JP3825542B2

JP3825542B2 - 定電流型ビーム照射加熱抵抗変化測定装置

Info

Publication number: JP3825542B2
Application number: JP27732297A
Authority: JP
Inventors: 裕司中嶋
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1997-10-09
Filing date: 1997-10-09
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2017-10-09
Also published as: JPH11118887A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路等の試料の検査装置として用いられる試料にレーザビームを照射して、これに伴う試料の抵抗変化を測定するビーム照射加熱抵抗変化測定装置に関し、特に、試料に一定電流を通電して抵抗変化を電圧変化として計測する定電流型のビーム照射加熱抵抗変化測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路等の内部欠陥を検査する装置として、レーザビームを試料に照射して試料のビーム吸収に伴う発熱による抵抗値変化を測定するビーム照射加熱抵抗変化（Optical Beam Induced Resistance Change：ＯＢＩＲＣＨ）測定装置がある。このＯＢＩＲＣＨ測定装置には、試料に定電圧を印加して電流変化を測定する定電圧型と、試料に定電流を流して電圧変化を測定する定電流型がある。
【０００３】
定電流型のＯＢＩＲＣＨ測定装置には、特開平９−１４５７９５号に記載された装置がある。この装置のブロック図を図３に示す。
【０００４】
光源であるレーザ発生部１から出射されるレーザビームの光路上にこのレーザビームを入射方向に直交する２次元方向にラスタースキャンさせるレーザ走査部２と走査されたレーザビームを微小スポット径に集束させる顕微鏡３が配されている。顕微鏡３の焦点位置には、半導体集積回路等の被測定試料４が配置される。
【０００５】
試料４には、定電流源５により一定の電流が流されている。この定電流源５は、接地された基準電圧源５１に抵抗５２を介して、演算増幅器５３の負入力端と、ＦＥＴ５４のソース電極が接続されている。そして、演算増幅器５３の出力端とＦＥＴ５４のゲート電極が接続されており、演算増幅器５３の正入力端には、後述する信号処理部８から制御信号が入力される。そして、ＦＥＴ５４のドレイン電極から定電流Ｉ_ddが出力される。
【０００６】
この定電流源５と被測定試料４の間から分岐して電圧変化検出部７が接続されており、この電圧変化検出部７は、信号処理部８に接続され、信号処理部８には、さらに、モニター９が接続されている。信号処理部８はまた、レーザ走査部２及び定電流源５に接続されている。
【０００７】
レーザ発生部１から射出されたレーザビームは、レーザ走査部２で光路に直交する２次元方向にラスタースキャンされたうえ顕微鏡部３で集光されて被測定試料４表面の微細部分に照射される。この走査は信号処理部８によって制御される。試料４内には、定電流源５により予め所定の電流が流されている。試料４のレーザビームを照射されている箇所では、レーザビームを吸収して温度が上昇し、抵抗率が変化して、試料全体にかかる電圧Ｖ_ddが変化する。ボイド等の欠陥がある箇所では熱伝導が悪いため、こうした箇所にレーザを照射した場合は、周囲へ熱が逃げにくいために温度上昇が大きくなり、それに伴う抵抗率変化も大きく、結果として電圧値変化も大きくなる。
【０００８】
この試料の電圧変化Ｖ_ddを電圧変化検出部７で検出して信号処理部８に転送する。信号処理部８は、この電圧値変化を輝度情報に変換してレーザビーム照射位置に対応して並べた画像情報を生成してモニター９に表示する。
【０００９】
これにより、試料の欠陥箇所を画面上で確認することができる。定電流型のＯＢＩＲＣＨ装置では、検出対象の電圧を直接測定できるので、定電圧型に比べて高い測定精度を得ることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
定電流型のＯＢＩＲＣＨ装置では、定電流源５は、負荷の抵抗値によらずに一定の電流を供給する必要があるため、一般に高出力インピーダンスである必要がある。このため、通常は、ＦＥＴ５４の飽和領域におけるＶ_ds−Ｉ_d特性を利用して高出力インピーダンスとしている。しかし、高インピーダンスにすると、誘導ノイズを拾いやすいという欠点がある。特に、試料となる半導体集積回路の内部抵抗が大きい場合、例えば、ＭＯＳトランジスタのスイッチングが完了した後の静的状態を観測するような場合には、この高インピーダンスに伴う誘導ノイズが無視できないほど大きくなってしまうため、出力信号のＳ／Ｎ比が劣化してしまう原因となっていた。
【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑みて、内部抵抗が大きな試料でも高Ｓ／Ｎ比で測定可能な定電流型のＯＢＩＲＣＨ測定装置を提供することを課題とする。
【００１２】
【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ＯＢＩＲＣＨ測定装置は、高出力インピーダンスの定電流回路と、演算増幅器とソースフォロアＦＥＴとを有し、演算増幅器の出力端がＦＥＴのゲート電極に、演算増幅器の正入力端とＦＥＴのドレイン電極がともに定電流回路の出力端に、ＦＥＴのソース電極は試料にそれぞれ接続されており、前記ソースフォロアＦＥＴのドレイン電位はソース電位より高く設定されているフィードバック回路と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
これによれば、ソースフォロアＦＥＴのソース電位は、試料に定電流が流れるよう帰還制御され、かつ、低出力インピーダンスとなるので、誘導ノイズが抑制される。
【００１４】
演算増幅器の出力端電位変化を基に試料の電圧値変化を測定することことが好ましい。これによれば、電圧値変化検出部として増幅率の大きい検出部を使用した場合に、試料の浮遊容量により電圧値の発振が起こることが少なく、動作が安定する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態のブロック図である。
【００１７】
最初に本装置の構成を説明する。光源であるレーザ発生部１から出射されるレーザビームの光路上に、このレーザビームを光路に直交する２次元方向にラスタースキャンさせるレーザ走査部２と、走査されたレーザビームを微小スポット径に集束させる顕微鏡３が配されている。顕微鏡３の焦点位置には、半導体集積回路等の被測定試料４が配置される。
【００１８】
試料４には、定電流源５がフィードバック回路６を介して接続されている。そして試料４の他端は接地されている。
【００１９】
この定電流源５は、接地された基準電圧源５１に抵抗５２を介して、演算増幅器５３の負入力端と、ＦＥＴ５４のソース電極が接続されている。ここで、演算増幅器５３の出力端とＦＥＴ５４のゲート電極が接続されており、演算増幅器５３の正入力端には、後述する信号処理部８から制御信号が入力される。そして、ＦＥＴ５４のドレイン電極が定電流源５の出力端である。
【００２０】
一方、フィードバック回路６は、第２の基準電圧源６１、第２の演算増幅器６２、ソースフォロアＦＥＴ６３から構成されている。そして、定電流源５の出力端に接続されるフィードバック回路６の入力端に演算増幅器６２の正入力端とソースフォロアＦＥＴ６２のドレイン電極が接続されている。一方、ソースフォロアＦＥＴ６２のソース電極がフィードバック回路６２の出力端となる。演算増幅器６２は、負入力端が接地された基準電圧源６１に、出力端はソースフォロアＦＥＴのゲート電極にそれぞれ接続されている。ここで、基準電圧源６１により、ソースフォロアＦＥＴ６３のドレイン電位はソース電位より高く設定されている。これにより、ソースフォロアＦＥＴ６３がカットオフされることがない。
【００２１】
このフィードバック回路６内の演算増幅器６２の出力端は、試料の電圧値変化を検出する電圧変化検出部７に接続されており、電圧変化検出部７はさらに信号処理部８に接続されている。電圧変化検出部７は、試料４の電源端子に直接接続してもよいが、その場合は、電圧変化検出部７の増幅率が大きいと、試料４の浮遊容量などにより電圧変化検出部７の出力が発振する可能性があるため、図１の構成とすることが好ましい。
【００２２】
信号処理部８は、測定結果を表示するモニター９に接続されるとともに、レーザ走査部２、定電流源２の演算増幅器５３の正入力端及びフィードバック回路６のソースフォロアＦＥＴ６３のソース電極に接続されている。
【００２３】
続いて、本実施形態の動作を図１、図２により説明する。図２は、本実施形態のタイミングチャートである。ここで試料４は、内部抵抗Ｒの半導体である。
【００２４】
装置への電源投入後、まず信号処理部８は、定電流源５の出力電流Ｉを０Ａに設定する（図２(a)の時点）。したがって、試料の電源電圧Ｖ_ddは、０Ｖとなる。続いて信号処理部８は、Ｖ_ddを監視しながら定電流源５の出力電流Ｉを上昇させる（同図(b)の時点）。このとき、フィードバック回路６は、定電流源５の出力電流Ｉと試料４に流れる電流Ｉ_ddが一致する、言い換えると、試料の電源電圧、すなわちソースフォロアＦＥＴ６３のソース電位Ｖ_ddがＲ×Ｉとなるように演算増幅器６２により帰還制御する。こうしてソースフォロアＦＥＴ６３のソース電極は、低インピーダンスで駆動される。そしてこのソース電位Ｖ_ddが所定の電圧、例えば、５Ｖあるいは３．３Ｖとなった時点（同図(c)の時点）で信号処理部８は、定電流源５の出力電流を一定値に固定する。これで、電流値設定が終了する。
【００２５】
その後、測定動作が開始される（同図(d)の時点）。レーザ発生部１から出射されたレーザビームは、レーザ走査部２により、２次元方向にラスタスキャンされ、顕微鏡３で集光されて試料４上に照射される。試料４の欠陥箇所にレーザビームが照射されると（同図(e)の時点）、周囲への熱伝導が悪いために照射された部分の温度が上昇して、内部抵抗値が増大し、試料にかかる電圧Ｖddが増加する。欠陥のない部分では、周囲への熱伝導により照射された部分の温度は上昇せず、抵抗値変化もないため、電圧値も変化しない。試料４の電源端子にかかる電圧Ｖｄｄは、ソースフォロアＦＥＴ６３のソース電位であり、上述したように、低インピーダンスで駆動されている。したがって、誘導ノイズの発生がほとんどなく、電圧変化検出部７の出力信号のＳ／Ｎ比は大幅に向上する。この電圧変化検出部７の出力信号をレーザを照射した走査位置の情報とともに信号処理部８で処理することにより、試料４の欠陥位置をモニタ９上に輝度変化として表示することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、定電流源に演算増幅器とソースフォロアＦＥＴからなるフィードバック回路を付加することにより、試料に低出力インピーダンスで定電流を流すことができるので、誘導ノイズを抑制して、従来の装置では、誘導ノイズにより測定が困難だった内部抵抗の大きい試料を高Ｓ／Ｎ比で測定することができる。
【００２７】
さらに、電圧変化検出部を演算増幅器の出力端子に接続すれば、試料の浮遊容量によって検出出力が発振することがなく、安定した動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のブロック図である。
【図２】図１の装置のタイミングチャートである。
【図３】従来の装置のブロック図である。
【符号の説明】
１…レーザ発生部、２…レーザ走査部、３…顕微鏡、４…被測定試料、５…定電流源、６…フィードバック回路、７…電圧変化検出部、８…信号処理部、９…モニタ、５１、６１…基準電圧源、５２…抵抗、５３、６２…演算増幅器、５４…ＦＥＴ、６３…ソースフォロアＦＥＴ。

Claims

所定の一定電流を通電した半導体集積回路等の試料にレーザビームを走査しながら照射し、前記照射に伴う前記試料の抵抗値変化を電圧値変化として測定することにより、前記試料の欠陥箇所を検査する定電流型ビーム照射加熱抵抗変化測定装置において、
高出力インピーダンスの定電流回路と、
演算増幅器とソースフォロアＦＥＴとを有し、前記演算増幅器の出力端が前記ソースフォロアＦＥＴのゲート電極に、前記演算増幅器の正入力端と前記ソースフォロアＦＥＴのドレイン電極がともに前記定電流回路の出力端に、前記ソースフォロアＦＥＴのソース電極は前記試料にそれぞれ接続されており、前記ソースフォロアＦＥＴのドレイン電位はソース電位より高く設定されているフィードバック回路と、
を備える定電流型ビーム照射加熱抵抗変化測定装置。
前記演算増幅器の出力端電位変化を基に前記試料の電圧値変化を測定することを特徴とする請求項１記載の定電流型ビーム照射加熱抵抗変化測定装置。