は第１図装置における光学系とLSIテスタヘッド
の位置関係を示す図、 である。 （符号の説明） １……半導体集積回路（LSI）、５……配線部分、10…
…試験用プローブ、11……（電気光学効果をもつ）結
晶、12……針状部材（誘電プローブ）、13……反射面、
14……導電層、16……絶縁層、17……導電層（ブロック
層）、20……光学系、21……レーザ、22……ビームスプ
リッタ、23……ダイクロックミラー、24……撮像光学
系、25……受光部、40……ステージ、41……対物レン
ズ、47,48……ライン光センサ、Ｌ……ライン光。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−238382（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−238376（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−28566（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−144531（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/66 G01R 31/28 G01R 31/26
Claims (5)
- 【請求項１】半導体集積回路（１）内部の測定対象とな
る配線部分（５）に試験時に近接配置される試験用プロ
ーブ（10）と、 該試験用プローブに光学的に結合されて前記配線部分の
電圧測定用に供される測定光学系（20〜25）とを具備
し、 前記試験用プローブは、前記測定光学系からの光が内部
を透過して表面（13）で反射するように板状に形成され
且つ裏面（14）が接地されている電気光学効果をもつ結
晶（11）と、前記配線部分と同程度の大きさを有するよ
うに該結晶の表面に形成された導電性の針状部材（12）
とを備え、 前記配線部分の電位により前記針状部材を通して前記結
晶内部に誘起される電界の変化を、該結晶内を反射往復
する光の偏光状態の変化として検出し、該検出に基づき
当該配線部分の電圧波形を測定して半導体集積回路の動
作を試験評価するようにしたことを特徴とする半導体集
積回路用試験装置。 - 【請求項２】前記試験用プローブ（10）は、前記電気光
学効果をもつ結晶（11）を覆い隠し且つ前記針状部材
（12）の周囲を囲むように形成された絶縁層（16）と、
該絶縁層を覆って形成され且つ接地されている導電層
（17）とを更に有することを特徴とする請求項１に記載
の半導体集積回路用試験装置。 - 【請求項３】前記試験用プローブと共に前記測定光学系
の少なくとも一部を搭載し、前記配線部分を含む被測定
部と前記試験用プローブを結ぶ軸線方向に移動可能な微
動機構を備えたステージ（40）を更に具備する請求項１
または２のいずれかに記載の半導体集積回路用試験装置
において、 前記被測定部に対する前記試験用プローブの位置をセン
サ手段（47,48）により検出し、 該検出に基づく信号を前記微動機構へフィードバックし
て前記被測定部との距離が常に一定となるように前記試
験用プローブの位置を制御するようにしたことを特徴と
する半導体集積回路用試験装置のプローブ位置制御方
法。 - 【請求項４】前記測定光学系の少なくとも一部が前記試
験用プローブと協働するように配設された請求項１また
は２のいずれかに記載の半導体集積回路用試験装置にお
いて、 測定光とは別の直線状のライン光（Ｌ）を前記配線部分
を含む被測定部の表面に投影し、 該投影されたライン光のフォーカスエラーおよび移動方
向を常時観測し、 該観測に基づき前記被測定部の表面の形状を検出し、 該検出結果により前記試験用プローブと協働する測定光
学系を微動させて前記被測定部の表面との距離が常に一
定となるように前記試験用プローブの位置を制御するよ
うにしたことを特徴とする半導体集積回路用試験装置の
プローブ位置制御方法。 - 【請求項５】前記測定光学系が共焦点光学系を含み、該
共焦点光学系の対物レンズ（41）の先端に前記試験用プ
ローブを取り付けて電圧測定系とは別の撮像光学系（2
4）が構成されている請求項１または２のいずれかに記
載の半導体集積回路用試験装置において、 前記撮像光学系のフォーカスエラーを検出し、 該検出に基づき前記対物レンズを微動させて前記配線部
分を含む被測定部との距離が常に一定となるように前記
試験用プローブの位置を制御するようにしたことを特徴
とする半導体集積回路用試験装置のプローブ位置制御方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2133850A JP2947288B2 (ja) | 1990-05-25 | 1990-05-25 | 半導体集積回路用試験装置および該装置のプローブ位置制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2133850A JP2947288B2 (ja) | 1990-05-25 | 1990-05-25 | 半導体集積回路用試験装置および該装置のプローブ位置制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0429344A JPH0429344A (ja) | 1992-01-31 |
| JP2947288B2 true JP2947288B2 (ja) | 1999-09-13 |
Family
ID=15114495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2133850A Expired - Lifetime JP2947288B2 (ja) | 1990-05-25 | 1990-05-25 | 半導体集積回路用試験装置および該装置のプローブ位置制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2947288B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7002230B2 (en) | 2003-02-07 | 2006-02-21 | Nikko Materials Co., Ltd. | CdTe-base compound semiconductor single crystal for electro-optic element |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2916871B2 (ja) * | 1993-06-16 | 1999-07-05 | テクトロニクス・インコーポレイテッド | 特性測定システム |
| JPH0798329A (ja) * | 1993-09-28 | 1995-04-11 | Hamamatsu Photonics Kk | Ｅ−ｏプローブ |
| JP2900856B2 (ja) * | 1995-09-14 | 1999-06-02 | 日本電気株式会社 | プリント基板の信号波形測定装置 |
| JP4713763B2 (ja) * | 2000-05-18 | 2011-06-29 | 株式会社アドバンテスト | プローブの位置ずれ検出方法・プローブの位置決定方法・プローブの位置ずれ検出装置・プローブの位置決定装置 |
| JP4834216B2 (ja) * | 2000-10-25 | 2011-12-14 | 株式会社三共製作所 | カム装置 |
| JP5233380B2 (ja) * | 2008-04-15 | 2013-07-10 | 富士通株式会社 | 電界検知プローブ及びその製造方法 |
| US11125815B2 (en) * | 2019-09-27 | 2021-09-21 | Advanced Micro Devices, Inc. | Electro-optic waveform analysis process |
-
1990
- 1990-05-25 JP JP2133850A patent/JP2947288B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7002230B2 (en) | 2003-02-07 | 2006-02-21 | Nikko Materials Co., Ltd. | CdTe-base compound semiconductor single crystal for electro-optic element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0429344A (ja) | 1992-01-31 |
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