JP7028783B2 - 波形マッピングおよびゲートレーザ電圧イメージング - Google Patents

Description

［優先権の主張］
本出願は、２０１５年１１月５日に提出された「波形マッピングのためのシステムおよび方法、およびゲートレーザ電圧イメージング（Ｇａｔｅｄ－ＬＶＩ）のためのシステムおよび方法（Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｗａｖｅｆｏｒｍ Ｍａｐｐｉｎｇ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｇａｔｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｉｍａｇｉｎｇ （Ｇａｔｅｄ－ＬＶＩ））」と題する米国仮特許出願第６２／２５２，３４５号に対する優先権を主張するものであり、前記出願は、参照により開示に含まれる。

本開示は、概して、半導体診断の分野に関する。より詳細には、本開示は、レーザ照射を用いて集積回路をプローブするためのデバイス、システムおよび方法に関するが、これらに限定されるものではない。

入射レーザが被試験デバイス（ＤＵＴ）である集積回路（ＩＣ）上に集束されると、デバイス内の自由キャリアは、レーザによって供給される光子を吸収して屈折させる。その結果、反射されたレーザ光の振幅変調は、印加された電気的テストパターンに対するＤＵＴの応答に対応する。反射されるレーザ光の分析は、アクティブなＤＵＴに関する直接的情報を明らかにする。ＩＣのデバッグ動作においては、レーザ電圧イメージング（ＬＶＩ）およびレーザ電圧プロービング（ＬＶＰ）という２つの従来技術が使用される。

ＬＶＩは、スペクトラムアナライザ、ロックイン増幅器または類似デバイスに頼って、ＤＵＴのレーザ走査顕微鏡（ＬＳＭ）画像上へ特定周波数をマッピングする。レーザがアクティブなＤＵＴ上でラスタ走査されるにつれて、反射光の振幅は、変調されてＤＵＴ信号（例えば、光検出器により捕捉される）に対応する。ＤＵＴ信号は、正確な関心周波数（ゼロスパン・モード）に設定されたスペクトラムアナライザまたは類似デバイスに供給される。スペクトラムアナライザの出力電圧は、特定周波数における信号の強度に正比例する。言い替えれば、信号の特定周波数成分が小さい、または存在しない場合、スペクトラムアナライザの出力電圧レベルは、ＤＵＴ信号のノイズフロアまで落ちる。周波数成分が大きいと、スペクトラムアナライザの電圧応答は、増加する。フレームグラバは、スペクトラムアナライザの出力信号を受信する。別のチャネルでは、フレームグラバが同時にＬＳＭ画像を作成する。ＬＳＭがステッピングする度に、スペクトラムアナライザによる測定が行われる。結果として生じるＬＶＩマップは、ＬＳＭ画像を完全にオーバーレイする。言い替えれば、スペクトラムアナライザの出力は、ＬＳＭ視野の各点における、所与の周波数でのデバイス行動に対応するグレースケールレベルを表示する走査エリアマップを作り出す。並列配置される幾つかのスペクトラムアナライザは、複数の周波数（スペクトラムアナライザ当たり１つの周波数）を同時に監視することを可能にする。スペクトラムアナライザをロックイン増幅器に置き換えるなど、システムをさらに変更することで、上述の周波数マップに加えて、論理状態マップ（位相マップ）が得られる。

これに対して、ＬＶＰは、ＬＳＭ視野内の特定の位置から波形を産出する。すなわち、ＬＳＭ画像が取得されかつ走査が停止した後に、波形収集が行われる。具体的には、ＬＳＭ視野内の個々のＤＵＴサイトは、関心領域にレーザを当てておくことにより手動でプローブされる。動作において、反射されたレーザ光は、（例えば光検出器によって）ＡＣ信号に変換され、増幅され、かつオシロスコープに送られる（オシロスコープのトリガまたは同期信号は、ＤＵＴへ印加されるテストパターンと同期していなければならない）。結果として生じる波形は、プローブ位置におけるＤＵＴからのタイミングおよび周波数情報の双方を含む。ある典型的なデバッグ手順では、多数の波形が記録される。このようなプロービングは、入念かつ時間のかかる操作である。このため、典型的には、ＤＵＴ上の疑わしい位置のみが検査される。

ＬＶＩおよびＬＶＰ技術には、共に限界がある。ＬＶＩの場合のＤＵＴの出力信号（すなわち、反射されるレーザ光）の十分な検出は、信号自体の性質に依存する。概して、信号のデューティサイクルおよび周期性は、その信号のスペクトル応答を決定する。信号がより理想的でなくなる（すなわち、５０％のデューティサイクルから逸脱する）と、スペクトル成分の数が増加し、基本周波数（または、任意の関心成分）における応答が目立たなくなる。その結果、ＬＶＩ信号は、減少する。ＬＶＩは、ロバストな信号を必要とすることから、十分なデューティサイクルを持つ周期信号しか検出できない。パルス信号またはパルス列の撮像は、極めて困難または不可能であり得る。ＬＶＰの場合、波形はオシロスコープで記録されることから、最小限のジッタを有する反復信号で足りる。しかしながら、点測定技術として、ＬＶＰは、個々のプローブサイトで入念な波形収集を必要とする（波形収集は、印加されるレーザが測定サイトにおいて走査ではなく静止していることを必要とする）。強力ではあるが、ＬＶＰは、信号およびプローブの位置を最適化することを含む、１波形当たりの記録に費やして、非効率的である。

ある実施形態において、開示する概念は、波形マッピングおよびゲートレーザ電圧イメージング画像を発生または生成するためのシステムを提供する。本システムは、回路を保持するためのホルダと、テストループ信号を回路へ供給するためのテストループ発生器であって、前記テストループ信号は、あらゆるテストループ周期を反復する刺激信号を含む、テストループ発生器と、レーザソースと、レーザソースからのレーザビームを回路上へ方向づけるための第１の光学素子と、回路から反射されるレーザ光を収集する第２の光学素子と、反射されるレーザ光を検出し、かつこれに応答してセンサ出力を生成するためのセンサと、センサ出力および同期信号に基づいてデジタル出力信号を生成するための高速デジタル信号平均器と、を含む。１つ以上の実施形態において、第１の光学素子は、回路のある領域に渡ってレーザビームをラスタ走査するように構成されるレーザ走査顕微鏡（ＬＳＭ）を備える。実施形態によっては、センサ出力は、ＤＣ成分（ＬＳＭ画像を表す）およびＡＣ成分（テストループ信号に対する回路の応答を表す）を含む。実施形態によっては、高速デジタル信号平均器は、ラスタ走査の各位置（ピクセル）毎にデジタル出力信号を発生させる。ある実施形態では、デジタル出力信号は、各位置において、複数の完全なテストループ周期に渡る刺激信号から生じるＡＣ成分（「波形マッピング」）に基づいてもよい。実施形態によっては、高速デジタル信号平均器は、さらに、入力としてゲート信号を取り込むように構成されてもよく、ゲート信号は、テストループ周期より短い少なくとも１つのゲート周期を画定する。これらの実施形態のうちの１つ以上において、デジタル出力信号は、各位置（ピクセル）で、ゲート周期の間の複数のテストループ周期に渡る刺激信号から生じるＡＣ成分（ゲートＬＶＩ）に基づいてもよい。ＬＳＭ画像およびデジタル出力信号の双方は、各デジタル出力信号がＬＳＭ内のピクセルと相関され得るように、記憶装置（例えば、不揮発性磁気またはソリッドステート・メモリ）に記憶されてもよい。

別の実施形態において、本開示による診断測定方法は、被試験デバイスをテストパターンで刺激することであって、前記テストパターンは、あらゆるテストループ周期後に反復する刺激信号を含むことと、被試験デバイスの一領域をラスタ走査物質においてレーザビームで照射することと、照射に応答して被試験デバイスから反射する光を検出することと、検出された反射光の直流（ＤＣ）成分および交流（ＡＣ）成分を識別することと、複数のテストループ周期に渡り、トリガ信号およびゲート信号に基づいてＡＣ成分を平均することであって、トリガ信号は、ＡＣ成分をテストパターンに同期させ、かつゲート信号は、各テストループ周期中にＡＣ成分のどの部分をデジタル化するかを選択することと、平均されたＡＣ成分をデジタル化して出力信号を発生させることと、出力信号をメモリに記憶することを含む。ゲート信号が、テストループ周期より短い時間に対応するＡＣ成分の一部分を選択する場合、開示するこの動作は、ゲートＬＶＩと称されてもよい。ゲート信号が、テストループ周期に等しい時間に対応するＡＣ成分を選択する場合、開示するこの動作は、波形マッピングと称されてもよい。

１つ以上の実施形態による診断システムをブロック図形式で示す。

別の１つ以上の実施形態による診断システムをブロック図形式で示す。

１つ以上の実施形態による、診断動作中に使用される様々な例示的信号を示す。

ある実施形態による、被試験デバイスから収集されたデータを表す。

別の実施形態による、別の被試験デバイスから収集されたデータを表す。

ある実施形態による、ＬＶＴの信号対雑音と出力信号が平均されたテストループの数との関係を示す。

別の実施形態による、ＬＶＴの信号対雑音と、出力信号が平均されたテストループの数と、ターゲット測定の実行に必要な測定帯域幅との関係を示す。

ある実施形態による回路診断動作をフローチャート形式で示す。

１つ以上の実施形態によるネットワークをブロック図形式で示す。

本開示は、集積回路（ＩＣ）のデバッグ動作を改良するためのシステム、方法およびコンピュータ可読媒体に関する。概して、レーザ走査顕微鏡（ＬＳＭ）による一回の掃引の間に試験対象である集積回路を通して波形を取得／記録するための技術を開示する。より具体的には、本明細書に開示する技術は、回路に渡る各位置におけるテスト信号に対する集積回路の応答をリアルタイムで取得することを可能にする。本明細書に開示する技術は、デバッグプロセスを急がせるほとんどの手動プロービングの必要性をなくすことができる。さらに、取得された波形は、ＬＳＭ画像内の特定のピクセルと自動的に相関され得ることから、データマップを作成してＬＳＭ画像上にオーバーレイすることができる。このマップは、続いて、（例えば、フーリエ変換分析を用いて）任意の特定周波数の有無を強調表示し、テスト信号内の特定のパルスの有無（合格／不合格データ）、および／または基準信号との不一致（波形自己相関）を強調表示することができる。実施形態によっては、テスト信号全体に対する回路の応答が記録されてもよい。他の実施形態では、ゲート信号を用いて、回路の応答検出を比較的短い時間周期のテスト信号（および他の時間周期中に受信される除外信号）に集中させることができる。

以下の明細書本文では、説明を目的として、開示する概念の完全な理解を提供すべく多くの具体的な詳細について述べる。本明細書本文の一部として、本開示の図面の中には、開示する概念の新規態様を不明瞭にすることを避けるために、構造およびデバイスをブロック図形式で表すものがある。明瞭さのために、実際の実装の全ての特徴を記述しない場合がある。さらに、この明細書本文の一部として、本開示の図面の中には、フローチャート形式で提示されるものがある。任意の特定のフローチャートにおけるボックスは、特定の順序で提示されることがある。しかしながら、任意の所与のフローチャートにおける特定の順番は、単に一実施形態を例示するために使用されるものであることは、理解されるべきである。他の実施形態において、フローチャートに示された様々な要素は何れも、削除されることがあり、また、図示されている動作シーケンスも、異なる順序で、または同時に実行されることもある。さらに、他の実施形態は、フローチャートの一部として示されていない追加のステップを含むことがある。さらに、本開示において用いる文言は、主に読みやすさおよび教示を目的として選択されたものであって、本発明の主題を明確に描写する、または限界を画するために選択されていない場合があり、本発明の主題の決定には、特許請求の範囲に訴える必要がある。本開示における「一実施形態」または「ある実施形態」という言及は、その実施形態に関連して記述される具体的な特徴、構造または特性が、開示する主題の少なくとも１つの実施形態に包含されることを意味するものであって、「一実施形態」または「ある実施形態」の複数回の言及は、必ずしも、全てが同じ実施形態を指すものとして理解されるべきではない。

任意の実際的実装の開発においては（任意のソフトウェアおよび／またはハードウェア開発プロジェクトの場合のように）、開発者の具体的な目標（例えば、システム関連およびビジネス関連の制約との整合性）を達成するために多くの決定を下さなければならないこと、および、これらの目標が実装毎に変わり得ることは、認識されるであろう。また、このような開発努力は、複雑で時間のかかるものである場合があっても、本開示を利用できる集積回路試験およびデバッグシステムの設計および実装分野の当業者にとって、これが所定の仕事であることも、認識されるであろう。

図１を参照すると、１つ以上の実施形態において、診断システム１００は、被試験デバイス（ＤＵＴ）１０４を電気的に刺激するテストループ発生器１０２を含んでもよい。レーザ１０６は、レーザ走査顕微鏡（ＬＳＭ）１０８へ連続波レーザビームを送る。エレメント１１０は、レーザ１０６からの光を光学素子１１２を介してＤＵＴ１０４へ通し、かつ同時に、ＤＵＴ１０４から反射される光を検出器１１４へ通過させる。ある実施形態において、検出器１１４は、アバランシェ・フォトダイオードであってもよい。検出器１１４からの信号は、レーザビームの反射された光子束に直接対応する。増幅器１１６（例えば、トランスインピーダンス増幅器またはＴＩＡ）は、検出器１１４から出力される信号を増幅し、かつその固有の出力を周波数分離器１１８（例えば、バイアスティ周波数分離回路）へ送る。周波数分離器１１８からの出力は、ＤＣ成分または信号１２０と、ＡＣ成分または信号１２２とを含む。ＤＣ信号１２０は、走査される回路コンポーネントの反射率を示す電圧であって、従来のＬＳＭ画像に対応する。図示されているように、ＤＣ信号１２０は、メモリ１２４（例えば、非一時的な磁気または固体メモリ、または揮発性フレームグラバ・メモリ）に記憶されてもよい。ＡＣ成分または信号１２２は、テストループ発生器１０２から印加される電気刺激に対するＤＵＴの応答を示し、かつ図示されている実施形態では、高速デジタル信号平均器１２６へ印加されてもよい。デジタル化されたＤＵＴ出力信号１２８もまた、メモリ１２４へ書き込まれてもよい。一実施形態では、トリガ信号１３０を用いて、高速デジタル信号平均器１２６によって発生させる波形（例えば、デジタル化されたＤＵＴ出力１２８）を、テストループ発生器１０２によって提供される刺激信号およびＬＳＭ画像の各ピクセル（ＤＣ信号１２０で表される）と同期させてもよい。別の実施形態において、デジタル信号平均器１２６は、ＤＵＴ１０４からの直接的信号（不図示）によって同期されてもよい。さらに別の実施形態において、ＬＳＭ１０８は、同期のために高速デジタル信号平均器へピクセルクロックを提供してもよい。ＬＳＭ－平均器接続は、捕捉される波形とＬＳＭピクセルとの間の直接相関を可能にする。一般的な当業者には、エレメント１１０がビームスプリッタとして認識されるであろう。また、一般的な当業者には、ＬＳＭ１０８が、レーザ１０６からのビームがＤＵＴ１０４を横断して走査される、またはＤＵＴ１０４上の特定の位置に置いておかれることを可能にする電気的および光学的エレメントを含み得ることも理解されるであろう。さらに、光学素子１１２は、単一の素子に限定される必要はなく、例えば、対物レンズ、波長板、チューブレンズおよびミラー等の任意数のコンポーネントを組み込み得ることも認識されるであろう。

動作において、高速デジタル信号平均器１２６は、ＤＵＴ信号１２２およびトリガ信号１３０を同時にデジタル化する。デジタル信号平均器１２６は、トリガ信号１３０を例えば位相ロックループを用いて追跡することができ、かつこの信号を、ＤＵＴ信号１２２の相関平均の基準として用いることができる。言い替えれば、ＤＵＴ信号１２２の連続的ストリーミングは、サンプルを基準（トリガ）信号１３０と相関させることによってリアルタイムで平均されることが可能である。したがって、従来技術の手法とは異なり、本明細書に開示する技術は、ＬＳＭ走査の各ピクセルにおいて波形をリアルタイムで取得できるようにする。結果として得られる波形およびＬＳＭ画像は、（例えば、記憶装置１２４において）別々に記憶されても、併せて記憶されてもよい。共通の（または異なる）データベースに異なるファイルとして、または異なるエントリとして別々に記憶される場合、同期化データ（例えば、時間）も、デジタル化された各ＤＵＴ信号１２８が対応するＬＳＭ画像における個々のピクセルに結び付けられ得る、または関連づけられ得るように記憶されてもよい。本明細書で使用する「波形マップ」という用語は、１つ以上の完全なテストループに応答して各ＬＳＭピクセルの対応するＤＵＴ信号が捕捉される場合の、ＬＳＭ２次元画像および対応するデジタル化されたＤＵＴ信号の捕捉を指す。本開示に従って発生させる波形マップの各ピクセルは、その位置で捕捉される波形を明らかにするために拡大されることが可能である。さらに、波形は、アクティブなＤＵＴに関する詳細な情報を含んでいることから、波形マップが作成されると、オフラインのデータ処理によって多数の２次データマップを作成することができる。これらのデータマップは、波形の興味深い特定の特徴を迅速に強調表示することができる。具体的には、波形マップは、自己相関またはテンプレートマッチングに役立つ。例として、本開示による波形マップには、相関係数のアレイを発生させるために、スライドウィンドウ相互相関アルゴリズムを適用することができる。結果として得られる相関係数曲線は、検査される波形とテンプレート波形との類似性を定量化するために使用されてもよい。さらに、波形マップのオフライン処理は、２つの波形間の過渡効果を決定するために使用可能である分数次元アルゴリズムのようなより高度なコンピュータ分析を可能にする。

別の１つ以上の実施形態において、デジタル信号平均器１２６は、適用されるテストループの一部の間のみにおいてＤＵＴ信号１２２をデジタル化するように構成されてもよい。図２を参照すると、この手法に従って改変された診断システム１００（診断システム２００として識別される）は、ゲート発生器２０２を用いて、デジタル信号平均器２０６がデジタル波形出力１２８を発生させる時間を制御するためのゲート信号２０４を発生する。次に、（図２に照らして）図３を参照すると、デジタル信号平均器２０６（例えば、高速積分器）は、ＤＵＴ信号１２２および同期クロックまたはトリガ信号１３０を受信する。トリガ信号１３０は、テストループ周期（Ｔ）および対応する繰返し率（１／Ｔ）を規定する。（具体的には、ゲート１ ３００の間の）ゲート信号２０４は、トリガ信号１３０のアサーションに対する捕捉ウィンドウの開始を決定するゲート遅延Δと、ゲート幅δｔとによって規定される。本明細書で使用する「ゲート」は、ＤＵＴ応答信号１２２を積分する時間ウィンドウを規定する。この実施形態において、デジタル積分器２０６は、ＤＵＴ信号１２２の、ゲート１ ３００に取り囲まれた部分のみを認識し、この信号Ｖ_ｇ（ｔ）３０２のみが積分器２０６へ提示される。したがって、ゲート制御されたＤＵＴ信号Ｖ_ｇ（ｔ）３０２は、

によって与えられ得る。 積分器２０６は、この信号をｎ個のテストループに渡って平均することから、積分器出力Ｖ_０１２８は、

のように書かれてもよい。
但し、Ｋは、ハードウェア（例えば、積分器２０６）によって規定される定数である。図３に基づけば、出力信号Ｖ_０１２８の捕捉時間は、ｎＴに比例する。

実際には、ベースラインＤＣ測定値を得るために、第２のゲートであるゲート２ ３０４が使用されてもよい。概して、ゲート２ ３０４のゲート幅は、ゲート１ ３００により画定される幅、δｔに一致する。実施形態によっては、ゲートセット内のゲートは、異なる幅を有してもよい。例えば、「故障」信号を捕捉するためのゲートは、必要な信号を捕捉するために必要とされるだけの短いものであってもよく（後述参照）、バックグラウンドを捕捉するためのゲートは、可能な限り長くてもよい。このようにして、「バックグラウンド」値の信号対雑音比は、（ペアの他方のゲートの幅に合わせて短いバックグラウンドウィンドウ幅を有することと比較して）改善され得る。異なる幅のゲートが使用される場合、これらは、結合の前に正規化されるべきである。ゲート２ ３０４は、典型的には、ＤＵＴ信号１２２の、信号がない部分をスパンしてもよい。よって、この場合の出力電圧Ｖ_０１２８は、ゲート１ ３００の間に捕捉されるＤＵＴ信号と、ゲート２ ３０４の間に捕捉されるＤＵＴ信号との間の差であり得る。これは、

で表されてもよい。
ゲートを画定するには、従来のＬＶＰ技術を用いるか、シミュレートされた波形を用いて、単一の代表的な波形を収集する必要がある。ゲートの選択は、（例えば、テストループ発生器１０２によって生成されるような）テストパターン、および所望される情報に依存する。概して、ゲート幅は、所望されるＤＵＴ信号情報を損なうことなく、可能な限り大きいものであるべきである。これにより、最終的に得られる捕捉信号および対応する信号対雑音比を最大にすることができる。ゲートが確立されると、本明細書に記述する技術は、ＬＶＰ波形をさらに収集することなく、ＤＵＴの応答信号（例えば、信号１２２）をマッピングすることができる。この検出スキームは、（テストパターンが適用された結果として生じる）ＤＵＴ応答信号内の一意の特徴が何れも、信号のスペクトル成分に依存することなくゲート制御され、測定されかつＬＳＭ画像上へマッピングされることを可能にする。本明細書で使用する「ゲートＬＶＩ」という用語は、各ＬＳＭピクセルの対応するＤＵＴ信号が１以上より少ない完全なテストループのアプリケーションに対する応答である場合の、ＬＳＭ２次元画像および対応するデジタル化されたＤＵＴ信号の捕捉を指す。１つ以上のゲート（またはゲートセット）は、ＤＵＴ応答の、捕捉される部分を選択するために使用されてもよい。本明細書で使用する「レーザ電圧トレーシング」または「ＬＶＴ」という用語は、波形マッピング（上記参照）またはゲートＬＶＩ動作のいずれかを指す。

図４は、コンポーネント２０６としてボックスカー平均器、およびＤＵＴ１０４に１８０ナノメータ（ｎｍ）のインバータチェーンを用いて収集されたデータを表す。２０マイクロ秒（μｓ）をスパンしたテストループのうち、４μｓスパンのみが示されている。ＤＵＴ応答信号４００Ａは、良好な（通過）信号を表し、波形４００Ｂは、不良な（故障）波形を表す。領域４０２Ａ、４０４Ａは、マップ４０６Ａを作り出すために使用されるゲートセットを表し、領域４０２Ｂおよび４０４Ｂは、マップ４０６Ｂを作り出すために使用されるゲートセットを表す。この例の目的は、ＤＵＴの故障信号を捕捉／マップすることにある。ゲート４０２Ａおよび４０２Ｂは、ベースラインデータを取得するために使用される。ゲート４０４Ｂは、ＤＵＴが故障している場合にのみ存在するイベントを含み、または包含し、かつ持続時間が１００ナノ秒（ｎｓ）未満であって合わせて合計テストループ長さの０．５％未満となるパルスを含んでいて、所望される信号があまりにも短いものとなり、従来技術のＬＶＩ技法は機能することができない。このように規定されることにより、ゲートセット４０２Ａ／４０４Ａおよび４０２Ｂ／４０４Ｂは、故障状態下でのみＬＶＴ信号を生成する。画像４０６Ａおよび４０６Ｂは、３５０ｘ２．４５ＮＡソリッド・イマージョン・レンズ（ＳＩＬ）および１３２０ｎｍの連続波レーザを用いて収集された。ゲート４０２Ａ／４０４Ａおよび４０２Ｂ／４０４Ｂおよび走査速度は、双方の画像で一定であった。予想通り、通過条件４００Ａは、信号のないマップ４０６Ａを作り出している。故障ＤＵＴ応答４００Ｂを発生させるテストループを用いると、故障信号が存在する場所を明らかに強調表示するＬＶＴマップまたは画像４０６Ｂが得られる。ＬＶＴは、ベースラインに対する信号を表示することから（式３参照）、ＬＶＴは、特定のピクセルにおけるゲート信号の相対極性を解明するという付加利益を有する。マップ４０６Ｂにおける黒い領域（信号）は、信号積分器２０６からの負の応答に対応する。これは、ゲート制御されるイベントがベースライン信号より低い場合である（ゲート４０２Ｂと４０４Ｂとの間の信号４００Ｂを比較されたい）。一方で、マップ４０６Ｂにおける白い領域（信号）は、故障信号が反転されると生じる信号積分器２０６からの正の応答に対応する（図５参照）。信号の反転は、様々な理由で発生する。例えば、ＮＭＯＳトランジスタおよびＰＭＯＳトランジスタは、反対の極性を示し、例によっては、トランジスタのゲートおよびドレインも同様である。

図５を参照すると、ゲート５０４内の信号５００がゲート５０２におけるベースライン信号レベルより下に位置することから、ＤＵＴ信号５００は、負のＬＶＴ信号（マップ５０６における黒い領域で表される）を生成する。ＤＵＴ信号５０８は、信号５００と同じものであるが、反転されている。この場合、ゲート５０４内の信号５０８のその部分がゲート５０２内のベースライン信号より上に位置することから、ＬＶＴ信号は正である（マップ５０６における白い領域によって表される）。

ＬＶＴの最適化は、幾つかの相互に関連する平均器／積分器パラメータ（例えば、コンポーネント２０６）の理解を必要とする。概して、テストエンジニアまたはユーザは、図３により繰返し率（１／Ｔ）として定義されるテストパターン周波数および平均化の量ｎを制御する。測定帯域幅ＢＷは、次の２つのパラメータ、

に依存する。
但し、「Ｃ」は、使用されるハードウェア平均器の具体的なタイプに依存する定数である。一実施形態では、例えば、Ｃ＝０．４４２である。帯域幅は、レーザ走査顕微鏡のピクセル滞留時間を次式のように限定することにより、ＬＶＴ捕捉時間を決定する。

試験を目的として、２．９ＮＡ ＳＩＬ、１０６４ｎｍ連続波レーザおよびコンポーネント１１４用低周波検出器を装備したメリディアンＶ（ＦＥＩ社製）上にＬＶＴ画像／マップを収集した。（１０６４ｎｍレーザは、上記の１３２０ｎｍレーザより向上した分解能を有する。より短い波長の光子によって引き起こされる光電流の注入は、信号にほとんど影響を与えないことが決定されている。）ＤＵＴは、様々なパルス信号で刺激される２８ｎｍのデバイスであった。パルス振幅、テストループ周期、ゲート／パルス幅および平均したテストループの数は、独立して調整した。結果として生じたＬＶＴ画像を処理し、分析した。

図６を参照すると、ＬＶＴ信号対雑音比（ＳＮＲ）と平均数（ｎ）との関係が示されている。このデータを得るために、２０ｎｓの正方形パルスおよび整合する２０ｎｓ幅のゲート信号を用いた。平均数が増加するにつれてテストループ周期（Ｔ）を短縮することにより、帯域幅を２７０Ｈｚで一定に保った（式４参照）。５１２ｘ５１２ピクセルのＬＶＴ画像は各々、収集に約８分を要し、平均で１ピクセルあたり２ｍｓ未満または１波形あたり２ｍｓ未満であった。これに対して、従来のＬＶＩ技術（かなり大きく見た見積りで、１ピクセル当たり１０秒）を用いて捕捉される機能上等価の画像は、ほぼ、次のようになる。

実際には、テストループ周期は、しばしば調整が困難、または不可能であることが判明している。一定のテストループ長さでは、平均するテストループの数を増やすと帯域幅が縮小する。この点を考慮して、図７に示すデータは、１μｓの定ループ長さおよび１０ｎｓのパルス幅を基礎としている。図示されているように、この場合のデータは、図６に提示されたものから僅かに逸脱している。一般的な傾向、すなわちｎを増やせばＳＮＲが増加するという傾向は依然としてあるものの、影響はない。帯域幅の変更は、この結果をもたらす。観測範囲に渡って、ＬＶＴ信号振幅は、帯域幅の増加に伴って穏やかな増加を示した。したがって、ｎが増加するにつれて、減少する帯域幅は、信号強度に悪影響を及ぼし、これがＳＮＲ利得を妨げる。他のデータは、テストループ周期の変動が画像ＳＮＲにほとんど影響しなかったことを示している。あるいは、ＤＵＴ信号強度またはゲート幅の何れかを増加させると、ＳＮＲが改善される。本明細書で論じている画像の大部分で、ＤＵＴ信号強度の尺度として機能する波形（ＬＶＰ）振幅は、およそ３００マイクロボルト（μＶ）であった。パルス幅は、テストループ周期に対して、数パーセントから０．１％までの範囲であった。これらの条件の下で、１０２４の平均値は、従来のＬＶＩに匹敵する感受性を提供した。事例によっては、２５６個という少数の平均値で十分なＳＮＲをもたらした。

ＬＶＴ画像を最適化する場合、ＳＮＲと捕捉時間との相互作用を無視してはならない。ＤＵＴの信号振幅およびテストループのパルス幅は、ＳＮＲに影響するが、これらのパラメータは、一定である、あるいは変更が困難である場合が多い。したがって、ＳＮＲの最適化においては、平均化が重要な役割を果たす。平均を求めるテストループの数を増やすと、ＳＮＲは向上するが、捕捉時間に悪影響を与える。具体的には、式４および式５を組み合わせると、

になる。
したがって、テストループ周期Ｔを最小限に抑えて、データ捕捉を加速しなければならない。そうでなければ、捕捉時間は、平均化に比例する。

ＬＶＴは、テストパターンがＬＶＩ分析を妨げる場合に使用できる強力な技法である。故障した回路が異常信号を生成すれば、その信号をゲート制御することができる。ゲートを規定するには、唯一の波形を収集する、またはシミュレートされた波形を用いる必要がある。ＬＶＴのない回路の故障の根本的原因を突き止めるには、ＬＶＰを用いて回路を介し故障信号をトレースする必要があるが、これは、何百もの波形および何日もの労力を要し得る。本明細書に開示するＬＶＴは、故障信号の視覚的マップを提供することによって、このプロービングの多くを不要にする。プロービングは、疑わしい成分が特定されて、さらなるローカライゼーションが必要とされる場合にのみ、続いて行われる。

レーザ電圧トレーシング（ＬＶＴ）は、適用されたテストループに対するＤＵＴの応答を監視する新しい手法を導入する。本明細書で使用するＬＶＴは、波形マッピングおよびゲートＬＶＩ動作の双方を指す。前者では、１つ以上の完全なテストループに対するＤＵＴの応答が記録されるが、後者では、テストループの一部分のみに対するＤＵＴの応答が記録される（その部分は、ゲートによって画定される）。これらの手法は共に、対応するＬＳＭ画像の各ピクセルにおけるＤＵＴ信号のリアルタイム捕捉を可能にする。具体的には、開示するＬＶＴ技術は、従来技術によるＬＶＩ技法では検出が困難または不可能であるＤＵＴ信号の画像化を可能にする。アクティブなＤＵＴからの信号が周期的でない、または５０％のデューティサイクルから著しく逸脱する場合、従来のＬＶＩ信号モニタリングスキーム（スペクトラムアナライザ、ロックイン増幅器、ベクトルアナライザ、他）は無益となる。これらのデバイスは、監視可能な強い周波数成分を含む信号に依存することから、監視される信号のデューティサイクルまたは周期性を低減すると、これらの周波数成分の強度に大きく影響しかつ悪影響を与える。ＬＶＴを用いれば、ＤＵＴ信号のデューティサイクルまたは周期性とは無関係に測定を行うことができる。単なる例示として、ＬＶＴは、問題の多い周辺ＮＡＮＤ回路をデバッグするために適用されてもよい。このタイプの回路に対するテストおよびデバッグ動作は、典型的には、ＬＶＩ等の他の画像化技術の使用を妨げるパルス信号を包含する。その結果、ＬＶＴは不必要なプロービングを減らして、正当であればプローブの配置を支援する。

図８を参照すると、先に開示したシステムの顕著な動作特徴を捕捉する、一実施形態による回路診断動作８００が示されている。動作８００は、ＤＵＴを電気的に刺激することによって開始される（ブロック８０２）。これは、コンポーネント１０２等のテストループ発生器によって達成されてもよい。次に、ＤＵＴは、ラスタ走査法でレーザビームを照射されてもよい（ブロック８０４）。これは、例えば、レーザ１０６、ＬＳＭ１０８、エレメント１１０および光学素子１１２によって達成されてもよい。ＤＵＴの全てを照射する必要がないことは、留意されるべきである。次に、ＤＵＴから反射されるレーザ光が検出されてもよい（ブロック８０６）。先に論じたように、反射光は、ＤＣ成分およびＡＣ成分を有し得る。ＤＣ成分は、（グレースケール）ＬＳＭ画像を表し、かつＡＣ成分は、電気刺激が印加されたテストパターンに対するＤＵＴの応答を表す。次に、ＡＣ成分は、平均化される一方で、かつデジタル化（ブロック８１０）に先行してゲート制御されてもよい（８０８）。ある実施形態において、ゲート信号は、複数の完全なテストパターンに対するＤＵＴの応答が平均され得るように印加されてもよい。この場合、動作８００は、波形マッピングと称されることがある。別の実施形態において、ゲート信号は、複数の部分的なテストパターンに対するＤＵＴの応答が平均され得るように印加されてもよい。この場合、動作８００は、ゲートＬＶＩマッピングと称されることがある。最後に、デジタル化されたＤＵＴ応答および対応するＬＳＭ画像が記憶されてもよい（ブロック８１２）。

図９を参照すると、ネットワーク９００は、診断システム９０２（ＤＵＴ９０４および電気光学コンポーネント９０６を含む）と、記憶装置９０８と、ローカル処理システム９１０とを含んでもよい。例示として、診断システム９０２は、システム１００および２００の何れかに類似するものであってもよい。本開示に従って診断システム９０２により捕捉される波形は、記憶装置９０８に記憶されてもよい。先に述べたように、記憶装置９０８には、ＬＳＭ画像データおよび波形データの双方が記憶されてもよい。これらのデータは、別々に（例えば、異なるファイルとして、または共通の、または異なるデータベースにおけるエントリとして）記憶されても、単一のエンティティまたはファイルとして記憶されてもよい。処理システム９１０は、例えば、エンジニアリングワークステーションであっても、パーソナルコンピュータであってもよい。処理システム９１０は、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）９１２へ通信可能式に結合され、かつこれを介して、コンピュータシステム９１４およびプリンタ９１６等の他のローカルデバイスへ通信可能式に結合されてもよい。また、処理システム９１０は、ＬＡＮ９１２およびゲートウェイおよび／またはルータ９１８を用いて、広域ネットワーク（ＷＡＮ）９２０へ結合されるさらに他のデバイス（例えば、サーバ記憶装置９２２およびコンピュータシステム９２４）と通信してもよい。ネットワーク９１２および９１８は、任意の所望される技術（有線、無線またはこれらの組合せ）および通信プロトコル（例えば、ＴＣＰ即ち伝送制御プロトコル、およびＰＰＰまたはポイントツーポイント）を用いてもよい。処理システム９１０は、それが本明細書に記述しているタイプの波形データにアクセスして処理できるようにする１つ以上のプログラムまたはアプリケーションを実行してもよい。このようなプログラムまたはアプリケーションは、処理システム９１０における非一時的記憶装置に、記憶装置９０８の非一時的な部分に、またはサーバ記憶システム９１８等の非一時的ネットワーク記憶装置に記憶されてもよい。

上述の説明が例示を意図し、限定を意図するものでないことは、理解されるべきである。マテリアルは、あらゆる当業者が特許請求の範囲に記載されている開示された主題を利用できるように提示されていて、具体的な実施形態のコンテキストにおいて提供され、当業者には、その変形が容易に明らかとなるであろう（例えば、開示されている実施形態の一部は、互いに組み合わせて使用されてもよい）。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲、ならびにこのような特許請求の範囲が権利を有する等価物の全範囲を参照して決定されるべきである。添付の特許請求の範囲における「を含む」および「における」という言い回しは、各々「を備える」および「ここで」という言い回しと同等の平易な英語として使用されている。

Claims (20)

1. 回路を試験するためのシステムであって、
   回路を保持するように構成されるホルダと、
   前記回路へテストループ信号を供給するように構成されるテストループ発生器であって、前記テストループ信号は、前記回路を電気的に刺激し、あらゆるテストループ周期を反復する刺激信号を含む、テストループ発生器と、
   レーザソースと、
   前記レーザソースからの連続波レーザビームを前記回路上へ方向づけ、ラスタ走査するように構成される第１の光学系と、
   前記刺激信号に対する応答として、前記回路から反射されるレーザ光を収集するように構成される第２の光学系と、
   反射される前記レーザ光を検出し、かつこれに応答してセンサ出力を発生させるように構成されるセンサと、
   前記センサ出力に基づいてデジタル出力信号を発生させるように構成される高速デジタル信号平均器であって、前記ラスタ走査の各位置（ピクセル）毎に、前記刺激信号と同期させてデジタル出力信号を発生させ、複数のテストループ周期に渡り、トリガ信号およびゲート信号に基づいて前記センサ出力のうちのＡＣ成分を平均し、前記トリガ信号は、前記ＡＣ成分を前記テストループ信号に同期させ、かつ前記ゲート信号は、各テストループ周期中に前記ＡＣ成分のどの部分をデジタル化するかを選択する、高速デジタル信号平均器と、を含むシステム。
2. 前記第１の光学系は、前記回路のある領域に渡って前記レーザビームをラスタ走査するように構成されるレーザ走査顕微鏡（ＬＳＭ）を備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記センサ出力は、直流（ＤＣ）成分および交流（ＡＣ）成分を含む、請求項２に記載のシステム。
4. 前記ＡＣ成分は、前記テストループ信号に対する前記回路の応答信号に対応する、請求項３に記載のシステム。
5. 前記デジタル出力信号を記憶するように構成されるメモリをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
6. 前記デジタル出力信号は、各位置（ピクセル）において、複数の完全なテストループ周期に渡る前記刺激信号から生じる前記ＡＣ成分に基づく、請求項１に記載のシステム。
7. 前記デジタル出力信号を記憶するように構成されるメモリをさらに備える、請求項６に記載のシステム。
8. 前記高速デジタル信号平均器は、さらに、入力としてゲート信号を取り込むように構成され、前記ゲート信号は、前記テストループ周期より短い少なくとも１つのゲート周期を画定する、請求項１に記載のシステム。
9. 前記デジタル出力信号は、各位置（ピクセル）において、前記ゲート周期の間に複数のテストループ周期に渡って前記刺激信号から生じる前記ＡＣ成分に基づく、請求項８に記載のシステム。
10. 前記デジタル出力信号を記憶するように構成されるメモリをさらに備える、請求項９に記載のシステム。
11. 前記第１の光学系は、レーザ走査顕微鏡（ＬＳＭ）を備え、かつ前記ＤＣ成分は、ＬＳＭ画像に対応する、請求項３に記載のシステム。
12. 前記高速デジタル信号平均器は、高速積分器回路を備える、請求項１に記載のシステム。
13. 前記同期のための信号は、前記テストループ発生器からの信号を含む、請求項１に記載のシステム。
14. 前記同期のための信号は、前記ＬＳＭからのピクセルクロックを含む、請求項１１に記載のシステム。
15. 前記高速デジタル信号平均器へ電気的に結合されかつゲート開始時間およびゲート持続時間を有するゲート信号を出力するように構成されるゲート発生回路をさらに備え、前記持続時間は、前記テストループ周期より少ない、請求項１に記載のシステム。
16. 前記デジタル出力信号は、さらに、前記ゲート信号に基づく、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記デジタル出力信号は、前記持続時間中の複数のテストループ周期に渡る前記ＡＣ成分を表す、請求項１６に記載のシステム。
18. 診断測定方法であって、
    被試験デバイスをテストパターンで刺激することであって、前記テストパターンは、あらゆるテストループ周期後に反復する刺激信号を含むことと、
    前記被試験デバイスの一領域をラスタ走査においてレーザビームで照射することと、
    前記照射に応答して前記被試験デバイスから反射する光を検出することと、
    検出された前記反射光の直流（ＤＣ）成分および交流（ＡＣ）成分を識別することと、
    複数のテストループ周期に渡り、トリガ信号およびゲート信号に基づいて前記ＡＣ成分を平均することであって、前記トリガ信号は、前記ＡＣ成分を前記テストパターンに同期させ、かつ前記ゲート信号は、各テストループ周期中に前記ＡＣ成分のどの部分をデジタル化するかを選択することと、
    平均された前記ＡＣ成分をデジタル化して出力信号を発生させることと、
    前記ラスタ走査の各位置（ピクセル）毎に、前記刺激信号と同期させてデジタル出力信号を発生させることと、
    前記出力信号をメモリに記憶することを含む、診断測定方法。
19. 前記ゲート信号は、前記テストループ周期より短い時間に対応する前記ＡＣ成分の一部分を選択する、請求項１８に記載の方法。
20. 平均化およびデジタル化は、高速積分器デバイスにより実行される、請求項１８に記載の方法。

Images