JPWO2013008850A1 - 発熱点検出方法及び発熱点検出装置 - Google Patents

Abstract

発熱点検出方法は、集積回路Ｓに低周波数のバイアス電圧を印加し、それに応じて集積回路Ｓから検出される発熱検出信号を取得するステップＳ０１，Ｓ０２と、集積回路Ｓに高周波数のバイアス電圧を供給し、それに応じて集積回路Ｓから検出される発熱検出信号を取得するステップＳ０３，Ｓ０４と、低周波数のバイアス電圧と発熱検出信号との間の位相差、及び高周波数のバイアス電圧と発熱検出信号との間の位相差を検出するステップＳ０５〜Ｓ０７と、それらの位相差に基づいて、バイアス電圧の周波数の平方根に対する位相差の変化率を算出し、変化率から発熱点の深さ情報を得るステップＳ０８とを備える。

Description

本発明は、集積回路の発熱点の深さを検出するための発熱点検出方法及び発熱点検出装置に関する。

従来から、ＬＳＩパッケージ等の集積回路の不良解析方法として、集積回路に周期的なパルス電圧を印加して熱的な応答を検出する方法が知られている。例えば、下記非特許文献１には、電気的励起と局所的な熱応答との間の位相差ΔΦを検出して、その位相差ΔΦから欠陥の深さを決定することが記載されている。

C.Schmidt et al., "Lock-in-Thermography for 3- dimensional localization ofelectrical defects inside complex packaged devices", ISTFA2008: Proceedingsfrom the 34th International Symposium for Testing and FailureAnalysys, 米国、２００８年１１月、ｐ．１０２−１０７

しかしながら、上述した従来の解析方法では、励起信号の大きさや欠陥点の状態によって発熱量が異なったり、欠陥点の位置によって欠陥点と集積回路の表面の間の熱容量が異なるため、位相差ΔΦが、欠陥点の深さ以外に、発熱量、集積回路の構造や欠陥点の位置に依存する。従って、位相差ΔΦから欠陥の深さを評価した場合にその評価値の誤差が大きくなってしまう傾向にあった。

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、集積回路における発熱点の深さをその状態や位置に依存することなく精度よく検出できる発熱点検出方法及び発熱点検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一側面にかかる発熱点検出方法は、集積回路の発熱点の深さを検出する発熱点検出方法であって、集積回路に第１の周波数で増減する周期的電気信号を供給し、それに応じて集積回路から検出される発熱量の変化を示す第１の検出信号を取得する第１ステップと、集積回路に第１の周波数と異なる第２の周波数で増減する周期的電気信号を供給し、それに応じて集積回路から検出される発熱量の変化を示す第２の検出信号を取得する第２ステップと、第１の周波数の周期的電気信号と第１の検出信号との間の第１の位相差、及び第２の周波数の周期的電気信号と第２の検出信号との間の第２の位相差を検出する第３ステップと、第１及び第２の位相差に基づいて、周期的電気信号の周波数から算出される変数に対する周期的電気信号と検出信号との間の位相差の変化率を算出し、変化率から発熱点の深さ情報を得る第４ステップと、を備える。

或いは、本発明の他の側面にかかる発熱点検出装置は、集積回路の発熱点の深さを検出する発熱点検出装置であって、集積回路に電気信号を供給する電気信号供給部と、集積回路に第１の周波数で増減する周期的電気信号、及び第１の周波数と異なる第２の周波数で増減する周期的電気信号を供給するように電気信号供給部を制御する制御部と、第１の周波数の周期的電気信号の供給に応じて集積回路から検出される発熱量の変化を示す第１の検出信号を取得するとともに、第２の周波数の周期的電気信号の供給に応じて集積回路から検出される発熱量の変化を示す第２の検出信号を取得する検出部と、第１の周波数の周期的電気信号と第１の検出信号との間の第１の位相差、及び第２の周波数の周期的電気信号と第２の検出信号との間の第２の位相差を検出する位相差検出部と、第１及び第２の位相差に基づいて、周期的電気信号の周波数から算出される変数に対する周期的電気信号と検出信号との間の位相差の変化率を算出し、変化率から発熱点の深さ情報を得る演算部と、を備える。

このような発熱点検出方法、或いは発熱点検出装置によれば、集積回路から、第１の周波数の周期的電気信号の供給に応じた発熱量の変化を示す第１の検出信号が検出され、第２の周波数の周期的電気信号の供給に応じた発熱量の変化を示す第２の検出信号が検出される。そして、第１の周波数の周期的電気信号と第１の検出信号との間の第１の位相差、及び第２の周波数の周期的電気信号と第２の検出信号との間の第２の位相差が検出され、周期的電気信号の周波数から算出される変数に対する位相差の変化率から、発熱点の深さ情報が得られる。これにより、発熱点の位置によって変化する発熱量の時間変化のオフセット分が相殺されて深さ情報が計算されるので、発熱点の位置に依存せずに高精度の深さ情報が得られる。また、周期的電気信号の周波数から算出される変数に対する位相差の変化率を得ることで、発熱点の発熱量、集積回路の内部構造、及び周期的電気信号の周波数に依存しない深さ情報も得ることができる。

本発明によれば、集積回路における発熱点の深さをその状態や位置に依存することなく精度よく検出できる。

本発明の好適な一実施形態に係る集積回路故障解析装置の概略構成を示すブロック図である。 図１の集積回路故障解析装置１による集積回路Ｓに関する故障解析動作の手順を示すフローチャートである。 図１の電圧印加部１４によって印加されるバイアス電圧の時間変化を示す図である。 （ａ）は、バイアス電圧の時間変化、（ｂ）は、低熱容量／低熱伝達率の材料から成る集積回路Ｓにおいて検出される発熱検出信号の時間変化、（ｃ）は、高熱容量／高熱伝達率の材料から成る集積回路Ｓにおいて検出される発熱検出信号の時間変化を示す図である。 （ａ）は、低周波数で印加されるバイアス電圧の時間変化、（ｂ）は、集積回路Ｓにおいて検出される発熱検出信号の時間変化、（ｃ）は、高周波数で印加されるバイアス電圧の時間変化、（ｄ）は、集積回路Ｓにおいて検出される発熱検出信号の時間変化を示す図である。 図１の集積回路故障解析装置において集積回路Ｓに印加されるバイアス電圧の角周波数の平方根と、観測される位相遅延ｂｘとの関係を示すグラフである。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る発熱点検出装置およびそれを利用した発熱点検出方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の好適な一実施形態に係る発熱点検出装置である集積回路故障解析装置の概略構成を示すブロック図である。同図に示す集積回路故障解析装置１は、ＬＳＩパッケージ等の集積回路Ｓの発熱点の位置を検出して故障解析を行う故障解析装置である。この集積回路故障解析装置１は、試料ステージ１０と、試料ステージ１０を駆動するステージ駆動部１２と、電圧印加部（電気信号供給部）１４と、撮像装置１８と、制御部２０と、画像処理部３０とを備えて構成されている。

解析対象となる集積回路Ｓは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向（水平方向）、及びＺ軸方向（垂直方向）にそれぞれ駆動可能なＸＹＺステージを用いた試料ステージ１０上に載置されている。この試料ステージ１０は、ステージ駆動部１２によってＸ、Ｙ、Ｚ方向に駆動可能に構成されており、これにより、集積回路Ｓに対する撮像の焦点合わせ、撮像位置の位置合わせ等が行われる。試料ステージ１０の上方には、集積回路Ｓの２次元の画像を取得する撮像手段である撮像装置１８が設置されている。撮像装置１８としては、集積回路Ｓの表面の発熱像による画像を取得するため、所定の波長領域に感度を有する撮像装置、例えば赤外光の波長領域に感度を有する赤外撮像装置が好適に用いられる。

試料ステージ１０と撮像装置１８との間の光軸上には、集積回路Ｓの表面の像を撮像装置１８へと導く対物レンズなどの導光光学系１６が設けられている。なお、導光光学系１６にＸＹＺステージなどの駆動機構を設けて、この駆動機構によって集積回路Ｓに対する撮像の焦点合わせ、撮像位置の位置合わせ等が可能とされていてもよい。

また、試料ステージ１０上の集積回路Ｓに対して電圧信号を供給する電圧印加部１４が設けられている。電圧印加部１４は、発熱点検出による故障解析を行う際に、集積回路Ｓ内の電子回路に対して必要なバイアス電圧を印加する電圧印加手段であり、電圧印加用の電源を含んで構成されている。詳細には、電圧印加部１４は、バイアス電圧として、周期的に増減する矩形波である電圧信号（周期的電気信号）を印加する。これにより、集積回路Ｓには、周期的に高電圧と低電圧が印加される。また、電圧印加部１４は、印加するバイアス電圧の周波数（繰返し周期）を制御部２０の制御によって変更可能に構成されている。また、電圧印加部１４は、印加するバイアス電圧の高電圧値と低電圧値を制御部２０の制御によって変更可能に構成されている。

撮像装置１８は、電圧印加部１４によって集積回路Ｓにバイアス電圧が印加された状態での解析画像を時系列に複数取得する。このようにして取得される解析画像は、集積回路Ｓの表面の発熱像を含む画像である。なお、撮像装置１８の撮像周波数（フレームレート）は、電圧印加部１４によって、集積回路Ｓに印加するバイアス電圧の周波数に基づいて設定されてもよい。例えば、撮像装置１８の撮像周波数は、集積回路Ｓに引加するバイアス電圧の周波数と同周期であってもよいし、バイアス電圧の周波数に比例するように設定してもよい。これにより、バイアス電圧の周波数が異なっていても、比較的同じ発熱状態の発熱像を取得できる。

さらに、集積回路故障解析装置１には、これらの試料ステージ１０、ステージ駆動部１２、電圧印加部１４、導光光学系１６、及び撮像装置１８に対して、それらの動作を制御する制御部２０が設けられている。この制御部２０は、撮像制御部２１と、ステージ制御部２２と、同期制御部２３とを有して構成されている。

撮像制御部２１は、電圧印加部１４によるバイアス電圧の印加動作、及び撮像装置１８による画像取得動作を制御することにより、集積回路Ｓの解析画像の取得を制御する。また、ステージ制御部２２は、試料ステージ１０及びステージ駆動部１２の動作（試料ステージ１０上の集積回路Ｓの移動動作）を制御する。また、同期制御部２３は、撮像制御部２１及びステージ制御部２２と、撮像装置１８に対して設けられた画像処理部３０との間で必要な同期をとるための制御を行う。すなわち、同期制御部２３は、ステージ制御部２２に対して集積回路Ｓの故障解析を行うための所定位置に移動させるように制御した後に、バイアス電圧の周波数を所定間隔で順番に変更するように撮像制御部２１を制御する。また、同期制御部２３は、周期的に印加されるバイアス電圧の高電圧の値と低電圧の値を制御する。また、同期制御部２３は、バイアス電圧の周波数の変更タイミングにあわせて集積回路Ｓの解析画像を区分けして取得するように撮像制御部２１を制御する。

画像処理部３０は、撮像装置１８によって取得された画像に対して、集積回路Ｓの故障解析に必要な画像処理を行う画像処理手段である。本実施形態における画像処理部３０は、画像記憶部３１と、発熱信号取得部（検出部）３２と、電圧位相取得部３３と、位相遅延取得部（位相差検出部）３４と、深さ情報演算部３５とを有して構成されている。撮像装置１８で取得された集積回路Ｓの画像は、画像処理部３０に入力され、必要に応じて画像記憶部３１に記憶、蓄積される。

発熱信号取得部３２は、時系列で複数得られた解析画像を基に、集積回路Ｓの表面の複数点において検出される発熱量の時間変化を示す発熱検出信号を取得する。

電圧位相取得部３３は、電圧印加部１４によって印加されるバイアス電圧の波形を同期制御部２３から受け取り、バイアス電圧の位相の情報を取得する。なお、バイアス電圧の位相の情報は、電圧印加部１４もしくは制御部２０によって取得され、電圧位相取得部３３に供給されてもよい。

位相遅延取得部３４は、発熱信号取得部３２によって取得された発熱量の時間変化を示す発熱検出信号、及び、電圧位相取得部３３によって取得された位相情報を基に、電圧印加部１４によって印加されるバイアス電圧の位相の情報を基準とした発熱検出信号の位相の情報を取得する。この発熱検出信号の位相の情報は、バイアス電圧とそのバイアス電圧の印加時に検出された発熱検出信号との位相差に相当し、具体的には、位相遅延取得部３４は、発熱信号取得部３２によって取得された発熱検出信号の位相と、電圧位相取得部３３によって取得された位相情報の差を計算する。ここで、位相遅延取得部３４は、複数の周波数に変更されたバイアス電圧に対して、それぞれのバイアス電圧と発熱検出信号との位相差を検出する。なお、位相遅延取得部３４は、発熱検出信号の波形とバイアス電圧の波形とを対象に、ロックイン処理により位相差を直接得てもよい。この場合、ロックイン検出器に、発熱検出信号とバイアス電圧信号をそれぞれ入力することで、位相差に関する出力信号を得ることができる。

深さ情報演算部３５は、位相遅延取得部３４によって検出された複数の周波数のバイアス電圧に対応した複数の位相差を基にして、集積回路Ｓにおける発熱点の深さ情報を演算する。すなわち、深さ情報演算部３５は、バイアス電圧の周波数から算出される変数である周波数の平方根に対する位相差の変化率を算出し、その変化率或いは変化率に所定定数を乗じた値を深さ情報として算出する。この所定定数は集積回路Ｓの材料の物性に依存した熱伝達に関する係数として予め設定される。このようにして算出された深さ情報は、集積回路Ｓの複数点にわたって検出される発熱点の深さを示し、集積回路Ｓの故障解析に用いられる。

このような画像処理部３０は、例えばコンピュータを用いて構成される。また、この画像処理部３０に対しては、入力装置３６及び表示装置３７が接続されている。入力装置３６は、例えばキーボードやマウス等から構成され、集積回路故障解析装置１における画像取得動作、故障解析動作の実行に必要な情報や動作指示の入力等に用いられる。また、表示装置３７は、例えばＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ等から構成され、集積回路故障解析装置１における画像及び故障解析に関する深さ情報等の各種情報の表示等に用いられる。

なお、この画像処理部３０については、制御部２０とともに単一の制御装置（例えば、単一のコンピュータ）によって実現される構成としてもよい。また、画像処理部３０に接続される入力装置３６及び表示装置３７についても、同様に、画像処理部３０のみでなく制御部２０に接続される入力装置及び表示装置として機能してもよい。

次に、集積回路故障解析装置１による集積回路Ｓに関する故障解析動作の手順を説明するとともに、本実施形態にかかる発熱点検出方法について詳述する。図２は、集積回路故障解析装置１による集積回路Ｓに関する故障解析動作の手順を示すフローチャートであり、図３〜図５は、集積回路故障解析装置１によって故障解析動作時に処理される信号波形の時間変化を示す図である。

まず、同期制御部２３によって電圧印加部１４から集積回路Ｓに対して低周波数（例えば、１Ｈｚ）で増減するバイアス電圧が印加するように制御される（ステップＳ０１）。これにより、集積回路Ｓには、周期的に高電圧と低電圧が印加される。これに対して、撮像制御部２１によって低周波数のバイアス電圧の印加タイミングに応じた画像を区分けして取得するように撮像装置１８が制御される。例えば、撮像制御部２１は、集積回路Ｓに印加される低周波数と同周波数または低周波数に比例した撮像周波数（フレームレート）で撮像するように、撮像装置１８を制御する。このようにして取得された集積回路Ｓの画像は、画像記憶部３１にいったん記憶された後、発熱信号取得部３２によって処理されることにより、複数点における発熱量の時間変化を示す発熱検出信号が取得される（ステップＳ０２）。

次に、同期制御部２３によって電圧印加部１４から集積回路Ｓに対して高周波数（例えば、２Ｈｚ）で増減するバイアス電圧が印加するように制御される（ステップＳ０３）。これにより、集積回路Ｓには、周期的に高電圧と低電圧が印加される。これに対して、撮像制御部２１によって高周波数のバイアス電圧の印加タイミングに応じた画像を区分けして取得するように撮像装置１８が制御される。例えば、撮像制御部２１は、集積回路Ｓに印加される高周波数と同周波数または高周波数に比例した撮像周波数（フレームレート）で撮像するように、撮像装置１８を制御する。このようにして取得された集積回路Ｓの画像は、画像記憶部３１にいったん記憶された後、発熱信号取得部３２によって処理されることにより、複数点における発熱検出信号が取得される（ステップＳ０４）。なお、ステップＳ０１，Ｓ０３で印加されるバイアス電圧の周波数は適宜変更されてもよいが、あまり高周波数になると熱伝達性や発熱量の場所依存性が出てきてしまうため１０Ｈｚ以下に設定することが好適である。また、変更するバイアス電圧の周波数は２種類には限定されず、３種類以上に変更してそれに応じて発熱検出信号が取得されてもよい。

図３には、ステップＳ０１，Ｓ０３で印加されるバイアス電圧の時間変化を示している。同図に示すように、低周波数の期間Ｐ１に連続して高周波数の期間Ｐ２が続くように同期制御部２３によって制御され、この期間Ｐ１と期間Ｐ２とのそれぞれにおいて発熱検出信号を取得する期間は、それらの期間との間で集積回路Ｓにおける温度が一定になり発熱量が変わらないようにするため、それぞれの期間Ｐ１，Ｐ２におけるバイアス電圧の印加開始からある程度の時間が経過するように設定される。なお、期間Ｐ１と期間Ｐ２の間に電圧を印加しない期間を設けてもよい。また、矩形波であるバイアス電圧の最大電圧Ｖ_１及び最小電圧Ｖ_２は、集積回路Ｓにおける発熱時の条件が同等になるように複数周波数間で同一値に設定され、バイアス電圧のデューティ比も、集積回路Ｓでの発熱量が同等になるように複数周波数間で同一値（例えば、５０％、７５％、…）に設定される。これは、集積回路Ｓでの発熱量を一定にしてサンプルの平均温度を一定にするためである。この場合、この期間Ｐ１と期間Ｐ２とのそれぞれにおいて発熱検出信号を取得する期間を連続させることも可能である。

図２に戻って、その後、ステップＳ０１，０３で集積回路Ｓに印加された低周波及び高周波のバイアス電圧の波形を対象にして、電圧位相取得部３３によって、それらの位相情報が取得される（ステップＳ０５）。

次に、ステップＳ０２、Ｓ０４で取得された低周波及び高周波のバイアス電圧の印加に対応する発熱検出信号を処理対象にして、位相遅延取得部３４によって、ステップＳ０５で取得されたバイアス電圧の位相の情報を基準としたそれらの位相情報が取得されて、それぞれの発熱検出信号の位相差が検出される（ステップＳ０６、Ｓ０７）。具体的には、位相遅延取得部３４によって、ステップＳ０２、Ｓ０４で取得された低周波及び高周波のバイアス電圧の印加に対応する発熱検出信号、及びステップＳ０１，０３で集積回路Ｓに印加された低周波及び高周波のバイアス電圧の波形の位相の情報に基づいて、低周波数及び高周波数のバイアス電圧のそれぞれに関して発熱検出信号との位相差が検出される。次に、深さ情報演算部３５により、２つの周波数に対応した位相差を基に、周波数の平方根に対する位相差の変化率が算出され、その変化率に所定定数を乗じることで深さ情報が算出される（ステップＳ０８）。なお、この深さ情報は、集積回路Ｓの表面の複数点にわたって算出される。最後に、算出された深さ情報は、故障解析情報として処理されて表示装置３７に表示される（ステップＳ０９）。

ここで、集積回路故障解析装置１による発熱点の深さ情報の検出のメカニズムについて説明する。

図４において、（ａ）には、ある周波数で印加されるバイアス電圧の時間変化、（ｂ）には、それに応じて低熱容量／低熱伝達率の材料から成る集積回路Ｓにおいて検出される発熱検出信号の時間変化、（ｃ）には、それに応じて高熱容量／高熱伝達率の材料から成る集積回路Ｓにおいて検出される発熱検出信号の時間変化を示している。集積回路故障解析装置１の位相遅延取得部３４によって算出される位相差はＤ１であり、この位相差Ｄ１には、集積回路Ｓ内の発熱点の深さによって決まる位相のシフト分Ｄ２と、発熱の遅延と熱容量、熱伝達速度の違いによる位相のシフト分Ｄ３とが含まれている。位相差Ｄ１のうちシフト分Ｄ３は集積回路Ｓの熱伝達経路の材料によって大きく左右される。

この位相差Ｄ１の材料による違いは、次のように説明できる。集積回路Ｓ内部から一次元に伝わる熱量Ｑは、下記式（１）；

によって表される。ここで、ｘは発熱源から観測点（表面）までの距離（＝発熱点の深さ）、Ｑは観測点を通過していく熱量、ｗは角周波数(1/2πHz)、ｂは単位長さあたりの位相遅れ、ａは単位長さあたりの減衰率を示す。この熱量Ｑに対する温度Ｔは、比熱をｑ、密度をρとすると、変化量として、下記式（２）；

によって表される。

さらに、熱の拡散の方程式から、熱伝達係数をκとおくと、下記式（３）；

が導かれる。式（２）（３）より、下記式（４）が導かれる。

ここで、式（１）よりｘの２回微分の式として、下記式（５）；

が導かれ、式（４）、（５）より、下記式（６）；

がさらに導かれる。虚数ｉの平方根は(1+i)/√2なので、式（６）を変形することにより、下記式（７）；

と表される。上記式（７）を展開すると、減衰定数のａと位相遅延量の比例定数ｂは、下記式（８）；

のように表される。ただし、逆方向の熱の流れを示す符号を除く。ところが、実際の計測の際、複数の経路からの熱の伝達、たとえばサンプル端からの反射や、サンプル内部より表面から大気への熱伝達が遅いなどの非線形要因があると、波形に歪みが生じるなどし、位相遅延量にはオフセットが発生しうる。

従来では、観測点（表面）で観測される発熱の位相遅延ｂｘが深さに比例すると考えて単純にこれを基に発熱源の深さを計算していた。しかしながら、実際の遅延量においてはオフセットが生じうる。これは集積回路Ｓの内部の熱容量、発熱量、形状、印加バイアスの周波数等々に依存する。このため、従来手法では、集積回路Ｓのどの位置で観測したかにより位相オフセットが変化してしまい、常に正確な発熱源の深さを計算することは困難である。これに対し、本実施形態にかかる発熱点検出方法では、集積回路Ｓのパッケージ内部からの発熱検出信号について、位相オフセットが数Ｈｚ以下の低い印加バイアスの周波数において、周波数の平方根に対してほぼ変化がないことを利用する。このとき適用可能な周波数は、集積回路Ｓに依存して上限値が変化するが、４Ｈｚ以下程度であることが好ましい。

すなわち、本実施形態にかかる発熱点検出方法で検出される深さ情報は、位相遅延ｂｘの周波数の平方根に対する傾きであり、下記式（９）；

で示される値である。この値は、物性により決まる定数ρ、ｑ、κ、定数πにのみ依存し、位相オフセットの影響が除去できる。

図５において、（ａ）には、１Ｈｚの低周波数で印加されるバイアス電圧の時間変化、（ｂ）には、それに応じて集積回路Ｓにおいて検出される発熱検出信号の時間変化、（ｃ）には、２Ｈｚの高周波数で印加されるバイアス電圧の時間変化、（ｄ）は、それに応じて集積回路Ｓにおいて検出される発熱検出信号の時間変化を示している。集積回路故障解析装置１においては、位相遅延ｂｘに対応する遅延は、それぞれの周波数において遅延量Ｄ１として観測される。この遅延量Ｄ１には、発熱点の深さによって決まる位相のシフト分Ｄ２と、サンプル内部形状や表面状態等によって決まる位相のシフト分Ｄ３が含まれている。

図６には、集積回路故障解析装置１において、集積回路Ｓに印加されるバイアス電圧の角周波数ｗの平方根と、観測される位相遅延ｂｘとの関係を示している。同図に示すように、低角周波数ｗ_１及び高角周波数ｗ_２で観測される位相遅延Ｄ１には、それぞれ、シフト分Ｄ２とシフト分Ｄ３とが含まれている。そこで、角周波数ｗの平方根に対する位相遅延ｂｘの傾きを計算することにより、位相オフセット分Ｄ３を除去して、発熱点の深さによって決まるシフト分Ｄ２によって決まる、集積回路Ｓ内部の熱容量、発熱量、位置に依存しない深さ情報を見積もることができる。

以上説明した集積回路故障解析装置１及びそれを用いた発熱点検出方法によれば、集積回路Ｓから、低周波数のバイアス電圧の印加に応じた発熱検出信号が検出され、高周波数のバイアス電圧の印加に応じた発熱検出信号が検出される。そして、低周波数のバイアス電圧と発熱検出信号との間の位相差、及び高周波数のバイアス電圧と発熱検出信号との間の位相差が検出され、周波数の平方根に対する位相差の変化率から、発熱点の深さ情報が得られる。これにより、発熱点の位置によって変化する発熱量の時間変化のオフセット分が相殺されて深さ情報が計算されるので、発熱点の位置に依存せずに高精度の深さ情報が得られる。また、バイアス電圧の周波数から算出される変数に対する位相差の変化率を得ることで、発熱点の発熱量、集積回路の内部構造、及びバイアス電圧の周波数に依存しない深さ情報も得ることができる。

すなわち、バイアス電圧と発熱検出信号との間の位相遅延ｂｘには、発熱源からの熱量、集積回路Ｓ内における発熱点の位置、集積回路の内部構造や熱容量等に依存する発熱検出波形の変形が生じるため、それに伴う変動が含まれる。したがって、位相遅延ｂｘを直接評価したのでは正確な発熱点の深さを計算することができない。例えば、集積回路Ｓの中央であれば正確な深さを計算できるパラメータであっても、それをそのままサンプルエッジに使用すると大きな誤差を生じさせる。このような誤差は、熱の伝わる速度の違いと、熱の伝わる範囲の熱容量の合計値の違いによって発生する。具体的には、熱容量が大きく、熱の伝わる速度が早くなるに従って、図４に示すように変化する。位相遅延ｂｘには、発熱源からの位相遅れに対応するシフト分Ｄ２とは別に、応答波形の変形に伴うシフト分Ｄ３が最小で０度から最大で９０度まで発生する。これが余計なオフセットとなり、正確な深さの計算を困難にしていた。本実施形態によれば、このような余分なオフセットを除去して正確な深さ情報を得ることができる。

また、集積回路Ｓに印加される複数の周波数のバイアス電圧の振幅及びデューティ比は、互いに等しく設定されるので、発熱点での発熱量をより均一にすることができ、深さ情報のバイアス電圧の周波数に対する依存性をより低減することができる。その結果、さらに正確な深さ情報を取得することができる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、集積回路Ｓに印加されるバイアス電圧の波形は、矩形波には限定されず、正弦波や三角波のように電圧が周期的に増減する他の波形に変更してもよい。

また、バイアス電圧の最大値Ｖ_１及び最小値Ｖ_２も集積回路Ｓに種類に応じて適宜変更されてもよい。ただし、１つの集積回路Ｓに対して複数の周波数に変更する際の最大値Ｖ_１及び最小値Ｖ_２は一定に設定することが望ましい。

また、バイアス電圧の周波数を増減させると発熱検出信号の振幅が変化するため、計測する最低周波数における振幅が計測可能範囲を超えないようにする必要がある。そこで、発熱検出信号の振幅が計測可能範囲を超えた場合に自動的に検出してエラー出力する機能を集積回路故障解析装置１に設けてもよい。

ここで、 第４ステップでは、周波数の平方根である変数に対する位相差の変化率を算出する、ことが好適である。こうすれば、発熱点の位置、発熱量、集積回路の内部構造、及び周期的電気信号の周波数に依存しないで、より高精度な深さ情報を得ることができる。

また、第１ステップ及び第２ステップで供給する周期的電気信号のデューティ比は、互いに等しい、ことも好適である。この場合、発熱点での発熱量をより均一にすることができるので、深さ情報の周期的電気信号の周波数に対する依存性をより低減することができる。

なお、第１ステップ及び第２ステップで供給する周期的電気信号の所定の期間内のデューティ比が互いに等しくなるように、同期制御部１５は低周波数および高周波数のバイアス電圧の最大電圧Ｖ_１及び最小電圧Ｖ_２をそれぞれ設定し制御することが好ましい。これにより、低周波数のバイアス電圧印加期間の発熱量と高周波数のバイアス電圧印加期間の発熱量がほぼ同程度になるため、低周波数のバイアス電圧と高周波数のバイアス電圧を連続して印加することが可能となり、測定時間の短縮および測定精度の向上が見込まれる。

本発明は、集積回路の発熱点の深さを検出するための発熱点検出方法及び発熱点検出装置を使用用途とし、集積回路における発熱点の深さをその状態や位置に依存することなく精度よく検出できるものである。

１…集積回路故障解析装置、１４…電圧印加部（電気信号供給部）、１８…撮像装置、２０…制御部、２１…撮像制御部、２２…ステージ制御部、２３…同期制御部、３０…画像処理部、３１…画像記憶部、３２…発熱信号取得部（検出部）、３３…電圧位相取得部、３４…位相遅延取得部（位相差検出部）、３５…深さ情報演算部、Ｓ…集積回路。

Claims (4)

1. 集積回路の発熱点の深さを検出する発熱点検出方法であって、
   前記集積回路に第１の周波数で増減する周期的電気信号を供給し、それに応じて前記集積回路から検出される発熱量の変化を示す第１の検出信号を取得する第１ステップと、
   前記集積回路に前記第１の周波数と異なる第２の周波数で増減する周期的電気信号を供給し、それに応じて前記集積回路から検出される発熱量の変化を示す第２の検出信号を取得する第２ステップと、
   前記第１の周波数の周期的電気信号と前記第１の検出信号との間の第１の位相差、及び前記第２の周波数の周期的電気信号と前記第２の検出信号との間の第２の位相差を検出する第３ステップと、
   前記第１及び第２の位相差に基づいて、前記周期的電気信号の周波数から算出される変数に対する前記周期的電気信号と前記検出信号との間の位相差の変化率を算出し、前記変化率から前記発熱点の深さ情報を得る第４ステップと、
   を備えることを特徴とする発熱点検出方法。
2. 前記第４ステップでは、前記周波数の平方根である前記変数に対する前記位相差の変化率を算出する、
   ことを特徴とする請求項１記載の発熱点検出方法。
3. 前記第１ステップ及び第２ステップで供給する前記周期的電気信号のデューティ比は、互いに等しい、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の発熱点検出方法。
4. 集積回路の発熱点の深さを検出する発熱点検出装置であって、
   前記集積回路に電気信号を供給する電気信号供給部と、
   前記集積回路に第１の周波数で増減する周期的電気信号、及び前記第１の周波数と異なる第２の周波数で増減する周期的電気信号を供給するように前記電気信号供給部を制御する制御部と、
   前記第１の周波数の周期的電気信号の供給に応じて前記集積回路から検出される発熱量の変化を示す第１の検出信号を取得するとともに、前記第２の周波数の周期的電気信号の供給に応じて前記集積回路から検出される発熱量の変化を示す第２の検出信号を取得する検出部と、
   前記第１の周波数の周期的電気信号と前記第１の検出信号との間の第１の位相差、及び前記第２の周波数の周期的電気信号と前記第２の検出信号との間の第２の位相差を検出する位相差検出部と、
   前記第１及び第２の位相差に基づいて、前記周期的電気信号の周波数から算出される変数に対する前記周期的電気信号と前記検出信号との間の位相差の変化率を算出し、前記変化率から前記発熱点の深さ情報を得る演算部と、
   を備えることを特徴とする発熱点検出装置。

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