JP3734994B2

JP3734994B2 - 集積回路の試験方法

Info

Publication number: JP3734994B2
Application number: JP37005599A
Authority: JP
Inventors: 千里橋本; 満品川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2019-12-27
Also published as: JP2001185590A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超高速，高集積なＬＳＩ内部の任意ノードの信号を高精度に測定し、故障原因や故障箇所を特定する集積回路の試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気光学結晶を電界測定のためのセンサーに用いる方法が、高速の電気信号波形を計測する手段として知られている。これは、電界によって複屈折率が変化するという電気光学結晶の性質を利用するものである。
簡単に説明すると、この電気光学結晶にレーザ光をプローブ光として照射すると、照射した光の直交する２つの方向の振動成分の位相差、すなわち偏光状態が、電気光学結晶に対する電界の大きさに応じて変化する。この偏光状態の変化は、ある適当な軸方向に設定された偏光板を通すことによってレーザ光の強度変化に変換できるので、レーザ光の強度の変化を検出すれば、電気光学結晶に対する電界の変化を検出できる。また、レーザ光にパルス波を用いれば、時間的に変化する電界，すなわち電気信号の時間変化を、パルス幅に相当する分解能で測定可能となる。これは、「電気光学サンプリング」と呼ばれている。
【０００３】
そして、上記の電気光学結晶を集積回路の配線電極上に配置して用いれば、配線電極に信号が流れたときに発生する電界を検出することが可能となり、配線電極の導通試験を行うことができる。
なかでも、図４に示す方法が最も汎用的な方法であり、一般に「外部プローブ法」と呼ばれている。「外部プローブ法」では、回路基板４０１上に絶縁膜４０２を介して形成された配線電極４０３を、この上に形成されている絶縁保護膜４０４などを介して試験する。試験方法について簡単に説明すると、まず、配線電極４０３上で、電気光学結晶４１０の誘電体多層膜ミラー４１１が形成された面を、絶縁保護膜４０４に近づけて配置する。そして、配線電極４０３からの漏れ電界４２０を電気光学結晶４１０に結合させ、電界強度変化に応じて誘電体多層膜ミラー４１１を反射してくるレーザ光４１３の偏光変化を検出すれば、配線電極４０３の試験を行うことができる。
【０００４】
ところで、上述したような電気光学（ＥＯ）サンプリング技術は、電気光学結晶に結合する電界を検出する。このため、図４に示す測定対象以外の近隣の配線電極４０３ａ，４０３ｂからの電界が強い場合には、近隣の配線電極により発生する漏れ電界４２０ａでクロストーク４３０が発生して影響を受ける場合があり、配線電極に直接プローブを接触させるメカニカルプローブ法に比べて空間分解能が劣っていた。
【０００５】
したがって、電気光学サンプリング技術をＬＳＩ（集積回路）の内部ノード測定などの試験に適用する場合には、測定すべき配線電極上で隣接配線電極が近くにない箇所を、電気光学素子を配置する測定箇所として選ぶようにしていた。また、隣接配線電極が近くにあっても、隣接配線電極を伝搬する信号が固定電圧信号や微小電圧信号のように、信号による電界が測定に対して特に問題とならないような箇所を選んで測定していた。また、できるだけ電界が結合しやすいように、上層配線電極やスルーホールを選んで測定していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上に説明したように、電気光学サンプリング技術を高密度集積化されたＬＳＩの内部ノード測定に適用しようとした場合、隣接配線電極からの電界も同時に検出されてしまうために正確に波形を測定することが困難な場合があった。また、多層配線電極化されたＬＳＩでは、下層配線電極の信号を測定しようとすると配線電極と電気光学結晶との距離が長くなり、電気光学結晶に結合する電界が減衰するために測定感度が低下するという問題があった。また、上記の問題のために、ＬＳＩ内部の測定箇所が限定され、故障解析が困難になる場合もあった。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、電気光学サンプリングの空間分解能を上げ、ＬＳＩにおける高密度配線電極領域においても、任意の配線電極の信号波形を高精度に測定できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の集積回路の試験方法は、回路基板上に形成された複数の配線電極とこれらを覆うように回路基板上に形成された絶縁膜とを備えた集積回路を用意する工程と、集積回路の所望とする試験対象の配線電極上に集積回路表面に到達して配線電極上の一部を露出させるスルーホールを形成する工程と、スルーホール内を充填して試験対象の配線電極に接続する金属柱を形成する工程と、絶縁膜上に金属柱と接続する金属パッドを形成する工程と、金属パッド上に電界の強度によって複屈折率が変化する電気光学結晶を近づけて配置する工程と、集積回路に信号を印加して動作させた状態で、電気光学結晶に光を入射してこの電気光学結晶の偏光状態の変化を測定することで、電気光学結晶に結合した金属パッドからの電界の強度変化を測定する工程とを備え、金属パッドは試験対象の配線電極における信号の強度に応じて面積を変えて形成するものである。
この発明によれば、配線電極に流れる信号の変化が金属パッドから生じる電界の強度変化として電気光学的に検出される。
上記の発明において、金属パッドは、試験対象の配線電極における信号の強度が小さいほど大きい面積に形成することで、信号強度の小さい配線電極の測定感度が向上する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
はじめに、本発明の試験方法について簡単に説明すると、図１（ａ）のフローチャートに示すように、まず、ステップＳ１０１で、試験対象の集積回路内の測定対象とする配線電極に流れる信号の大きさを回路シミュレーションなどで調べる。ただし、本ステップＳ１０１は、省略することも可能である。
ステップＳ１０２で、試験対象の集積回路内の測定対象とする配線電極上の領域において、絶縁膜を部分的に除去してスルーホールを形成する。つぎに、ステップＳ１０３でスルーホール内に金属などの導電材料を充填し、測定対象の配線電極に接続して表面に露出部を備えた金属柱を形成する。
【００１０】
つぎに、ステップＳ１０４で、絶縁膜上にステップＳ１０３で形成した金属柱に接続して、ステップＳ１０１で求めた測定対象とする配線電極を通る信号の大きさに応じた面積の金属パッドを形成する。そして、ステップＳ１０５で、金属パッドを用いてＥＯサンプリングによる配線電極の試験を行うようにした。ここで、測定感度不足で信号波形が測定できない場合はステップ１０４に戻り、金属パッドの面積を大きくして測定を繰り返す。
【００１１】
ここで、金属パッドを用いたＥＯサンプリングによる配線電極の試験方法に関して、簡単に説明すると、図１（ｂ）に示すように、回路基板１０１上に絶縁膜１０２を介して配線電極１０３が形成され、この上に絶縁保護膜１０４などが形成された集積回路が試験対象となる。そして、まず、配線電極１０３上にスルーホール１０４ａを形成し、この中に金属柱１０５を形成する。そして、絶縁保護膜１０４上に金属柱１０５と接続するように金属パッド１０６を形成する。このとき、金属パッド１０６は配線電極１０３を通る信号の大きさに応じた面積にする。そして、金属パッド１０６上で、電気光学結晶１１０の誘電体多層膜ミラー１１１が形成された面を、絶縁保護膜１０４に近づけて配置する。また、金属パッド１０６からの漏れ電界１２０を電気光学結晶１１０に結合させる。
【００１２】
そこで、レーザ光源１１２からレーザ光１１３ａを例えばカドミウムテルルからなる電気光学結晶１１０に照射し、誘電体多層膜ミラー１１１を反射してくるレーザ光１１３ｂを偏光検出部１１４で受光する。ここで、漏れ電界１２０の電界強度変化に応じたレーザ光１１３ｂの偏光変化を電気信号として検出し、検出した電気信号を信号処理部１１５で信号処理し、信号処理した結果を表示部１１６に表示する。これらのことにより、例えば、測定対象の電極配線１０３に金属柱１０５を介して接続している金属パッド１０６からの漏れ電界１２０の変化が、表示される数字の変化として表示部１１６に表示される。
【００１３】
以下、実施の形態における試験方法に関して、より詳細に説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、試験対象となる回路基板１０１上に絶縁膜１０２を介して配線電極１０３，１０３ａ，１０３ｂが形成され、これらの上に絶縁保護膜１０４などが形成された集積回路を用意する。
つぎに、集積回路における試験対象の配線電極１０３位置を、光学顕微鏡を用いて観察することで特定する。
そして、集積回路をＦＩＢ（Focused Ion Beam）装置処理室内の所定箇所に固定し、試験のために必要な配線を施す。次いで、処理室内を密閉して所定の真空度に真空排気し、集積回路上をイオンビームで走査することによる（ＳＩＭ）観察で、上記の光学顕微鏡で特定した箇所を探し出す。
【００１４】
試験対象の箇所を探し出したら、所定の加速エネルギーとしたイオンビームを特定箇所に照射することで、図２（ｂ）に示すように、探し出した試験対象の配線電極１０３上における絶縁保護膜１０４の所定領域を除去し、スルーホール１０４ａを形成する。次いで、上記のＦＩＢ装置の処理室内において、今度は、スルーホール１０４ａ底部に露出した配線電極１０３に、タングステンイオン銃を用いてタングステンイオンのビームを照射しつつ上述したイオンビームを同時に照射することで、図２（ｃ）に示すように、スルーホール１０４ａ内を埋めるように、配線電極１０３に接続したタングステンからなる金属柱１０５を形成する。
【００１５】
さらに、上記のＦＩＢ装置の処理室内において、今度は、金属柱１０５表面を領域内に含む絶縁保護膜１０４上に、タングステンイオン銃を用いてタングステンイオンのビームを照射しつつ上述したイオンビームを同時に照射することで、図２（ｄ）に示すように、金属柱１０５に接続したタングステンからなる金属パッド１０６を形成する。このとき、金属パッド１０６の面積は、予め回路シミュレーション等で求めた試験対象とする配線電極１０３に流れる信号の大きさに応じた面積とする。例えば電気光学結晶１１０がカドミウムテルルの場合、測定感度と金属パッド１０６の面積との関係は、図３に示す状態となる。したがって、図３の関係を用いて、金属パッド１０６の面積を必要な測定感度の得られる面積にする。また、図３の関係から、金属パッドの面積に対する測定電圧の校正が可能である。
【００１６】
つぎに、今度は、図２（ｅ）に示すように、金属パッド１０６が形成された箇所の上に、誘電体多層膜ミラー１１１が形成された面を向けて電気光学結晶１１０を近づけて配置する。そして、前述した試験のための配線を介して集積回路に信号を与えた状態で、配置した電気光学結晶１１０に上部よりレーザ光１１３ａを照射し、誘電体多層膜ミラー１１１で反射したレーザ兆１１３ｂの偏光変化を検出する。なお、図２には示していないが、レーザ先１１３ｂは偏光検出部１１４で偏光変化が検出され、検出した信号を信号処理部１１５で信号処理し、信号処理した結果を表示部１１６に表示する。前述したように、レーザ光１１３ｂの偏光変化は、漏れ電界１２０の電界強度変化に対応しているので、前述したことにより、金属パッド１０６の電位の状態を検出できる。そしてやはり、金属パッド１０６は金属柱１０５を介して配線電極１０３に接続されているので、結果として、配線電極１０３の電位の状態が検出される。
【００１７】
そして、この実施の形態では、上記のＥＯサンプリングにおける試験において、試験対象の配線電極１０３に接続させて絶縁保護膜１０４上面にまで引き出した金属柱１０５に接続している金属パッド１０６からの漏れ電界１２０を電気光学結晶１１０に結合させるようにしているので、実質的に配線電極１０３と電気光学結晶１１０との距離を短くさせた状態となっている。これに対して、試験対象外の配線電極１０３ａ，１０３ｂは、電気光学結晶１１０から離れているので、試験対象外の配線電極からの漏れ電界１２０ａは減衰している。
【００１８】
さらに、配線電極１０３における信号強度が非常に小さい場合でも、金属パッド１０６を適切な面積にすることで測定感度を向上できる。この結果、この実施の形態によれば、漏れ電界１２０と漏れ電界１２０ａとのクロストークがほとんど発生せず、雑音に対する信号の比も大きくできるので、試験対象の配線電極１０３における信号波形を、極めて高精度に測定できるようになる。また、金属パッド１０６の面積は配線電極１０３における信号強度に応じて変えることができるので、金属パッド１０６の面積を最適化した状態で形成できる。従来では、ある程度余裕を持たせてパッドを大きめに形成していたので、パッド形成に無駄な時間をかけていたが、本実施の形態によれば、面積が最適化できるので金属パッド１０６が必要最小限の時間で形成できるようになり、効率的な測定ができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、回路基板上に形成された複数の配線電極とこれらを覆うように回路基板上に形成された絶縁膜とを備えた集積回路を用意する工程と、集積回路の所望とする試験対象の配線電極上に集積回路表面に到達して配線電極上の一部を露出させるスルーホールを形成する工程と、スルーホール内を充填して試験対象の配線電極に接続する金属柱を形成する工程と、絶縁膜上に金属柱と接続する金属パッドを形成する工程と、金属パッド上に電界の強度によって複屈折率が変化する電気光学結晶を近づけて配置する工程と、集積回路に信号を印加して動作させた状態で、電気光学結晶に光を入射してこの電気光学結晶の偏光状態の変化を測定することで、電気光学結晶に結合した金属パッドからの電界の強度変化を測定する工程とを備え、金属パッドは試験対象の配線電極における信号の強度に応じて面積を変えて形成するものである。
この発明によれば、配線電極に流れる信号の変化が金属パッドから生じる電界の強度変化として電気光学的に検出される。したがって、測定対象の電極配線における信号強度に応じた測定感度を設定できるので、高密度配線領域における配線電極の信号波形を高精度に測定できるようになる。また、本発明によれば、金属パッドの面積は配線電極における信号強度に応じて変えることができ、金属パッドの面積を最適化した状態で形成できる。この結果、本発明によれば、金属パッドが必要最小限の時間で形成できるようになり、効率的な測定ができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における試験方法を示すフローチャート（ａ）と試験装置の概略的な構成を示す構成図（ｂ）である。
【図２】本発明の実施の形態における試験方法の課程を示す工程図である。
【図３】金属パッドの面積と測定感度の関係を示す相関図である。
【図４】従来の電気光学サンプリングを用いた集積回路の試験方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１０１…回路基板、１０２…絶縁膜、１０３…配線電極、１０４…絶縁保護膜、１０４ａ…スルーホール、１０５…金属柱、１０６…金属パッド、１１０…電気光学結晶、１１１…誘電体多層膜ミラー、１１２…レーザ光源、１１３ａ，１１３ｂ…レーザ光、１１４…偏光検出部、１１５…信号処理部、１１６…表示部。

Claims

回路基板上に形成された複数の配線電極とこれらを覆うように前記回路基板上に形成された絶縁膜とを備えた集積回路を用意する工程と、
前記集積回路の所望とする試験対象の配線電極上に集積回路表面に到達して前記配線電極上の一部を露出させるスルーホールを形成する工程と、
前記スルーホール内を充填して前記試験対象の配線電極に接続する金属柱を形成する工程と、
前記絶縁膜上に前記金属柱と接続する金属パッドを形成する工程と、
前記金属パッド上に電界の強度によって複屈折率が変化する電気光学結晶を近づけて配置する工程と、
前記集積回路に信号を印加して動作させた状態で、前記電気光学結晶に光を入射してこの電気光学結晶の偏光状態の変化を測定することで、前記電気光学結晶に結合した前記金属パッドからの電界の強度変化を測定する工程と
を備え、
前記金属パッドは、前記試験対象の配線電極における信号の強度が小さいほど大きい面積に形成することを特徴とする集積回路の試験方法。