JPH03211449A - Measuring instrument for thermal expansion quantity of semiconductor integrated circuit - Google Patents
Measuring instrument for thermal expansion quantity of semiconductor integrated circuitInfo
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- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
Ｃ産業上の利用分野コ
本発明は、半導体集積回路等の通電動作時に発熱により
生ずる熱膨脹、そり等の熱変形等を測定する熱膨張測定
装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a thermal expansion measuring device for measuring thermal expansion, thermal deformation such as warpage, etc. caused by heat generation during energizing operation of a semiconductor integrated circuit.
［従来技術］
従来、半導体集積回路（ＬＳＩ）の通電時にどれだけ熱
膨脹が生じ゛ているか、どれだけの熱変形が生じている
かを高速に簡便に測定する良い方法はなく、例えば接触
式の変位計で直接測定するか、発熱量を放射温度計で温
度を測定し、半導体集積回路の内部の温度勾配を仮定し
、また半導体集積回路の形状から境界条件を設定するこ
とにより、各部位での変位を計算により求める等の間接
的な方法しか存在しなかった。[Prior Art] Conventionally, there is no good method to quickly and easily measure how much thermal expansion or thermal deformation occurs when a semiconductor integrated circuit (LSI) is energized. By directly measuring the calorific value with a radiation thermometer, assuming the temperature gradient inside the semiconductor integrated circuit, and setting boundary conditions based on the shape of the semiconductor integrated circuit, it is possible to Only indirect methods such as calculating displacement existed.
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら、従来の変位計等で半導体集積回路の熱膨
脹を測定することは、半導体集積回路上の微小な領域を
指定することが困難であるため、精密には不可能であっ
た。[Problems to be Solved by the Invention] However, measuring the thermal expansion of a semiconductor integrated circuit using a conventional displacement meter, etc. is not accurate because it is difficult to specify a minute area on the semiconductor integrated circuit. It was possible.
また、放射温度計により半導体集積回路に存在している
温度分布を測定することによって発熱量を求め、熱伝導
方程式を作り、そこから、熱流を計算し、熱膨脹による
熱変形を推定する方法は、直接変位量を測定しているわ
けではないので、熱膨張量の正しい値を与えているとは
言えなかった。In addition, the method of determining the amount of heat generated by measuring the temperature distribution existing in the semiconductor integrated circuit with a radiation thermometer, creating a heat conduction equation, calculating the heat flow from there, and estimating the thermal deformation due to thermal expansion is as follows. Since the amount of displacement was not directly measured, it could not be said that the correct value of the amount of thermal expansion was given.
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、半導体集積回路上に発生する通電時における
熱膨脹或いは熱収縮により生ずるそり、歪み等の変位量
或いは半導体集積回路に発生している変形の様子等を迅
速に且つ精密に測定する装置を提供することである。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and is aimed at reducing the amount of displacement such as warpage or distortion caused by thermal expansion or contraction during energization that occurs on a semiconductor integrated circuit, or the amount of displacement that occurs in a semiconductor integrated circuit. An object of the present invention is to provide a device that can quickly and precisely measure the state of deformation and the like.
［課題を解決するための手段］
この目的を達成するために本発明の半導体集積回路の熱
膨張量測定装置は、対物レンズを通して半導体集積回路
上の微小領域に光を集光させ、その領域表面からの反射
光を利用して、半導体集積回路の通電動作時において生
ずる熱膨脹量或いは熱収縮量を測定する装置において、
ａ）前記対物レンズ及び測定用の半導体集積回路の少な
くとも一方を光軸方向において駆動することにより、対
物レンズと半導体集積回路との相互間隔を変化させ得る
駆動手段と、
ｂ）前記半導体集積回路が載置されている部分を光軸に
対して垂直な方向において駆動することにより、半導体
集積回路上の任意の位置での熱膨張を測定可能ならしめ
る位置駆動手段と、
Ｃ）前記半導体集積回路に通電し、各種の電気信号を入
力し、半導体集積回路を電気的に動作させることにより
、半導体集積回路上に熱膨張を発生させる半導体集積回
路用の駆動制御手段と、
ｄ）前記半導体集積回路上に発生する熱膨張による変位
を測定するためのヘテロダイン干渉測定手段
とを備えている。[Means for Solving the Problems] In order to achieve this object, the device for measuring the amount of thermal expansion of a semiconductor integrated circuit of the present invention focuses light on a minute area on a semiconductor integrated circuit through an objective lens, and measures the surface of the area. In an apparatus for measuring the amount of thermal expansion or thermal contraction that occurs during energizing operation of a semiconductor integrated circuit using reflected light from a semiconductor integrated circuit, a) at least one of the objective lens and the semiconductor integrated circuit for measurement is aligned in the optical axis direction. a) driving means capable of changing the mutual distance between the objective lens and the semiconductor integrated circuit by driving; b) driving a portion on which the semiconductor integrated circuit is mounted in a direction perpendicular to the optical axis; , a position driving means that makes it possible to measure thermal expansion at any position on the semiconductor integrated circuit, and C) energizing the semiconductor integrated circuit and inputting various electrical signals to electrically operate the semiconductor integrated circuit. d) drive control means for a semiconductor integrated circuit that causes thermal expansion to occur on the semiconductor integrated circuit; and d) heterodyne interference measurement means for measuring displacement due to thermal expansion that occurs on the semiconductor integrated circuit. There is.
［作用］
上記の構成を有する本発明の熱膨張ｉｋｍＪ定装置によ
れば、光軸方向駆動手段により、半導体集積回路表面か
らの反射光が平面波となるように対物レンズと半導体集
積回路との相互間隔が変化させられるので、半導体集積
回路の表面は、上記対物レンズの焦点位置即ち、ビーム
ウェスト内に位置させられる。[Function] According to the thermal expansion ikmJ determining device of the present invention having the above-mentioned configuration, the optical axis direction driving means drives the interaction between the objective lens and the semiconductor integrated circuit so that the reflected light from the surface of the semiconductor integrated circuit becomes a plane wave. Since the spacing is varied, the surface of the semiconductor integrated circuit is located within the focus position of the objective lens, ie within the beam waist.
光軸に垂直な平面方向の位置駆動手段は、光軸方向駆動
手段及び半導体集積回路を固定するための部材が載置さ
れたまま、平面上の任意の位置へ移動し、測定光を半導
体集積回路上の任意の位置へ照射する作用をする。The position driving means in the plane direction perpendicular to the optical axis moves to any position on the plane while the optical axis direction driving means and the member for fixing the semiconductor integrated circuit are placed, and directs the measurement light to the semiconductor integrated circuit. It works to irradiate any position on the circuit.
半導体集積回路用の駆動制御手段は、上記位置移動手段
により測定位置が決定後、半導体集積回路に電源を供給
し、入力信号を与えることで、半導体集積回路上の特定
の位置に熱膨張を起こさせる作用をし、ヘテロダイン干
渉光学手段は、上記手段により生じている半導体集積回
路上の熱膨張による変位を極めて高精度で測定する。The drive control means for the semiconductor integrated circuit causes thermal expansion at a specific position on the semiconductor integrated circuit by supplying power to the semiconductor integrated circuit and applying an input signal after the measurement position is determined by the position moving means. The heterodyne interference optical means measures with extremely high precision the displacement caused by thermal expansion on the semiconductor integrated circuit caused by the above means.
［実施例］
以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。[Example] Hereinafter, an example embodying the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図には基本的な機能ブロック図を示す。以下、第１
図の説明をする。FIG. 1 shows a basic functional block diagram. Below, the first
Explain the diagram.
測定用の半導体集積回路が、電気的接触機能をもったソ
ケット等の固定台に取り付けられ、これらはコンピュー
タから制御された半導体試料用の電源及び各種信号制御
回路により電気的に制御されるようになっている。更に
該半導体集積回路固定部は、ｘ、 ｙ、 ｚ軸の位置
移動制御用のテーブル等の移動手段により、自由に移動
できるようになっている。A semiconductor integrated circuit for measurement is attached to a fixed base such as a socket with an electrical contact function, and these are electrically controlled by a computer-controlled power supply for the semiconductor sample and various signal control circuits. It has become. Further, the semiconductor integrated circuit fixing part can be freely moved by a moving means such as a table for controlling the positional movement of the x, y, and z axes.
また、これらの位置移動手段は、コンピュータから位置
制御されている。半導体集積回路は、第２図に示すよう
な光学系によって、変位或いは表面上の凹凸等の表面情
報をレーザ光を用いることで測定される。測定は、光信
号を電気信号に変換し、信号処理回路を通じてコンピュ
ータへ入力され、コンピュータは、付属のＲＯＭ、ＲＡ
Ｍを用いて測定データを処理し、最終的にＣＲＴ等のデ
ータ表示部に出力するようになっている。以上が第１図
におけるブロック図の概略である。Further, the positions of these position moving means are controlled by a computer. In a semiconductor integrated circuit, surface information such as displacement or irregularities on the surface is measured by using a laser beam using an optical system as shown in FIG. For measurement, the optical signal is converted into an electrical signal and input to the computer through the signal processing circuit, and the computer uses the attached ROM and RA.
The measurement data is processed using M and is finally output to a data display unit such as a CRT. The above is an outline of the block diagram in FIG.
次に光学系の部分について第２図を中心に述べる。Next, the optical system will be described with reference to FIG. 2.
第２図において、レーザ光源（１０）から出力された直
線偏光のレーザ光には、アイソレータ（１２）を経て偏
光ビームスプリッタ（１４）へ到達し、第２図の紙面に
平行な振動面を有するＰ偏光と第２図の紙面に直角な振
動面を有するＳ偏光とに分割される。この時上記レーザ
光の振動面は、第１図の紙面に対して４５″傾斜させら
れる。In Figure 2, linearly polarized laser light output from a laser light source (10) reaches a polarizing beam splitter (14) via an isolator (12), and has a vibration plane parallel to the plane of the paper in Figure 2. The light is divided into P-polarized light and S-polarized light whose vibration plane is perpendicular to the plane of the paper in FIG. At this time, the vibration plane of the laser beam is inclined by 45'' with respect to the paper plane of FIG.
上記Ｐ偏光は、上記レーザ光と同じ周波数ｆ。The P-polarized light has the same frequency f as the laser beam.
を有し、ミラー１６に反射され且つ偏光ビームスプリッ
タ（１８）を通過させられる。また上記Ｓ偏光は、ミラ
ー（２０）により反射された後、音響光学変調器（２２
）及び（２４）を通過させられて周波数＋ｆ１及び−ｆ
２のシフトを受けることにより周波数ｆｏ＋ｆ、−ｆ、
とされ、その後、偏光ビームスプリッタ（１８）に入射
する。この偏光ビームスプリッタ（１８）において、上
記周波数シフトを受けたＳ偏光の光束と上記Ｐ偏光の光
束とが重ね合わされた後、無偏光ビームスプリッタ（２
６）において２分される。, is reflected by mirror 16 and passed through polarizing beam splitter (18). Further, after being reflected by the mirror (20), the S-polarized light is reflected by the acousto-optic modulator (22).
) and (24) and the frequencies +f1 and -f
By undergoing a shift of 2, the frequencies fo+f, -f,
After that, it enters the polarizing beam splitter (18). In this polarizing beam splitter (18), the frequency-shifted S-polarized light beam and the P-polarized light beam are superimposed, and then the non-polarized beam splitter (2
It is divided into two parts in 6).
上記無偏光ビームスプリッタ（２６）により反射された
光は、偏光軸を４５′傾斜させて配設された偏光子（２
８）を通過させられることにより、Ｐ偏光及びＳ偏光の
相互干渉した光、即ち基準ビート周波数ｆＢ ” （−
１ｆｔ ｆｔ ｌ）を有する基準ビート光が基準ビ
ート光センサ（３ｏ）により検出される。このため、周
波数ｆＢの基準ヒート信号ＳｆＢが基準ビート光センサ
（３ｏ）がら出力される。無偏光ビームスプリッタ（２
６）を透過した光は、無偏光ビームスプリッタ（３２）
において更に２分される。以下、無偏光ビームスプリッ
タ（３２）を透過した光束を第１の光束と言い、無偏光
ビームスプリッタ（３２）により反射された光束を第２
の光束と言う。The light reflected by the non-polarizing beam splitter (26) is transmitted through a polarizer (2) disposed with the polarization axis inclined by 45'.
8), the mutually interfered light of P-polarized light and S-polarized light, that is, the reference beat frequency fB'' (-
A reference beat light having an intensity of 1 ft ft l) is detected by a reference beat light sensor (3o). Therefore, the reference heat signal SfB of frequency fB is output from the reference beat optical sensor (3o). Non-polarizing beam splitter (2
6) The light transmitted through the non-polarizing beam splitter (32)
It is further divided into two parts. Hereinafter, the light beam transmitted through the non-polarizing beam splitter (32) will be referred to as the first light beam, and the light beam reflected by the non-polarizing beam splitter (32) will be referred to as the second light beam.
It is called the luminous flux of
上記第１の光束は、半導体集積回路（３４）の表面（反
射面）、対物レンズ（３６）と一体的に配設されたミラ
ー（３８） 、対物レンズ（３６）の上方に配置された
偏光ビームスプリッタ（４ｏ）等により構成された第１
のヘテロダイン干渉系に入射させられる。The first light beam is a polarized light beam placed above the surface (reflecting surface) of the semiconductor integrated circuit (34), a mirror (38) that is integrally arranged with the objective lens (36), and the objective lens (36). The first beam consists of a beam splitter (4o), etc.
into the heterodyne interference system.
また、上記第２の光束は、対物レンズ（３６）と一体的
に配設されたミラー（４２）、位置固定のミラー（４４
）、偏光ビームスプリッタ（４６）などにより構成され
た第２のヘテロダイン干渉光学系に入射させられる。Further, the second light beam is transmitted through a mirror (42) provided integrally with the objective lens (36), and a mirror (44) whose position is fixed.
), a polarizing beam splitter (46), and the like into a second heterodyne interference optical system.
上記第１のヘテロダイン干渉光学系において、周波数ｆ
。のＰ偏光と周波数ｆＯ＋ｆ、−ｆ２のＳ偏光との合成
波である第１の光束は、偏光ビームスプリッタ（４０）
により先ず分割される。偏光ビームスプリッタ（４０）
を透過したＰ偏光は、λ／４板（５０）を通過させられ
ることにより円偏光に変換された後、対物レンズ（３６
）を通して半導体集積回路の表面に集光される。この半
導体集積回路（３４）の表面からの反射光は、上記対物
レンズ（３６）を経てλ／４板（５０）を通過させられ
ることにより、もとのＰ偏光に対して振動面が９０°回
転した偏光、即ち、Ｓ偏光に変換されるので、偏光ビー
ムスプリッタ（４０）により反射され、偏光子（５２）
に到達する。上記半導体集積回路（３４）の表面からの
反射光は、該表面上のＡｌ細線や保護膜などの凹凸によ
る位相シフト及び散乱を受けている。In the first heterodyne interference optical system, the frequency f
. The first light beam, which is a composite wave of P-polarized light and S-polarized light with frequencies fO+f and -f2, is sent to the polarizing beam splitter (40).
First, it is divided by Polarizing beam splitter (40)
The P-polarized light that has passed through the
) is focused on the surface of the semiconductor integrated circuit. The reflected light from the surface of the semiconductor integrated circuit (34) passes through the objective lens (36) and the λ/4 plate (50), so that the vibration plane is 90° with respect to the original P-polarized light. Since it is converted into rotated polarized light, that is, S-polarized light, it is reflected by the polarizing beam splitter (40) and transmitted to the polarizer (52).
reach. The reflected light from the surface of the semiconductor integrated circuit (34) is subjected to a phase shift and scattering due to the unevenness of the thin Al wires, protective film, etc. on the surface.
前記第１の高速のうち、偏光ビームスプリッタ（４０）
により反射されたＳ偏光は、位置固定のミラー（４８）
により反射されてλ／４板（５０）を通過させられるこ
とにより円偏光に変換された後、集光レンズ（５４）を
通してミラー（３８）の表面に集光される。このミラー
（３８）からの反射光は、再び上記集光レンズ（５４）
を経てλ／４板（５０）を通過させられることにより、
もとのＳ偏光に対して振動面が９０＠回転した偏光、即
ち、Ｐ偏光に変換されるので、偏光ビームスプリッタ（
４０）を透過し、偏光子（５２）に到達する。この偏光
子（５２）の偏光軸は上記Ｓ偏光及びＰ偏光の振動面よ
りも４５″傾斜させられているから、偏光子（５２）を
透過した光にはＰ偏光及びＳ偏光によるヘテロダイン干
渉が発生し、この干渉光が第１計測ビート光センサ（５
６）により検出される。この第１計測ビート光センサ（
５６）は、複数個からなり、それぞれの位置から周波数
がｆ、であって、わずかにそれらの信号間に位相差が生
じている信号５ｆＷＡ、５ｆｖＢ。Among the first high speeds, a polarizing beam splitter (40)
The S-polarized light reflected by the fixed mirror (48)
After being reflected by the λ/4 plate (50) and converted into circularly polarized light, the light is focused on the surface of the mirror (38) through the condenser lens (54). The reflected light from this mirror (38) is returned to the condenser lens (54).
By passing through the λ/4 plate (50),
Since it is converted into polarized light whose vibration plane is rotated by 90@ with respect to the original S-polarized light, that is, P-polarized light, a polarizing beam splitter (
40) and reaches the polarizer (52). Since the polarization axis of this polarizer (52) is inclined by 45 inches from the vibration plane of the S-polarized light and the P-polarized light, the light transmitted through the polarizer (52) is subject to heterodyne interference due to the P-polarized light and the S-polarized light. This interference light is transmitted to the first measurement beat optical sensor (5
6). This first measurement beat optical sensor (
56) is composed of a plurality of signals 5fWA and 5fvB whose frequency is f from each position, and a slight phase difference occurs between the signals.
Ｓｆｗｃ、ＳｆｗＤ、Ｓｆ、Ｅが出力される。これらの
信号は、半導体集積回路の表面から反射された反射光の
波面を測定するのに用いられる。Sfwc, SfwD, Sf, and E are output. These signals are used to measure the wavefront of reflected light from the surface of the semiconductor integrated circuit.
前記第２のヘテロダイン干渉光学系において、周波数ｆ
ｏのＰ偏光と周波数ｆ、＋ｆ、−ｆ２のＳ偏光との合成
波である第２の光束は、ミラー（３３）により反射され
た後、偏光ビームスプリッタ（４６）により先ず分割さ
れる。偏光ビームスプリッタ（４６）を透過したＰ偏光
は、λ／４板（５８）を通過させられることにより円偏
光に変換された後、集光レンズ（６０）を通してミラー
（４２）の表面に集光される。このミラー（４２）から
の反射光は、上記集光レンズ（６０）を経てλ／４板（
５８）を再び通過させられることにより、もとのＰ偏光
に対して振動面が９０°回転した偏光、即ち、Ｓ偏光に
変換されるので、偏光ビームスプリッタ（４６）により
反射され、偏光子（６２）に到達する。In the second heterodyne interference optical system, the frequency f
The second light beam, which is a composite wave of P polarized light of o and S polarized light of frequencies f, +f, and -f2, is reflected by a mirror (33) and then first split by a polarizing beam splitter (46). The P-polarized light transmitted through the polarizing beam splitter (46) is converted into circularly polarized light by passing through a λ/4 plate (58), and then condensed onto the surface of a mirror (42) through a condensing lens (60). be done. The reflected light from this mirror (42) passes through the condenser lens (60) and passes through the λ/4 plate (
58), the polarized light whose vibration plane is rotated by 90 degrees with respect to the original P-polarized light, that is, converted into S-polarized light, is reflected by the polarizing beam splitter (46) and transmitted through the polarizer ( 62) is reached.
一方、偏光ビームスプリッタ（４６）により反射された
Ｓ偏光は、λ／４板（６４）を通過させられることによ
り円偏光に変換された後、集光レンズ（６６）を通して
位置固定のミラー（４４）の表面に集光される。このミ
ラー（４４）からの反射光は、再び上記集光レンズ（６
６）により、もとのＳ偏光に対して振動面が９０＠回転
した偏光、即ち、Ｐ偏光に変換されるので、偏光ビーム
スプリッタ（４６）を透過し、偏光子（６２）に到達す
る。この偏光子（６２）の偏光軸は上記Ｓ偏光及びＰ偏
光の振動面よりも４５°傾斜させられているから、偏光
子（６２）を透過した光にはＰ偏光及びＳ偏光によるヘ
テロダイン干渉が発生し、この干渉光が第２計測ビート
光センサ（６８）により検出され、周波数がｆＤの第２
計測ビート信号ＳｆＤが出力される。On the other hand, the S-polarized light reflected by the polarizing beam splitter (46) is converted into circularly polarized light by passing through a λ/4 plate (64), and then passed through a condensing lens (66) to a fixed mirror (44). ) is focused on the surface. The reflected light from this mirror (44) is again reflected by the condensing lens (6).
6), the polarized light whose vibration plane is rotated by 90@ with respect to the original S polarized light, that is, converted into P polarized light, passes through the polarizing beam splitter (46) and reaches the polarizer (62). Since the polarization axis of this polarizer (62) is tilted by 45 degrees from the vibration plane of the S-polarized light and the P-polarized light, the light transmitted through the polarizer (62) is subject to heterodyne interference due to the P-polarized light and the S-polarized light. This interference light is detected by the second measurement beat light sensor (68), and the second measurement beat light sensor (68) has a frequency of fD.
A measurement beat signal SfD is output.
前記対物レンズ（３６）は、レンズアクチュエータ（７
０）によって光軸方向へ位置決めされ得るようになって
いる。即ち、位置固定の機枠（７２）には、光束を通過
させるための貫通穴（７３）（７４）、 （７５）が
形成されており、中央の貫通穴（７４）と同心に円筒状
のレンズアクチュエータ（７０）が吊り下げられるとと
もに、このレンズアクチュエータ（７０）の下端部に対
物レンズ（３６）を保持するレンズ保持筒（７８）が固
定されている。レンズアクチュエータ（７０）は、本実
施例では対物レンズ（３６）と半導体集積回路試料（３
４）との相互間隔を変化させる駆動装置を構成するもの
であり、例えば軸方向に収縮可能な圧電セラミックによ
り構成されており、印加電圧に対応した収縮量に関連し
て対物レンズ（３６）が位置決めされるようになってい
る。また、前記ミラー（３８）及び（４２）は、上記レ
ンズ保持筒（７８）に固定されており、対物レンズ（３
６）と一体的に軸方向へ移動させられるようになってい
る。The objective lens (36) is connected to a lens actuator (7).
0) allows positioning in the optical axis direction. That is, the machine frame (72), which is fixed in position, is formed with through holes (73), (74), and (75) for passing the light beam, and a cylindrical hole is formed concentrically with the central through hole (74). A lens actuator (70) is suspended, and a lens holding tube (78) that holds an objective lens (36) is fixed to the lower end of the lens actuator (70). In this embodiment, the lens actuator (70) is connected to the objective lens (36) and the semiconductor integrated circuit sample (3).
4), and is made of a piezoelectric ceramic that can be contracted in the axial direction, and the objective lens (36) changes in relation to the amount of contraction corresponding to the applied voltage. It is designed to be positioned. Further, the mirrors (38) and (42) are fixed to the lens holding tube (78), and the objective lens (38) is fixed to the lens holding tube (78).
6) in the axial direction.
前記測定用半導体集積回路（３４）は、対物レンズ（３
６）の光軸方向及びその光軸と直角な方向へ駆動される
ようになっている。即ち、防振台等の基台（８８）上に
おいて、第３図に示す案内装置により水平方向（Ｘ方向
）へ案内される水平方向移動テーブル（８４）は、例え
ば、パルスモータ或いはピエゾアクチュエータ等により
構成される微小駆動可能な水平方向駆動装置（８５）に
より水平方向に位置決めされるようになっており、その
水平方向移動テーブル（８４）上には、垂直方向（２方
向）へ案内される電気接触部材（８０）が垂直方向駆動
テーブル（８２）によって垂直方向に位置決めされるよ
うにな−ている。また、上記垂直方向駆動装置（８３）
は、例えばパルスモータ等を含むものであり、前記レン
ズアクチュエータ（７０）による対物レンズ（３６）の
移動距離よりも大きい距離で電気的接触部材（８０）を
駆動することができるようになっている。更に前述した
水平方向駆動テーブル（８４）及び垂直方向駆動テーブ
ル（８２）は、水平方向（Ｘ方向）面内でＸ方向に垂直
な方向（Ｙ方向）に移動するための水平方向（Ｙ方向）
移動テーブル（８６）上に載置されており、水平Ｙ方向
移動テーブル（８６）は、例えばパルスモータ或いはピ
エゾアクチュエータ等により構成される微小駆動可能な
水平方向（Ｙ方向）駆動装置（８７）により、水平方向
（Ｙ方向）に位置決めされるようになっている。尚、上
記水平方向（Ｘ方向）駆動装置（８５）、及び水平方向
（Ｙ方向）駆動装置（８７）には、図示しないが、Ｘ方
向、Ｙ方向の移動量を検出するための位置検出器がそれ
ぞれ設けられている。この位置検出装置は、ロータリエ
ンコーダ、或いは一般に知られている光学式の位置検出
器または測長器等により構成される。The measurement semiconductor integrated circuit (34) includes an objective lens (3
6) and in a direction perpendicular to the optical axis. That is, the horizontal movement table (84), which is guided in the horizontal direction (X direction) by the guide device shown in FIG. It is designed to be positioned in the horizontal direction by a horizontal direction drive device (85) that can be driven minutely, and on the horizontal direction movement table (84), it is guided in the vertical direction (two directions). The electrical contact member (80) is adapted to be vertically positioned by a vertical drive table (82). Additionally, the vertical drive device (83)
includes, for example, a pulse motor, etc., and is capable of driving the electrical contact member (80) over a distance greater than the movement distance of the objective lens (36) by the lens actuator (70). . Furthermore, the horizontal direction drive table (84) and the vertical direction drive table (82) described above are horizontal direction (Y direction) for moving in a direction perpendicular to the X direction (Y direction) within the horizontal direction (X direction) plane.
It is placed on a moving table (86), and the horizontal Y-direction moving table (86) is driven by a horizontal (Y-direction) drive device (87) that can be driven minutely, for example, by a pulse motor or a piezo actuator. , and are positioned in the horizontal direction (Y direction). Although not shown, the horizontal direction (X direction) driving device (85) and the horizontal direction (Y direction) driving device (87) include position detectors for detecting the amount of movement in the X direction and the Y direction. are provided for each. This position detection device is constituted by a rotary encoder, a generally known optical position detector, a length measuring device, or the like.
上記のように光学的に構成された光波干渉型の半導体熱
膨脂量測定装置には、例えば第４図に示す測定制御回路
が設けられている。光センサ−（５６）は第５図に示す
ような５個の受光素子５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ，５６Ｄ
、５６Ｅから構成されており、その各々のセンサーから
出力された第１計測ビート信号ＳｆｗＡ、５ｆＷＢ、Ｓ
ｆｗＣ，５ｆＷＤ、５ｆＷＥは、第４図に示す増幅器９
０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃ，９０Ｄ、９０Ｅにおいて信号増
幅された後、波形モニタ回路（９２）へそれぞれ供給さ
れる。The light wave interference type semiconductor thermal expansion measurement device optically configured as described above is provided with a measurement control circuit shown in FIG. 4, for example. The optical sensor (56) has five light receiving elements 56A, 56B, 56C, 56D as shown in FIG.
, 56E, and the first measurement beat signals SfwA, 5fWB, S
fwC, 5fWD, and 5fWE are the amplifier 9 shown in FIG.
After the signals are amplified at 0A, 90B, 90C, 90D, and 90E, they are each supplied to a waveform monitor circuit (92).
波形モニタ回路（９２）は、第１計測ビート光センサ（
５６）へ到達している光束の状態から平面波であるか或
いは発散球面波または収束球面波であるか否かを判定す
るものであり、その判定結果を表す信号を後述のデータ
バスライン（１０２）へ出力するとともに、第１測定ビ
ート周波数ｆｗの信号を位相差検出回路（１０６）へ出
力する。The waveform monitor circuit (92) includes a first measurement beat optical sensor (
56), it is determined whether it is a plane wave, a diverging spherical wave, or a converging spherical wave from the state of the light flux reaching the ray, and a signal representing the determination result is sent to the data bus line (102), which will be described later. At the same time, a signal at the first measurement beat frequency fw is output to the phase difference detection circuit (106).
以下、波形モニタ回路について詳しく述べることにする
。The waveform monitor circuit will be described in detail below.
波形モニタ回路９２は例えば第６図に示すように構成さ
れている。即ち、一方のデジタル位相差検出回路９４は
、垂直方向に配列されている受光素子５６Ｂ及び５６Ｃ
からのビート信号ＳｆｗＢ及びＳｆｗｃの位相差△θＣ
Ｂ （例えばビート信号５ｆＷｃのピーク位置の位相
角をθＣとし、ビート信号Ｓｆ、Ｂのピーク位置の位相
角をθＢとすると、△θＣＢ−θＣ−θＢ）を検出して
減算器９８へ出力する一方、他方のデジタル位相差検出
回路９６は、垂直方向に配列されている受光素子５６Ｄ
及び５６Ｃからのビート信号ＳｆｗＤ及びＳｆｗｃの位
相差ΔθＤＣ（例えばビート信号５ｆＷｃのピーク位置
の位相角をθＣとし、ビート信号５ｆＷＤのピーク位置
の位相角をθＤとすると、△θＤＣ−θｐ−θＣ）を検
出して減算器９８へ出力する。そして、減算器９８は、
上記位相差△θＣＢから位相差ΔθＤＣを減算し、減算
値（へ〇〇Ｂ−へ〇ＤＣ）を出力する。The waveform monitor circuit 92 is configured as shown in FIG. 6, for example. That is, one digital phase difference detection circuit 94 includes light receiving elements 56B and 56C arranged in the vertical direction.
The phase difference ΔθC between the beat signals SfwB and Sfwc from
B (For example, if the phase angle of the peak position of the beat signal 5fWc is θC, and the phase angle of the peak position of the beat signals Sf and B is θB, then ΔθCB-θC-θB) is detected and output to the subtracter 98. , the other digital phase difference detection circuit 96 includes light receiving elements 56D arranged in the vertical direction.
And the phase difference ΔθDC between the beat signals SfwD and Sfwc from 56C (for example, if the phase angle of the peak position of the beat signal 5fWc is θC, and the phase angle of the peak position of the beat signal 5fWD is θD, then ΔθDC−θp−θC) is It is detected and output to the subtracter 98. Then, the subtracter 98 is
The phase difference ΔθDC is subtracted from the phase difference ΔθCB, and the subtracted value (to〇〇B-to〇DC) is output.
第１計測ビート光センサ５６へ到達している光束が平面
波であれば、第７図に示すように３つの受光素子５６Ｂ
、５６Ｃ，５６Ｄの出力信号の位相か同じとなる。また
、第１計測ビート光センサ５６が傾いていたとしても、
第８図に示すように、受光素子５６Ｇの上に位置する受
光素子５６Ｂの出力信号Ｓ ｆ Ｗ Ｂ ｓ及び受光素
子５６Ｃの下に位置する受光素子５６Ｄの出力信号５ｆ
ＷＤの、中心に位置する受光素子５６Ｃの出力信号Ｓｆ
Ｗ。If the light beam reaching the first measurement beat optical sensor 56 is a plane wave, three light receiving elements 56B as shown in FIG.
, 56C, and 56D have the same phase. Furthermore, even if the first measurement beat optical sensor 56 is tilted,
As shown in FIG. 8, the output signal S f W B s of the light receiving element 56B located above the light receiving element 56G and the output signal 5f of the light receiving element 56D located below the light receiving element 56C.
Output signal Sf of the light receiving element 56C located at the center of the WD
W.
に対する位相が、それぞれ同じ量だけ前後方向、即ち前
記△θＣＢ及びΔθＤＣが正方向にずれる。The phases of ΔθCB and ΔθDC are shifted in the front-rear direction by the same amount, that is, in the positive direction.
例えば第８図において、出力信号ｓｔｗａに対する出力
信号５ｆＷＢの位相のずれ△θＣＢ （−θＣ−θＢ
、正の値）と、出力信号５ｆＷＣに対する出力信号Ｓｆ
ｗＤの位相のずれΔθＤＣ（−〇〇−θＣ１正の値）と
が、互いに等しくなる（ΔθＣＢ−ΔθＤｃ）。しかし
、第１計測ビート光センサ５６へ到達している光束が収
束球面波であれば、例えば第９図に示すように、受光素
子５６Ｂ及び５６Ｄの出力信号５ｆＷＢ及び５ｆＷＤの
位相が、受光素子５６Ｃの出力信号Ｓｆｗｃに対する出
力信号Ｓｆｗｏの位相のずれ△θＤＣ（−θＤ−θＣ）
が負の値となる。反対に、第１計測ビート光センサ５６
へ到達している光束が発散球面波であれば、出力信号Ｓ
ｆｗＢ及び５ｆＷＤの位相が出力信号Ｓｆｗｃに対して
共に遅れるので、出力信号５ｆＷＣに対する出力信号５
ｆＷＢの位相のずれΔθｃＢ （−θＣ−θＢ）が負の
値となる。従って、上記出力信号ＳｆＷ、に対する出力
信号５ｆＷＢの位相ずれ△θＣＢと出力信号Ｓｆｗｃに
対する出力信号５ｆＷＤの位相のずれ△θＤＣとの減算
値（△θＣＢ−△θＤＣ）は、平面波となるほど零に近
い値となる。For example, in FIG. 8, the phase shift of the output signal 5fWB with respect to the output signal stwa is ΔθCB (−θC−θB
, positive value) and the output signal Sf for the output signal 5fWC
The phase shift ΔθDC (−〇〇−θC1 positive value) of wD becomes equal to each other (ΔθCB−ΔθDc). However, if the light flux reaching the first measurement beat optical sensor 56 is a convergent spherical wave, for example, as shown in FIG. Phase shift of output signal Sfwo with respect to output signal Sfwc ΔθDC (-θD-θC)
becomes a negative value. On the contrary, the first measurement beat optical sensor 56
If the light beam reaching S is a diverging spherical wave, the output signal S
Since the phases of fwB and 5fWD are both delayed with respect to the output signal Sfwc, the output signal 5 with respect to the output signal 5fWC
The phase shift ΔθcB (−θC−θB) of fWB takes a negative value. Therefore, the subtraction value (△θCB - △θDC) between the phase shift ΔθCB of the output signal 5fWB with respect to the above output signal SfW and the phase shift ΔθDC of the output signal 5fWD with respect to the output signal Sfwc is a value closer to zero as it becomes a plane wave. becomes.
第６図の比較判定回路１００は、設定器１４０において
予め設定された判断基準範囲〔零を含む基準範囲を示す
上限値（正の値）及び下限値（負の値）〕と減算器９８
の出力信号と比較し、減算器９８の出力値（△θＣＢ−
八〇ＤＣへが判断基準範囲内であるときには平面波であ
ると判定し、減算器９８の出力値が判断基準範囲の上限
値よりも大であるときには収束球面波であると判定し、
出力値が判断基準範囲の下限値よりも小であれば、発散
球面波であると判定する。そして、比較判定回路１００
は、平面波、収束球面波、発散球面波のいずれであるか
、或いはそれに加えてどの程度の曲率をもつ球面波であ
るかの判断結果を表す信号をデータバスライン１０２へ
出力する。尚、上記設定器１４０において予め設定され
た判断基準範囲を示す上限値及び下限値は、例えば、半
導体集積回路３４の表面がビームウェスト位置ＢＷから
２分の１波長ずれたときの値、またはそれより所定量小
さい値とされている。The comparison/judgment circuit 100 in FIG.
The output value of the subtracter 98 (△θCB-
When 80DC is within the judgment reference range, it is determined that it is a plane wave, and when the output value of the subtractor 98 is greater than the upper limit of the judgment reference range, it is determined that it is a convergent spherical wave,
If the output value is smaller than the lower limit of the determination reference range, it is determined that the wave is a divergent spherical wave. Then, the comparison judgment circuit 100
outputs to the data bus line 102 a signal representing a determination result as to whether the wave is a plane wave, a converging spherical wave, or a diverging spherical wave, or in addition, what degree of curvature the spherical wave has. Note that the upper limit value and lower limit value indicating the judgment reference range preset in the setting device 140 are, for example, the value when the surface of the semiconductor integrated circuit 34 is shifted by a half wavelength from the beam waist position BW, or the value thereof. The value is set to be a predetermined amount smaller than the above value.
ここで、第１計測ビート光センサ５６に伝播した光束の
波面状態は、対物レンズ３６の焦点位置と被測定部材３
４の表面との間の相対位置関係を表している。即ち、第
８図に示すように、半導体集積回路３４の表面が対物レ
ンズ３６により集光される光束の最もくびれた部分、換
言すれば光束のビームウェスト位置ＢＷに位置している
場合には、その表面から反射される光束は、平面波とな
る。しかし、半導体集積回路３４の表面が対物レンズ３
６から離隔する側へ上記光束のビームウェスト位置ＢＷ
からずれた場合には、第１計測ビーと光センサ５６に伝
播した光束は収束球面波となる。反対に、半導体集積回
路３４の表面が対物レンズ３６に接近する側へ上記光束
のビームウェスト位置ＢＷからずれた場合には、第１計
測ビート光センサ５６に伝播した光束は発散球面波とな
る。Here, the wavefront state of the light beam propagated to the first measurement beat optical sensor 56 is determined by the focal position of the objective lens 36 and the member to be measured 3.
4 represents the relative positional relationship with the surface of No. 4. That is, as shown in FIG. 8, when the surface of the semiconductor integrated circuit 34 is located at the narrowest part of the light beam condensed by the objective lens 36, in other words, at the beam waist position BW of the light beam, The light beam reflected from the surface becomes a plane wave. However, the surface of the semiconductor integrated circuit 34 is
Beam waist position BW of the above luminous flux to the side away from 6
If it deviates from the angle, the light beam propagated to the first measurement bee and the optical sensor 56 becomes a convergent spherical wave. On the other hand, when the surface of the semiconductor integrated circuit 34 deviates from the beam waist position BW of the light flux toward the side approaching the objective lens 36, the light flux propagated to the first measurement beat optical sensor 56 becomes a diverging spherical wave.
そこで、こうした波面状態の変化を位相差検出回路（９
４）、 （９６）を用い検出することで、常に半導体
集積回路（３４）と対物レンズ（３６）の相対距離が一
定になるように測定条件を制御する。その上で半導体集
積回路に通電し、熱膨脹を発生させ、その微小変位を実
時間で第２のヘテロダイン干渉光学系により測定するの
である。Therefore, the phase difference detection circuit (9) detects these changes in the wavefront state.
4) and (96), the measurement conditions are controlled so that the relative distance between the semiconductor integrated circuit (34) and the objective lens (36) is always constant. Then, the semiconductor integrated circuit is energized to generate thermal expansion, and the minute displacement is measured in real time by the second heterodyne interference optical system.
即ち、第１のヘテロダイン光学系において、半導体集積
回路（３４）により反射され、且つ複数の検出器である
第１計測ビート光センサ（５６）に到達した光束が平面
波となるように初期位相差Ｄｉを決定し、この初期位相
差Ｄｉが維持されるように、レンズアクチュエータ（７
０）によって対物レンズ（３６）との距離が制御され、
対物レンズ（３６）により集光される光束のビームウェ
スト位置ＢＷに半導体集積回路試料（３４）の表面が常
時一致するように制御される。このように対物レンズ（
３６）のビームウェスト位置ＢＷと半導体集積回路（３
４）の表面とが常時一致させられるという最適な光学的
相互位置状態となるように、対物レンズ（３６）の位置
決めが高精度に行われた後、レンズ保持筒（７８）の変
位Ｚが第２のヘテロダイン光学系によって検出される。That is, in the first heterodyne optical system, the initial phase difference Di is adjusted such that the light flux reflected by the semiconductor integrated circuit (34) and reaching the first measurement beat optical sensor (56), which is a plurality of detectors, becomes a plane wave. is determined, and the lens actuator (7) is operated so that this initial phase difference Di is maintained.
0) controls the distance to the objective lens (36),
Control is performed so that the surface of the semiconductor integrated circuit sample (34) always coincides with the beam waist position BW of the light beam condensed by the objective lens (36). In this way, the objective lens (
36) beam waist position BW and semiconductor integrated circuit (3
After the objective lens (36) is positioned with high precision so that the surfaces of Detected by a second heterodyne optical system.
これは測定ビート光センサ（６８）で検出された信号Ｓ
ｆｄは、基準ビート信号ＳｆＢに対して位相のずれた信
号となって観測できるからである。この両信号の位相差
は、測定している半導体集積回路の特定の領域において
通電したことにより生じた熱膨脹による変位により生じ
たものである。この時、実際の変位と観測された位相差
には次の関係がある。This is the signal S detected by the measurement beat light sensor (68)
This is because fd can be observed as a signal with a phase shift with respect to the reference beat signal SfB. This phase difference between the two signals is caused by displacement due to thermal expansion caused by energization in a specific region of the semiconductor integrated circuit being measured. At this time, the following relationship exists between the actual displacement and the observed phase difference.
ｚ＝ ＵｃΦ（ｔ、）−Φ（ｔｏ）１
７Ｃ
即ち、時刻ｔｍｔ、とｔ−ｔＱの時点でのそれぞれの基
準ビート信号ＳｆＢと測定ビート信号Ｓｆａの間に観測
された位相差Φ（１＋）とΦ（ｔｏ）の差が、ｔｍｔｏ
から１−１．までに変位した量になる。z= UcΦ(t,)-Φ(to)1 7C That is, the phase difference Φ(1+) observed between the reference beat signal SfB and the measured beat signal Sfa at time tmt and t-tQ, respectively. The difference between and Φ(to) is tmto
From 1-1. This is the amount of displacement up to that point.
従って、半導体集積回路が通電による発熱のために熱膨
脹をし続ければ、それに応じて測定ビート光信号Ｓｆｄ
と基準ビート光信号間に存在する位相は変化していくこ
とになるので、その位相を第４図に示す信号処理回路を
用いて測定する。基準ビート光信号ＳｆＢは、波形成形
回路１０４によりパルス波形に成形された後、位相差検
出回路１０６へ供給されるとともに、インバータ（１０
８）を経てアンド回路１１０へ供給される。上記位相差
検出回路１０６は、受光素子５６ｃから出力された周波
数ｆＷの信号Ｓｆｗｃと基準ビート光センサ（３０）の
出力信号ＳｆＢとの位相差Ｄを検出し、この位相差りを
表す信号をデータバスライン１０２へ出力する。半導体
集積回路の表面上の膨張により、前記第１計測ビート光
センサ（５６）へ到達した光束が平面波となるように調
節することにより、対物レンズ（３６）と半導体集積回
路（３４）の表面とが初期的に最適な光学位置とされた
ときに、上記位相差検出回路（１０６）により検出され
た位相差りは、初期位相差Ｄｉと称される。Therefore, if the semiconductor integrated circuit continues to thermally expand due to heat generation due to energization, the measurement beat optical signal Sfd will increase accordingly.
Since the phase existing between the optical signal and the reference beat optical signal will change, the phase is measured using the signal processing circuit shown in FIG. 4. After the reference beat optical signal SfB is shaped into a pulse waveform by the waveform shaping circuit 104, it is supplied to the phase difference detection circuit 106, and is also supplied to the inverter (10
8) and is supplied to the AND circuit 110. The phase difference detection circuit 106 detects the phase difference D between the signal Sfwc of the frequency fW output from the light receiving element 56c and the output signal SfB of the reference beat optical sensor (30), and converts the signal representing this phase difference into data. Output to bus line 102. Due to the expansion on the surface of the semiconductor integrated circuit, the light beam reaching the first measurement beat optical sensor (56) is adjusted to become a plane wave, thereby causing the objective lens (36) and the surface of the semiconductor integrated circuit (34) to The phase difference detected by the phase difference detection circuit (106) when the optical position is initially set to the optimum optical position is referred to as an initial phase difference Di.
第２計測ビート光センサ（６８）の出力信号Ｓｆｄは、
波形成形回路（１１２）によりパルス波形に成形された
後、上記アンド回路（１１０）へ供給される。アンド回
路（１１０）は、基準ビート光センサ（３０）の出力信
号ＳｆＢのパルス波形が例えば「０」であり且つ第２計
測ビート光センサ（６８）の出力信号Ｓｆｄのパルス波
形が例えば「１」であるときには、高周波信号発生器（
１１４）から出力される一定周波数のクロック信号をカ
ウンタ（１１６）へ通過させて、そこで計数させる。こ
のカウンタ（１１６）は、基準ビート光センサ（３０）
の出力信号ＳｆＢと第２計測ビート光センサ（６８）の
出力信号（Ｓｆｄ）との位相差に対応してクロック信号
を計数し、位相差２πに対応する値に満了すると、満了
信号を出力するとともに再び零から計数を開始する分周
カウンタである。二〇カウンタ（１１６）は２π以下の
位相差φを表す計数値を所定時間毎にラッチ回路（１１
８）に−時記憶させ、ラッチ回路（１１８）は必要に応
じて位相差を表す信号をデータバスライン（１０２）へ
出力する。またカウンタ（１２０）は、上記カウンタ（
１１６）の計数値が位相差２πに相当する値となったと
きに出力される満了信号を計数し、２π単位の位相差を
表す計数値Ｎを所定時間毎にラッチ回路（１２２）に−
時記憶させるとともに、ラッチ回路（１２２）は必要に
応じて計数値Ｎを表す信号をデータバスライン（１０２
）へ出力する。従って、上記ラッチ（１１８）及び（１
２２）の出力信号により、基準ビート光センサ（３０）
の出力信号ＳｆＢと第２計測ビート光センサ（６８）の
出力信号Ｓｆｐとの実際の位相差Φ（−２πＮ＋φ）が
検出されるようになっている。The output signal Sfd of the second measurement beat optical sensor (68) is
After being shaped into a pulse waveform by the waveform shaping circuit (112), it is supplied to the AND circuit (110). The AND circuit (110) detects that the pulse waveform of the output signal SfB of the reference beat optical sensor (30) is, for example, "0" and the pulse waveform of the output signal Sfd of the second measurement beat optical sensor (68) is, for example, "1". When , a high frequency signal generator (
114) is passed to a counter (116) and counted there. This counter (116) is a reference beat light sensor (30).
The clock signal is counted in accordance with the phase difference between the output signal SfB of the second measurement beat optical sensor (68) and the output signal (Sfd) of the second measurement beat optical sensor (68), and when the clock signal reaches a value corresponding to the phase difference 2π, an expiry signal is output. This is a frequency division counter that starts counting from zero again. A counter (116) outputs a count value representing a phase difference φ of 2π or less at a predetermined time interval to a latch circuit (116).
8), and the latch circuit (118) outputs a signal representing the phase difference to the data bus line (102) as necessary. Further, the counter (120) is the counter (
The expiration signal outputted when the count value of 116) becomes a value corresponding to a phase difference of 2π is counted, and the count value N representing the phase difference in units of 2π is sent to the latch circuit (122) at predetermined time intervals.
At the same time, the latch circuit (122) transmits a signal representing the count value N to the data bus line (102) as necessary.
). Therefore, the latches (118) and (1
22), the reference beat optical sensor (30)
The actual phase difference Φ (-2πN+φ) between the output signal SfB of the second measurement beat optical sensor (68) and the output signal Sfp of the second measurement beat optical sensor (68) is detected.
こうして第２のヘテロダイン光学系により得られた位相
の変化は、半導体集積回路上の特定の場所で通電による
発熱により生じた変位を正確に測定したものになってい
る。In this way, the phase change obtained by the second heterodyne optical system is an accurate measurement of the displacement caused by heat generation due to energization at a specific location on the semiconductor integrated circuit.
以上述べてきたヘテロダイン干渉光学系を熱変位測定用
の先プローブとして半導体集積回路に生じている熱膨張
量や熱変形について測定する方法について述べる。A method of measuring the amount of thermal expansion and thermal deformation occurring in a semiconductor integrated circuit using the heterodyne interference optical system described above as a tip probe for measuring thermal displacement will be described.
第５図に示すフローチャートに基づいて説明すると、最
初にＸ軸方向移動テーブル（８４）及びＹ軸方向移動テ
ーブル（８６）を移動させ、半導体集積回路上の測定す
べき位置を決定し、垂直方向移動ステージ（８２）を移
動させて、半導体集積回路表面（３４）が対物レンズ（
３６）の焦点位置（ＢＷ）へ位置するように粗動調整す
る。次に波形モニタ回路によって半導体集積回路からの
反射光が平面波となるように、ピエゾ駆動アクチュエー
タ（７０）を駆動する。半導体集積回路表面からの反射
光が平面波になれば、対物レンズの焦点面位置に半導体
集積回路が設置されたことになるので、この時に、第２
のヘテロダイン光学系で初期位相値を決める。To explain based on the flowchart shown in FIG. 5, first, the X-axis movement table (84) and the Y-axis movement table (86) are moved to determine the position to be measured on the semiconductor integrated circuit, and then The moving stage (82) is moved so that the semiconductor integrated circuit surface (34) is aligned with the objective lens (
36) Coarse movement adjustment is performed so that the focus position (BW) is located. Next, the piezo drive actuator (70) is driven by the waveform monitor circuit so that the reflected light from the semiconductor integrated circuit becomes a plane wave. If the reflected light from the surface of the semiconductor integrated circuit becomes a plane wave, it means that the semiconductor integrated circuit is placed at the focal plane position of the objective lens.
Determine the initial phase value using the heterodyne optical system.
次に半導体集積回路用駆動制御装置を動作させる。該半
導体集積回路用駆動制御装置は、測定用の半導体集積回
路に電源電圧を供給し、必要な信号を半導体集積回路に
送信したり、特定の信号を読み取ったりする作用をし、
これは、コンピュータから予め決められたプログラムで
行うことができる制御装置である。該装置を動作させる
と、試料用の半導体集積回路は、内部で発生する熱によ
り熱膨張が起こり、測定光の反射される位置が変化して
くる。そこで、この半導体集積回路の反射面からの反射
光を常に受光し、第１のヘテロダイン干渉系で常に一定
の平面波になるようにピエゾ駆動支持筒を移動させる。Next, the semiconductor integrated circuit drive control device is operated. The semiconductor integrated circuit drive control device functions to supply a power supply voltage to a semiconductor integrated circuit for measurement, transmit necessary signals to the semiconductor integrated circuit, and read specific signals,
This is a control device that can be controlled by a predetermined program from a computer. When the apparatus is operated, the sample semiconductor integrated circuit undergoes thermal expansion due to heat generated internally, and the position at which the measurement light is reflected changes. Therefore, the piezo drive support tube is moved so that the reflected light from the reflective surface of the semiconductor integrated circuit is always received and a constant plane wave is generated in the first heterodyne interference system.
こうした状態を常に維持するようにフィードバックをか
けて、第２のヘテロダイン干渉光学系によりピエゾ駆動
支持筒の動きを測定し、最終的に半導体集積回路上に生
ずる熱膨張量を測定することができる。測定は一定時間
ごとに第２のヘテロダイン光学系で検出される位相差を
高周波クロックで測定し、ＣＲＴ等の表示装置に表示す
ることで、半導体集積回路上に生じている熱膨脹による
変位の時間変化を測定することができる。Feedback is applied to maintain this state at all times, and the movement of the piezo drive support cylinder is measured by the second heterodyne interference optical system, thereby making it possible to finally measure the amount of thermal expansion occurring on the semiconductor integrated circuit. The measurement is performed by measuring the phase difference detected by the second heterodyne optical system at regular intervals using a high-frequency clock and displaying it on a display device such as a CRT, which shows the temporal change in displacement due to thermal expansion occurring on the semiconductor integrated circuit. can be measured.
この第１の測定法を用いると、半導体集積回路上の特定
の部位における熱膨脹による変位を瞬時に測定すること
ができるので、半導体集積回路上のある領域でＡＡ細線
の断線が生じていたりする場合には、その位置で観測さ
れる熱変位量が非常に小さいか或いはまったく観測され
ないなどの測定結果が得られる。従って、この第１の方
法は、半導体集積回路の故障解析に用いることができる
。Using this first measurement method, it is possible to instantly measure displacement due to thermal expansion at a specific location on a semiconductor integrated circuit, so if a break in the AA thin wire occurs in a certain area on the semiconductor integrated circuit, In some cases, a measurement result is obtained in which the amount of thermal displacement observed at that position is very small or not observed at all. Therefore, this first method can be used for failure analysis of semiconductor integrated circuits.
第２の実施例は、第１の実施例を応用し、半導体集積回
路前面に生じている熱膨脹による熱変形を測定し表示す
る方法である。The second embodiment is a method of measuring and displaying thermal deformation due to thermal expansion occurring on the front surface of a semiconductor integrated circuit by applying the first embodiment.
この方法では必要に応じて、半導体集積回路前面の凹凸
形状を通電以前に測定し、ＲＡＭ上に記憶しておく。以
下測定開始位置に半導体集積回路試料を位置させ、第１
の熱膨脹測定法により熱変位を測定し、測定データをＲ
ＡＭ上に記憶し、その後、半導体集積回路用駆動制御装
置を停止し、一定時間経過後、予めプログラムされた測
定位置へＸ軸テーブル、Ｙ軸テーブルを移動させて、次
の測定に入る。こうした方法を繰り返すことで、半導体
集積回路全体における熱膨脹による時間変化を測定する
ことができるので、全測定が終了後、任意の時間のＲＡ
Ｍ上に記憶したデータをＣＲＴ上に三次元的な情報を含
めて表示することで、半導体集積回路全体に発生してい
る熱膨脹により生じているそりや歪み等の変形量を測定
することができる。この第２の方法を用いることで、半
導体集積回路全体に発生している熱変形を測定できるの
で、半導体集積回路を接着しているパッケージにどれほ
どの応力が発生しているか等の情報が得られることにな
り、今後大型化し高集積化する半導体集積回路の熱によ
る変形等の影響を詳細に調べることが可能な測定法とい
える。In this method, if necessary, the uneven shape of the front surface of the semiconductor integrated circuit is measured before energization and is stored in the RAM. Next, position the semiconductor integrated circuit sample at the measurement start position, and
Thermal displacement was measured using the thermal expansion measurement method, and the measured data was
After that, the drive control device for the semiconductor integrated circuit is stopped, and after a certain period of time has elapsed, the X-axis table and Y-axis table are moved to pre-programmed measurement positions, and the next measurement begins. By repeating this method, it is possible to measure temporal changes due to thermal expansion in the entire semiconductor integrated circuit, so after all measurements are completed, RA at any time can be measured.
By displaying the data stored on M along with three-dimensional information on a CRT, it is possible to measure the amount of deformation such as warpage and distortion caused by thermal expansion occurring in the entire semiconductor integrated circuit. . By using this second method, it is possible to measure the thermal deformation occurring in the entire semiconductor integrated circuit, so information such as how much stress is occurring in the package to which the semiconductor integrated circuit is bonded can be obtained. Therefore, it can be said that this is a measurement method that allows detailed investigation of the effects of thermal deformation on semiconductor integrated circuits, which will become larger and more highly integrated in the future.
次に第２の実施例の変形例について述べる。まず、半導
体集積回路に通電する以前に、半導体集積回路の全面或
いは測定したい特定の領域の表面形状を測定し、ＲＡＭ
に記憶しておく。その後、半導体集積回路用駆動制御装
置から半導体集積回路に通電し、必要な信号を出力した
後、一定時間待つ。これは半導体集積回路が通電後熱的
に平衡状態に達して安定するまで待つ必要があるためで
ある。一定時間経過後、以前に測定した領域に関して表
面形状を測定し、測定したデータをＲＡＭ上に記憶する
と同時にＣＲＴ等の表示装置に三次元的に出力する。通
電以前の半導体集積回路の三次元像に通電後の三次元像
を色を変えて重ねて出力することで、半導体集積回路の
通電時の発熱により生じた熱膨脹による変形が発生して
いれば、その変形の様子が三次元像から読み取ることが
可能となる。こうした方法によって半導体集積回路上に
発生している熱膨脹が詳しく測定できるので、半導体集
積回路上に生じている変形量から、各部分に発生してい
る応力の分布を推定することが可能である。Next, a modification of the second embodiment will be described. First, before power is applied to the semiconductor integrated circuit, the surface shape of the entire surface of the semiconductor integrated circuit or a specific area to be measured is measured, and the RAM
Remember it. Thereafter, the semiconductor integrated circuit drive control device supplies power to the semiconductor integrated circuit, outputs necessary signals, and then waits for a certain period of time. This is because it is necessary to wait until the semiconductor integrated circuit reaches a thermal equilibrium state and becomes stable after being energized. After a certain period of time has elapsed, the surface shape of the previously measured area is measured, and the measured data is stored on the RAM and simultaneously output three-dimensionally to a display device such as a CRT. By outputting a 3D image of a semiconductor integrated circuit before energization and a 3D image after energization with different colors, it is possible to detect deformation due to thermal expansion caused by heat generation when the semiconductor integrated circuit is energized. It becomes possible to read the state of the deformation from the three-dimensional image. Since the thermal expansion occurring on the semiconductor integrated circuit can be measured in detail by such a method, it is possible to estimate the distribution of stress occurring in each part from the amount of deformation occurring on the semiconductor integrated circuit.
また本実施例の別の応用例として、半導体集積回路の特
定の部分に電気信号を送り、その部分の熱膨脹による熱
変位量の時間変化の違いから、細線パターンに存在して
いる接合面での欠陥不良等の場所を発見したり、断線が
生じている場所を発見したり、測定場所における接合点
の電気的な寿命の長短を推定したりするのに用いること
も可能である。In addition, as another application example of this embodiment, an electric signal is sent to a specific part of a semiconductor integrated circuit, and the difference in the amount of thermal displacement over time due to thermal expansion of that part is used to detect the difference in the amount of thermal displacement at the bonding surface that exists in the thin line pattern. It can also be used to discover the location of defects, discover the location of disconnections, and estimate the electrical lifespan of the junction at the measurement location.
［発明の効果］
以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、被測定用の半導体集積回路上に測定光を集光し、該表
面からの反射光をヘテロダイン干渉光学系に入射させ、
測定光の波面をモニターし、常に一定の波面状態になる
ように、対物レンズと半導体集積回路表面の相互間隔を
変化させることにより、半導体集積回路上に生ずる変位
を測定する半導体集積回路用駆動制御装置により、測定
用の半導体集積回路に電源電圧及び各種信号を入力する
ことで、半導体集積回路上に熱が発生する現象を利用し
て、半導体集積回路に生じている熱膨脹による熱変位を
非接触でかつ高速に測定できる効果がある。[Effects of the Invention] As is clear from the detailed description above, according to the present invention, measurement light is focused on a semiconductor integrated circuit to be measured, and reflected light from the surface is transmitted to a heterodyne interference optical system. incident,
Drive control for semiconductor integrated circuits that monitors the wavefront of measurement light and measures the displacement that occurs on the semiconductor integrated circuit by changing the mutual distance between the objective lens and the surface of the semiconductor integrated circuit so that the wavefront remains constant. By inputting the power supply voltage and various signals to the semiconductor integrated circuit for measurement, the device uses the phenomenon of heat generation on the semiconductor integrated circuit to measure thermal displacement due to thermal expansion occurring in the semiconductor integrated circuit without contact. It has the effect of being able to perform measurements at high speed.
第１図から第６図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第１図はブロックダイアグラムを示す図、第
２図はヘテロダイン干渉光学系の構成図、第３図はＸＹ
ｚ軸（三軸）移動テーブルの概略構成図、第４図は測定
制御回路を示すブロック図、第５図は多分割光センサの
概略構成図、第６図は位相差検出回路のブロック図、第
７図から第９図までは、多分割光センサからの出力信号
を説明する図、第１０図は第１の実施例のフローチャー
ト図、第１１図は第２の実施例のフローチャート図であ
る。1 to 6 show embodiments embodying the present invention. FIG. 1 is a block diagram, FIG. 2 is a configuration diagram of a heterodyne interference optical system, and FIG. 3 is an XY
A schematic configuration diagram of the z-axis (three-axis) moving table, FIG. 4 is a block diagram showing the measurement control circuit, FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the multi-division optical sensor, and FIG. 6 is a block diagram of the phase difference detection circuit. 7 to 9 are diagrams explaining output signals from the multi-division optical sensor, FIG. 10 is a flowchart of the first embodiment, and FIG. 11 is a flowchart of the second embodiment. .
Claims (1)
電気的接触手段と、 同半導体集積回路を電気的に動作させ、上記電気的接触
手段を通して信号電流を制御する駆動制御手段と、 上記電流により生ずる半導体集積回路上の熱膨脹による
変位を測定するヘテロダイン測定手段と、を備えている
ことを特徴とする半導体集積回路の熱膨脹量測定装置。[Scope of Claims] 1. Electrical contact means for passing a signal current to each current-carrying line of a semiconductor integrated circuit, and electrically operating the semiconductor integrated circuit to control the signal current through the electrical contact means. An apparatus for measuring thermal expansion of a semiconductor integrated circuit, comprising: drive control means; and heterodyne measurement means for measuring displacement due to thermal expansion on the semiconductor integrated circuit caused by the above-mentioned current.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP749490A JP2847843B2 (en) | 1990-01-17 | 1990-01-17 | Thermal expansion measuring device for semiconductor integrated circuit |
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| JP749490A JP2847843B2 (en) | 1990-01-17 | 1990-01-17 | Thermal expansion measuring device for semiconductor integrated circuit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03211449A true JPH03211449A (en) | 1991-09-17 |
| JP2847843B2 JP2847843B2 (en) | 1999-01-20 |
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| JP (1) | JP2847843B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0815238A (en) * | 1994-07-05 | 1996-01-19 | Nec Corp | Ic package evaluation system |
| US7025499B2 (en) * | 2000-10-24 | 2006-04-11 | Robert Bosch Gmbh | Device for testing a material that changes shape when an electric and/or magnetic field is applied |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3507362B2 (en) | 1999-06-29 | 2004-03-15 | 財団法人神奈川科学技術アカデミー | Photothermal conversion spectroscopy method and apparatus |
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1990
- 1990-01-17 JP JP749490A patent/JP2847843B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH0815238A (en) * | 1994-07-05 | 1996-01-19 | Nec Corp | Ic package evaluation system |
| US7025499B2 (en) * | 2000-10-24 | 2006-04-11 | Robert Bosch Gmbh | Device for testing a material that changes shape when an electric and/or magnetic field is applied |
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| JP2847843B2 (en) | 1999-01-20 |
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