JP4001373B2 - 集積回路断線検査方法と装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路断線検査方法と装置に係り、更に詳しくは、光励起と放射電磁波検出を併用した２次元配線像の非接触空間検査方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の断線検査装置として、従来からエックス線検査装置、実体顕微鏡による観察装置等が知られている。しかしいずれも、撮像により視覚的に断線部を特定する技術であり、はんだ接合部等、撮像が困難な部位の微小なひび割れ（クラック）などによる断線を検出することは困難であった。また、エックス線検査装置は長時間の使用により健康を損なうおそれがある。
【０００３】
一方、電圧を直接計測するテスターを用い、電圧印加状態で断線を検査する最も一般的な手段は、集積回路の配線が細かすぎて実際上不可能であり、電圧検出のために結線が必要であり、非接触では検出できない問題がある。
【０００４】
上述した周知の検査装置の他に、集積回路の断線検査に用いられる従来技術として、配線の電位を検出する電子ビームテスターが知られている（例えば、［非特許文献１］、［非特許文献２］）。
【０００５】
【非特許文献１】
Ｋ．Ｎｉｋａｗａ，"Ｆａｉｌｕｒｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ Ｓｉ Ｄｅｖｉｃｅ Ｃｈｉｐｓ"，ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，Ｖｏｌ．Ｅ７７-Ｃ，Ｎｏ．４，ｐｐ．５２８-５３４
【非特許文献２】
ＴＯＤＯＫＯＲＯ Ｈ，ＦＵＫＵＨＡＲＡ Ｓ，ＫＯＮＯＤＡ Ｔ，"ＥＬＥＣＴＲＯＮ-ＢＥＡＭ ＬＳＩ ＴＥＳＴＥＲ"，ＪＡＰＡＮ ＡＮＮＵＡＬ ＲＥＶＩＥＷＳ ＩＮ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯＭＰＵＴＥＲＳ ＆ ＴＥＬＥＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ，ｖｏｌ．１３， ｐｐ．３７３-３８２（１９８４）．
【０００６】
また、半導体集積回路の断線故障検出装置として、［特許文献１］、［特許文献２］が既に出願されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３１１９２９号公報
【特許文献２】
特開２０００−３６５２５号公報
【０００８】
［特許文献１］の「半導体集積回路の断線故障検出装置及びその断線故障検出方法」は、ＩＣ製造プロセス中で、一工程終了後のウェハに対し配線層を形成する側から電子ビームを入射し、または製造プロセス中でのプラズマとウェハ表面の相互作用による配線を形成する側の帯電を利用することによって、拡散層に電界を生ぜしめ、その電界変化を基板裏側からレーザー光を入射して、反射光の位相や強度変化を電界光電効果検出装置によって検出して断線故障の生じている配線を特定するものである。
【０００９】
［特許文献２］の「半導体集積回路の断線故障検出装置、方法及び記憶媒体」は、検査対象となるＬＳＩの電源線にパルス状の電源線電圧を、接地線に電源線電圧と位相が１８０度ずれたパルス状の接地線電圧を、信号線に定電圧の信号線電圧をそれぞれ印加する。このＬＳＩに電子ビームを照射し、電源線電圧の立ち上がり直後の期間Ｔ１と、立ち下がり直後の期間Ｔ２でそれぞれＬＳＩから放出される二次電子の量を検出する。これらの検出結果に基づいて、それぞれ故障状態の電位像（断線故障がある場合には、断線箇所の前後で明度が異なる画像）と、正常状態の電位像（断線故障があっても、断線箇所の前後で明度に差がでない画像）とを生成する。そして、故障状態の電位像と正常状態の電位像とを交互にディスプレイに表示するものである。
【００１０】
また、本発明に関連する技術として、［非特許文献３］が知られている。
【００１１】
【非特許文献３】
Ｄ．Ｈ．Ａｕｓｔｏｎ ａｎｄ Ｍ．Ｃ．Ｎｕｓｓ， "ＥＬＥＣＴＲＯＯＰＴＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＯＦ ＦＥＭＴＯＳＥＣＯＮＤ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＴＲＡＮＳＩＥＮＴＳ"，ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＱＵＡＮＴＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，ｖｏｌｕｍｅ ２４，ｐｐ．１８４-１９７（ＦＥＢ １９８８），Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ：ＩＥＥＥ-ＩＮＳＴ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＥＮＧＩＮＥＥＲＳ ＩＮＣ，ＮＥＷ ＹＯＲＫ，ＩＤＳ Ｎｕｍｂｅｒ： Ｍ６７１２，ＩＳＳＮ：００１８-９１９７
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した［非特許文献１］、［非特許文献２］の電子ビームテスター、および、［特許文献１］、［特許文献２］の半導体集積回路の断線故障検出装置では、電子ビーム発生源を要し、かつ集積回路を真空チャンバー内にセットして電子ビーム照射を行う必要があるため、装置が高価かつ大型になる問題点があった。
【００１３】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、半導体集積回路の微小なひび割れ（クラック）などによる断線を検出することができ、エックス線等により健康を損なうおそれがなく、非接触で検出でき、電子ビーム発生源や真空チャンバー等の高価かつ大型機器を必要とせず、大気中で短時間に容易に検出でき、かつ小型化かつ安価に製造できる集積回路断線検査方法と装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、半導体集積回路（１）を所定の電圧印加状態に保持し、半導体集積回路の２次元回路上に、超短光パルス（２）を２次元的に走査して照射し、該照射位置から放射される電磁波（３）を検出し、該電磁波の有無又は強さから照射位置の断線を非接触で検出する、ことを特徴とする集積回路断線検査方法が提供される。
【００１５】
また本発明によれば、半導体集積回路（１）を所定の電圧印加状態に保持する電圧印加装置（１２）と、超短光パルス（２）を発生する光パルス光源（１４）と、半導体集積回路の２次元回路上に超短光パルス（２）を２次元的に走査して照射する走査装置（１６）と、該照射位置から放射される電磁波（３）を検出する電磁波検出装置（１８）と、該電磁波の有無又は強さから照射位置の断線を検出する断線検出装置（２０）とを備えた、ことを特徴とする集積回路断線検査装置が提供される。
【００１６】
上記本発明の方法及び装置によれば、電圧印加された半導体集積回路（１）に超短光パルス（２）を照射することにより、集積回路の各部位における電圧印加状態により強弱の異なる電磁波（３）が放射される。従って、所定の電圧を印加した半導体集積回路（１）に外部から超短光パルス（２）を照射することにより発生した電磁波（３）を、外部の電磁波検出装置（１８）を用いて検出することにより、最小空間分解能を光の波長とした、断面部位の２次元非接触自由空間検出が可能となる。
【００１７】
また、電磁波（３）を検出する際に、走査装置（１６）により半導体集積回路（１）或いは超短光パルス（２）を２次元的に走査することにより、発生した電磁波（３）による回路配線の２次元像が得られる。配線に断線があれば、断線箇所およびその先の配線からの電磁波強度が変化するため、断線部位を２次元的に検出することができる。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記超短光パルス（２）は、波長域が３００ナノメートル以上、２ミクロン以下であり、時間平均のエネルギーが０．１ｍＷ以上、１０Ｗ以下であり、パルス幅が１フェムト秒以上、１０ピコ秒以下である。
【００１９】
超短光パルス（２）の波長域が３００ナノメートル未満、時間平均のエネルギーが０．１ｍＷ未満、又はパルス幅が１フェムト秒未満である場合には、発生する電磁波（３）の強度が低く、検出が困難となる。また、超短光パルス（２）の波長域が２ミクロンを超え、時間平均のエネルギーが１０Ｗ以下を超え、或いはパルス幅が１０ピコ秒を超える場合には、レーザー強度が強すぎ、半導体集積回路（１）に損傷を与えるおそれがある。
【００２０】
また、前記光パルス光源（１４）は、波長域が３００ナノメートル以上、２ミクロン以下であり、時間平均のエネルギーが０．１ｍＷ以上、１０Ｗ以下であり、パルス幅が１フェムト秒以上、１０ピコ秒以下である超短光パルス（２）を発生可能なモード同期チタンサファイアレーザー、又はフェムト秒ファイバーレーザーである。
【００２１】
モード同期チタンサファイアレーザー、又はフェムト秒ファイバーレーザーを用いることにより、上述した超短光パルス（２）を発生させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００２３】
図１は、［非特許文献３］に開示された半導体光スイッチ構造を示す本発明の原理図である。この半導体光スイッチ構造は、超短光パルスを半導体スイッチに照射し、テラヘルツ域（周波数１０12Ｈｚ）に達する電磁波を空中に放射させるものであり、１９８８年に米国のオーストン（Ｄ．Ｈ．Ａｕｓｔｏｎ）らにより開発されている。
【００２４】
図１において、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に光伝導膜として働く低温成長（ＬＴ-）ＧａＡｓ薄膜を成長させ、さらにその上に５μｍ程度の間隙を設けたアンテナ構造を金合金で作成する。光パルスが照射された瞬間のみ電流が流れる光導電性薄膜として、Ｌｔ-ＧａＡｓが一般的に用いられている。金合金部分は電極も兼ねており、直流電圧源に接続されている。中央の出っ張り部分は微小ダイポールアンテナとして作用し、この間隙部分にレーザーのパルス光を当て励起すると、光吸収によりキャリアは価電子帯から伝導帯へ励起され、励起された光キャリアは印加電圧により加速された後、緩和していく。このキャリアの動きを瞬時電流と考えるとこの電流の時間微分に比例したパルス電磁波が発生する。
【００２５】
上述した半導体光スイッチ構造において、発生した電磁波の時間波形をフーリエ変換すると電磁波の周波数成分となる。従って超短光パルスを用いることによって、発生する電磁波の周波数成分がテラヘルツ帯域に達する高い周波数成分を有するようになる。
【００２６】
図２は、本発明の集積回路断線検査装置の概略図である。この図に示すように、本発明の集積回路断線検査装置１０は、電圧印加装置１２、光パルス光源１４、走査装置１６、電磁波検出装置１８および断線検出装置２０を備える。
電圧印加装置１２は、電源回路であり、検査対象である半導体集積回路１を所定の電圧印加状態に印加し保持する。所定の電圧印加状態とは、半導体集積回路１に適合する電圧（例えばＤＣ１０Ｖ）を電源ラインに印加し、アースラインを接地した状態をいう。従って、この状態において、電源ラインに接続された半導体集積回路１の回路部分は所定の電圧となり、アースラインに接続された回路部分はアース電圧（例えば０Ｖ）となり、その間に電位差が発生する。
【００２７】
光パルス光源１４は、超短光パルス２を発生する。光パルス光源１４は、超短光パルス２を発生可能なモード同期チタンサファイアレーザー、又はフェムト秒ファイバーレーザーであるのがよい。
またこの超短光パルス２は、波長域が３００ナノメートル（３００ｎｍ＝０．３μｍ）以上、２ミクロン（２μｍ）以下であり、時間平均のエネルギーが０．１ｍＷ以上、１０Ｗ以下であり、パルス幅が１フェムト秒（１ｆｓ＝０．００１ｐｓ）以上、１０ピコ秒（１０ｐｓ）以下であるのがよい。
すなわち、電磁波の励起に際しては、光源として幅の小さなパルスを用いることにより、集積回路に大きな影響を及ぼさない状態で、電磁波の励起ができる。熱的影響を及ぼさない最大光パルス幅は、約１０ピコ秒と見積ることができる。
【００２８】
超短光パルス２の波長域が３００ナノメートル未満、時間平均のエネルギーが０．１ｍＷ未満、又はパルス幅が１フェムト秒未満である場合には、発生する電磁波３の強度が低く、検出が困難となる。また、超短光パルス２の波長域が２ミクロンを超え、時間平均のエネルギーが１０Ｗ以下を超え、或いはパルス幅が１０ピコ秒を超える場合には、レーザー強度が強すぎ、半導体集積回路１に損傷を与えるおそれがある。
【００２９】
走査装置１６は、半導体集積回路１の２次元回路上に超短光パルス２を２次元的に走査して照射する。この例では、走査装置１６は、光集光レンズ１５、揺動ミラー１６ａ、およびこれを揺動させる揺動装置１６ｂからなり、揺動ミラー１６ａの揺動により、超短光パルス２を半導体集積回路１の２次元回路上に２次元的に走査して照射するようになっている。なお、本発明はこの構成に限定されず、半導体集積回路１を２次元的に移動してその上に超短光パルス２を走査してもよい。
【００３０】
電磁波検出装置１８は、例えば電磁波検出ボローメーター又は半導体光スイッチであり、超短光パルス２の照射位置から放射される電磁波３を検出する。
【００３１】
断線検出装置２０は、電磁波３の有無又は強さから照射位置の断線を検出する。断線検出装置２０は、この例では、ＰＣ（コンピュータ）であり、光パルス光源１４と走査装置１６を制御し、電磁波検出装置１８から入力される電磁波３の強度をＣＲＴ上の半導体集積回路１に対応する位置に明るさ又は色により表示し、電磁波３の強度から回路配線の２次元像をＣＲＴ上に表示するようになっている。この画像を正常な半導体集積回路１から得られる同様の画像と比較することにより、配線に断線があれば、断線箇所およびその先の配線からの電磁波強度が変化するため、断線部位を２次元的に検出することができる。
【００３２】
上述した集積回路断線検査装置１０を用い、本発明の集積回路断線検査方法によれば、半導体集積回路１を所定の電圧印加状態に保持し、半導体集積回路１の２次元回路上に、超短光パルス２を２次元的に走査して照射し、その照射位置から放射される電磁波３を検出し、電磁波の有無又は強さから照射位置の断線を非接触で検出する。
【００３３】
上述した本発明の方法及び装置によれば、電圧印加された半導体集積回路１に超短光パルス２を照射することにより、集積回路の各部位における電圧印加状態により強弱の異なる電磁波３が放射される。従って、所定の電圧を印加した半導体集積回路１に外部から超短光パルス２を照射することにより発生した電磁波３を、外部の電磁波検出装置１８を用いて検出することにより、最小空間分解能を光の波長とした、断面部位の２次元非接触自由空間検出が可能となる。
【００３４】
また、電磁波３を検出する際に、走査装置１６により半導体集積回路１或いは超短光パルス２を２次元的に走査することにより、発生した電磁波３による回路配線の２次元像が得られる。配線に断線があれば、断線箇所およびその先の配線からの電磁波強度が変化するため、断線部位を２次元的に検出することができる。
【００３５】
従って、光パルスと電磁波検出を併用した集積回路断線検査装置を構成することにより、現在までにない集積回路断線の２次元検出装置が実現できる。
【００３６】
【実施例】
図３は、本発明の実施例を示す電磁波の特性図である。この図において、（ａ） は半導体光スイッチにパルス幅５０フェムト秒の超短光パルスを照射した結果発生した電磁波の時間波形であり、（ｂ）はその電磁波の時間波形をフーリエ変換して得られる周波数成分である。
図３（ｂ）の横軸は周波数、縦軸は強度であり、この図から発生する電磁波の周波数成分は０ＴＨｚ（１ＴＨｚ＝１０12Ｈｚ）から４ＴＨｚ以上を含んでいることがわかる。従って波長は、可視光から紫外光におよび、最小空間分解能を光の波長とした、断面部位の２次元非接触自由空間検出が可能となることがわかる。
【００３７】
次に、本発明に係る集積回路断線検査装置の実施例を詳細に説明する。
上述した図２は、本発明の実施例を示す集積回路断線検査装置の構成例である。すなわち、電圧印加状態にある集積回路１に光パルス２を照射することにより、電磁波３を発生させ、放射される電磁波３を電磁波検出装置１８で観測するものである。
【００３８】
照射用光源１４にはアルゴンイオンレーザー励起のモード同期チタンサファイアレーザーにより発生されるパルス幅約５０フェムト秒のレーザー光等を用いた。また、電磁波検出装置１８として、インジウムアンチモン製ホットエレクトロンボロメーターを用いた。なお、電磁波検出装置１８として、低温成長ガリウム砒素製光スイッチ等を用いることができる。
【００３９】
図４は、本発明の実施例を示すＣＲＴ上の中間調画像である。この図は、被測定物として用いた集積回路（半導体素子）を用いたものであり、図４（Ａ）は半導体素子の全体構造、図４（Ｂ）は素子中心部のガラス窓付近を拡大したものである。
この実施例において、１０Ｖのバイアス電圧を印加して中央のガラス窓の部分からビーム径３０μｍに集光した光パルスを照射し走査することにより、放射電磁波強度分布を２次元的に検出した。検出した集積回路からの放射電磁波強度を７５０μｍ四方で走査した２次元分布を図４（Ｃ）に示す。
図４（Ｃ）において、白い部分は電磁波放射強度が強いこと、すなわち電位差が大きいことを示している。
このように配線間で電位差が生じている場合、その部分からの電磁波放射強度が変化することが示されている。このことは、断線箇所およびその先の配線からの電磁波放射強度が電位差変化に伴って変化することを意味し、本発明により断線部位が検出できることが示された。
【００４０】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００４１】
【発明の効果】
上述したように、本発明の集積回路断線検査方法と装置は、集積回路断線部位の検出が非接触に、かつ、自由空間から検出できる集積回路断線２次元検出装置が実現でき、これにより、半導体集積回路の微小なひび割れ（クラック）などによる断線を検出することができ、エックス線等により健康を損なうおそれがなく、非接触で検出でき、電子ビーム発生源や真空チャンバー等の高価かつ大型機器を必要とせず、大気中で短時間に容易に検出でき、かつ小型化かつ安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理図である。
【図２】本発明の半導体集積回路の断線検査装置の概略図である。
【図３】本発明の実施例を示す電磁波の特性図である。
【図４】本発明の実施例を示すＣＲＴ上の中間調画像である。
【符号の説明】
１ 半導体集積回路、２ 超短光パルス、３ 電磁波、
１０ 集積回路断線検査装置、１２ 電圧印加装置、
１４ 光パルス光源、１５ 光集光レンズ、
１６ 走査装置、１６ａ 揺動ミラー、１６ｂ 揺動装置、
１８ 電磁波検出装置、２０ 断線検出装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路断線検査方法と装置に係り、更に詳しくは、光励起と放射電磁波検出を併用した２次元配線像の非接触空間検査方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の断線検査装置として、従来からエックス線検査装置、実体顕微鏡による観察装置等が知られている。しかしいずれも、撮像により視覚的に断線部を特定する技術であり、はんだ接合部等、撮像が困難な部位の微小なひび割れ（クラック）などによる断線を検出することは困難であった。また、エックス線検査装置は長時間の使用により健康を損なうおそれがある。
【０００３】
一方、電圧を直接計測するテスターを用い、電圧印加状態で断線を検査する最も一般的な手段は、集積回路の配線が細かすぎて実際上不可能であり、電圧検出のために結線が必要であり、非接触では検出できない問題がある。
【０００４】
上述した周知の検査装置の他に、集積回路の断線検査に用いられる従来技術として、配線の電位を検出する電子ビームテスターが知られている（例えば、［非特許文献１］、［非特許文献２］）。
【０００５】
【非特許文献１】
Ｋ．Ｎｉｋａｗａ，"Ｆａｉｌｕｒｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ Ｓｉ Ｄｅｖｉｃｅ Ｃｈｉｐｓ"，ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，Ｖｏｌ．Ｅ７７-Ｃ，Ｎｏ．４，ｐｐ．５２８-５３４
【非特許文献２】
ＴＯＤＯＫＯＲＯ Ｈ，ＦＵＫＵＨＡＲＡ Ｓ，ＫＯＮＯＤＡ Ｔ，"ＥＬＥＣＴＲＯＮ-ＢＥＡＭ ＬＳＩ ＴＥＳＴＥＲ"，ＪＡＰＡＮ ＡＮＮＵＡＬ ＲＥＶＩＥＷＳ ＩＮ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯＭＰＵＴＥＲＳ ＆ ＴＥＬＥＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ，ｖｏｌ．１３， ｐｐ．３７３-３８２（１９８４）．
【０００６】
また、半導体集積回路の断線故障検出装置として、［特許文献１］、［特許文献２］が既に出願されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３１１９２９号公報
【特許文献２】
特開２０００−３６５２５号公報
【０００８】
［特許文献１］の「半導体集積回路の断線故障検出装置及びその断線故障検出方法」は、ＩＣ製造プロセス中で、一工程終了後のウェハに対し配線層を形成する側から電子ビームを入射し、または製造プロセス中でのプラズマとウェハ表面の相互作用による配線を形成する側の帯電を利用することによって、拡散層に電界を生ぜしめ、その電界変化を基板裏側からレーザー光を入射して、反射光の位相や強度変化を電界光電効果検出装置によって検出して断線故障の生じている配線を特定するものである。
【０００９】
［特許文献２］の「半導体集積回路の断線故障検出装置、方法及び記憶媒体」は、検査対象となるＬＳＩの電源線にパルス状の電源線電圧を、接地線に電源線電圧と位相が１８０度ずれたパルス状の接地線電圧を、信号線に定電圧の信号線電圧をそれぞれ印加する。このＬＳＩに電子ビームを照射し、電源線電圧の立ち上がり直後の期間Ｔ１と、立ち下がり直後の期間Ｔ２でそれぞれＬＳＩから放出される二次電子の量を検出する。これらの検出結果に基づいて、それぞれ故障状態の電位像（断線故障がある場合には、断線箇所の前後で明度が異なる画像）と、正常状態の電位像（断線故障があっても、断線箇所の前後で明度に差がでない画像）とを生成する。そして、故障状態の電位像と正常状態の電位像とを交互にディスプレイに表示するものである。
【００１０】
また、本発明に関連する技術として、［非特許文献３］が知られている。
【００１１】
【非特許文献３】
Ｄ．Ｈ．Ａｕｓｔｏｎ ａｎｄ Ｍ．Ｃ．Ｎｕｓｓ， "ＥＬＥＣＴＲＯＯＰＴＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＯＦ ＦＥＭＴＯＳＥＣＯＮＤ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＴＲＡＮＳＩＥＮＴＳ"，ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＱＵＡＮＴＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，ｖｏｌｕｍｅ ２４，ｐｐ．１８４-１９７（ＦＥＢ １９８８），Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ：ＩＥＥＥ-ＩＮＳＴ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＥＮＧＩＮＥＥＲＳ ＩＮＣ，ＮＥＷ ＹＯＲＫ，ＩＤＳ Ｎｕｍｂｅｒ： Ｍ６７１２，ＩＳＳＮ：００１８-９１９７
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した［非特許文献１］、［非特許文献２］の電子ビームテスター、および、［特許文献１］、［特許文献２］の半導体集積回路の断線故障検出装置では、電子ビーム発生源を要し、かつ集積回路を真空チャンバー内にセットして電子ビーム照射を行う必要があるため、装置が高価かつ大型になる問題点があった。
【００１３】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、半導体集積回路の微小なひび割れ（クラック）などによる断線を検出することができ、エックス線等により健康を損なうおそれがなく、非接触で検出でき、電子ビーム発生源や真空チャンバー等の高価かつ大型機器を必要とせず、大気中で短時間に容易に検出でき、かつ小型化かつ安価に製造できる集積回路断線検査方法と装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、半導体集積回路（１）を所定の電圧印加状態に保持し、半導体集積回路の２次元回路上に、超短光パルス（２）を２次元的に走査して照射し、該照射位置から放射される電磁波（３）を検出し、該電磁波の有無又は強さから照射位置の断線を非接触で検出する、ことを特徴とする集積回路断線検査方法が提供される。
【００１５】
また本発明によれば、半導体集積回路（１）を所定の電圧印加状態に保持する電圧印加装置（１２）と、超短光パルス（２）を発生する光パルス光源（１４）と、半導体集積回路の２次元回路上に超短光パルス（２）を２次元的に走査して照射する走査装置（１６）と、該照射位置から放射される電磁波（３）を検出する電磁波検出装置（１８）と、該電磁波の有無又は強さから照射位置の断線を検出する断線検出装置（２０）とを備えた、ことを特徴とする集積回路断線検査装置が提供される。
【００１６】
上記本発明の方法及び装置によれば、電圧印加された半導体集積回路（１）に超短光パルス（２）を照射することにより、集積回路の各部位における電圧印加状態により強弱の異なる電磁波（３）が放射される。従って、所定の電圧を印加した半導体集積回路（１）に外部から超短光パルス（２）を照射することにより発生した電磁波（３）を、外部の電磁波検出装置（１８）を用いて検出することにより、最小空間分解能を光の波長とした、断面部位の２次元非接触自由空間検出が可能となる。
【００１７】
また、電磁波（３）を検出する際に、走査装置（１６）により半導体集積回路（１）或いは超短光パルス（２）を２次元的に走査することにより、発生した電磁波（３）による回路配線の２次元像が得られる。配線に断線があれば、断線箇所およびその先の配線からの電磁波強度が変化するため、断線部位を２次元的に検出することができる。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記超短光パルス（２）は、波長域が３００ナノメートル以上、２ミクロン以下であり、時間平均のエネルギーが０．１ｍＷ以上、１０Ｗ以下であり、パルス幅が１フェムト秒以上、１０ピコ秒以下である。
【００１９】
超短光パルス（２）の波長域が３００ナノメートル未満、時間平均のエネルギーが０．１ｍＷ未満、又はパルス幅が１フェムト秒未満である場合には、発生する電磁波（３）の強度が低く、検出が困難となる。また、超短光パルス（２）の波長域が２ミクロンを超え、時間平均のエネルギーが１０Ｗ以下を超え、或いはパルス幅が１０ピコ秒を超える場合には、レーザー強度が強すぎ、半導体集積回路（１）に損傷を与えるおそれがある。
【００２０】
また、前記光パルス光源（１４）は、波長域が３００ナノメートル以上、２ミクロン以下であり、時間平均のエネルギーが０．１ｍＷ以上、１０Ｗ以下であり、パルス幅が１フェムト秒以上、１０ピコ秒以下である超短光パルス（２）を発生可能なモード同期チタンサファイアレーザー、又はフェムト秒ファイバーレーザーである。
【００２１】
モード同期チタンサファイアレーザー、又はフェムト秒ファイバーレーザーを用いることにより、上述した超短光パルス（２）を発生させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００２３】
図１は、［非特許文献３］に開示された半導体光スイッチ構造を示す本発明の原理図である。この半導体光スイッチ構造は、超短光パルスを半導体スイッチに照射し、テラヘルツ域（周波数１０12Ｈｚ）に達する電磁波を空中に放射させるものであり、１９８８年に米国のオーストン（Ｄ．Ｈ．Ａｕｓｔｏｎ）らにより開発されている。
【００２４】
図１において、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に光伝導膜として働く低温成長（ＬＴ-）ＧａＡｓ薄膜を成長させ、さらにその上に５μｍ程度の間隙を設けたアンテナ構造を金合金で作成する。光パルスが照射された瞬間のみ電流が流れる光導電性薄膜として、Ｌｔ-ＧａＡｓが一般的に用いられている。金合金部分は電極も兼ねており、直流電圧源に接続されている。中央の出っ張り部分は微小ダイポールアンテナとして作用し、この間隙部分にレーザーのパルス光を当て励起すると、光吸収によりキャリアは価電子帯から伝導帯へ励起され、励起された光キャリアは印加電圧により加速された後、緩和していく。このキャリアの動きを瞬時電流と考えるとこの電流の時間微分に比例したパルス電磁波が発生する。
【００２５】
上述した半導体光スイッチ構造において、発生した電磁波の時間波形をフーリエ変換すると電磁波の周波数成分となる。従って超短光パルスを用いることによって、発生する電磁波の周波数成分がテラヘルツ帯域に達する高い周波数成分を有するようになる。
【００２６】
図２は、本発明の集積回路断線検査装置の概略図である。この図に示すように、本発明の集積回路断線検査装置１０は、電圧印加装置１２、光パルス光源１４、走査装置１６、電磁波検出装置１８および断線検出装置２０を備える。
電圧印加装置１２は、電源回路であり、検査対象である半導体集積回路１を所定の電圧印加状態に印加し保持する。所定の電圧印加状態とは、半導体集積回路１に適合する電圧（例えばＤＣ１０Ｖ）を電源ラインに印加し、アースラインを接地した状態をいう。従って、この状態において、電源ラインに接続された半導体集積回路１の回路部分は所定の電圧となり、アースラインに接続された回路部分はアース電圧（例えば０Ｖ）となり、その間に電位差が発生する。
【００２７】
光パルス光源１４は、超短光パルス２を発生する。光パルス光源１４は、超短光パルス２を発生可能なモード同期チタンサファイアレーザー、又はフェムト秒ファイバーレーザーであるのがよい。
またこの超短光パルス２は、波長域が３００ナノメートル（３００ｎｍ＝０．３μｍ）以上、２ミクロン（２μｍ）以下であり、時間平均のエネルギーが０．１ｍＷ以上、１０Ｗ以下であり、パルス幅が１フェムト秒（１ｆｓ＝０．００１ｐｓ）以上、１０ピコ秒（１０ｐｓ）以下であるのがよい。
すなわち、電磁波の励起に際しては、光源として幅の小さなパルスを用いることにより、集積回路に大きな影響を及ぼさない状態で、電磁波の励起ができる。熱的影響を及ぼさない最大光パルス幅は、約１０ピコ秒と見積ることができる。
【００２８】
超短光パルス２の波長域が３００ナノメートル未満、時間平均のエネルギーが０．１ｍＷ未満、又はパルス幅が１フェムト秒未満である場合には、発生する電磁波３の強度が低く、検出が困難となる。また、超短光パルス２の波長域が２ミクロンを超え、時間平均のエネルギーが１０Ｗ以下を超え、或いはパルス幅が１０ピコ秒を超える場合には、レーザー強度が強すぎ、半導体集積回路１に損傷を与えるおそれがある。
【００２９】
走査装置１６は、半導体集積回路１の２次元回路上に超短光パルス２を２次元的に走査して照射する。この例では、走査装置１６は、光集光レンズ１５、揺動ミラー１６ａ、およびこれを揺動させる揺動装置１６ｂからなり、揺動ミラー１６ａの揺動により、超短光パルス２を半導体集積回路１の２次元回路上に２次元的に走査して照射するようになっている。なお、本発明はこの構成に限定されず、半導体集積回路１を２次元的に移動してその上に超短光パルス２を走査してもよい。
【００３０】
電磁波検出装置１８は、例えば電磁波検出ボローメーター又は半導体光スイッチであり、超短光パルス２の照射位置から放射される電磁波３を検出する。
【００３１】
断線検出装置２０は、電磁波３の有無又は強さから照射位置の断線を検出する。断線検出装置２０は、この例では、ＰＣ（コンピュータ）であり、光パルス光源１４と走査装置１６を制御し、電磁波検出装置１８から入力される電磁波３の強度をＣＲＴ上の半導体集積回路１に対応する位置に明るさ又は色により表示し、電磁波３の強度から回路配線の２次元像をＣＲＴ上に表示するようになっている。この画像を正常な半導体集積回路１から得られる同様の画像と比較することにより、配線に断線があれば、断線箇所およびその先の配線からの電磁波強度が変化するため、断線部位を２次元的に検出することができる。
【００３２】
上述した集積回路断線検査装置１０を用い、本発明の集積回路断線検査方法によれば、半導体集積回路１を所定の電圧印加状態に保持し、半導体集積回路１の２次元回路上に、超短光パルス２を２次元的に走査して照射し、その照射位置から放射される電磁波３を検出し、電磁波の有無又は強さから照射位置の断線を非接触で検出する。
【００３３】
上述した本発明の方法及び装置によれば、電圧印加された半導体集積回路１に超短光パルス２を照射することにより、集積回路の各部位における電圧印加状態により強弱の異なる電磁波３が放射される。従って、所定の電圧を印加した半導体集積回路１に外部から超短光パルス２を照射することにより発生した電磁波３を、外部の電磁波検出装置１８を用いて検出することにより、最小空間分解能を光の波長とした、断面部位の２次元非接触自由空間検出が可能となる。
【００３４】
また、電磁波３を検出する際に、走査装置１６により半導体集積回路１或いは超短光パルス２を２次元的に走査することにより、発生した電磁波３による回路配線の２次元像が得られる。配線に断線があれば、断線箇所およびその先の配線からの電磁波強度が変化するため、断線部位を２次元的に検出することができる。
【００３５】
従って、光パルスと電磁波検出を併用した集積回路断線検査装置を構成することにより、現在までにない集積回路断線の２次元検出装置が実現できる。
【００３６】
【実施例】
図３は、本発明の実施例を示す電磁波の特性図である。この図において、（ａ） は半導体光スイッチにパルス幅５０フェムト秒の超短光パルスを照射した結果発生した電磁波の時間波形であり、（ｂ）はその電磁波の時間波形をフーリエ変換して得られる周波数成分である。
図３（ｂ）の横軸は周波数、縦軸は強度であり、この図から発生する電磁波の周波数成分は０ＴＨｚ（１ＴＨｚ＝１０12Ｈｚ）から４ＴＨｚ以上を含んでいることがわかる。従って波長は、可視光から紫外光におよび、最小空間分解能を光の波長とした、断面部位の２次元非接触自由空間検出が可能となることがわかる。
【００３７】
次に、本発明に係る集積回路断線検査装置の実施例を詳細に説明する。
上述した図２は、本発明の実施例を示す集積回路断線検査装置の構成例である。すなわち、電圧印加状態にある集積回路１に光パルス２を照射することにより、電磁波３を発生させ、放射される電磁波３を電磁波検出装置１８で観測するものである。
【００３８】
照射用光源１４にはアルゴンイオンレーザー励起のモード同期チタンサファイアレーザーにより発生されるパルス幅約５０フェムト秒のレーザー光等を用いた。また、電磁波検出装置１８として、インジウムアンチモン製ホットエレクトロンボロメーターを用いた。なお、電磁波検出装置１８として、低温成長ガリウム砒素製光スイッチ等を用いることができる。
【００３９】
図４は、本発明の実施例を示すＣＲＴ上の中間調画像である。この図は、被測定物として用いた集積回路（半導体素子）を用いたものであり、図４（Ａ）は半導体素子の全体構造、図４（Ｂ）は素子中心部のガラス窓付近を拡大したものである。
この実施例において、１０Ｖのバイアス電圧を印加して中央のガラス窓の部分からビーム径３０μｍに集光した光パルスを照射し走査することにより、放射電磁波強度分布を２次元的に検出した。検出した集積回路からの放射電磁波強度を７５０μｍ四方で走査した２次元分布を図４（Ｃ）に示す。
図４（Ｃ）において、白い部分は電磁波放射強度が強いこと、すなわち電位差が大きいことを示している。
このように配線間で電位差が生じている場合、その部分からの電磁波放射強度が変化することが示されている。このことは、断線箇所およびその先の配線からの電磁波放射強度が電位差変化に伴って変化することを意味し、本発明により断線部位が検出できることが示された。
【００４０】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００４１】
【発明の効果】
上述したように、本発明の集積回路断線検査方法と装置は、集積回路断線部位の検出が非接触に、かつ、自由空間から検出できる集積回路断線２次元検出装置が実現でき、これにより、半導体集積回路の微小なひび割れ（クラック）などによる断線を検出することができ、エックス線等により健康を損なうおそれがなく、非接触で検出でき、電子ビーム発生源や真空チャンバー等の高価かつ大型機器を必要とせず、大気中で短時間に容易に検出でき、かつ小型化かつ安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理図である。
【図２】本発明の半導体集積回路の断線検査装置の概略図である。
【図３】本発明の実施例を示す電磁波の特性図である。
【図４】本発明の実施例を示すＣＲＴ上の中間調画像である。
【符号の説明】
１ 半導体集積回路、２ 超短光パルス、３ 電磁波、
１０ 集積回路断線検査装置、１２ 電圧印加装置、
１４ 光パルス光源、１５ 光集光レンズ、
１６ 走査装置、１６ａ 揺動ミラー、１６ｂ 揺動装置、
１８ 電磁波検出装置、２０ 断線検出装置
Claims (4)
- 半導体集積回路（１）を所定の電圧印加状態に保持し、半導体集積回路の２次元回路上に、超短光パルス（２）を２次元的に走査して照射し、該照射位置から放射される電磁波（３）を検出し、該電磁波の有無又は強さから照射位置の断線を非接触で検出する、ことを特徴とする集積回路断線検査方法。
- 前記超短光パルス（２）は、波長域が３００ナノメートル以上、２ミクロン以下であり、時間平均のエネルギーが０．１ｍＷ以上、１０Ｗ以下であり、パルス幅が１フェムト秒以上、１０ピコ秒以下である、ことを特徴とする請求項１に記載の集積回路断線検査方法。
- 半導体集積回路（１）を所定の電圧印加状態に保持する電圧印加装置（１２）と、超短光パルス（２）を発生する光パルス光源（１４）と、半導体集積回路の２次元回路上に超短光パルス（２）を２次元的に走査して照射する走査装置（１６）と、該照射位置から放射される電磁波（３）を検出する電磁波検出装置（１８）と、該電磁波の有無又は強さから照射位置の断線を検出する断線検出装置（２０）とを備えた、ことを特徴とする集積回路断線検査装置。
- 前記光パルス光源（１４）は、波長域が３００ナノメートル以上、２ミクロン以下であり、時間平均のエネルギーが０．１ｍＷ以上、１０Ｗ以下であり、パルス幅が１フェムト秒以上、１０ピコ秒以下である超短光パルス（２）を発生可能なモード同期チタンサファイアレーザー、又はフェムト秒ファイバーレーザーである、ことを特徴とする請求項３に記載の集積回路断線検査装置。
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