Brevet FR2844056A1 — publié le 20040305

i La présente invention concerne une installation d'analyse d'un circuit intégré par mesure du courant induit par excitation optique, du type comportant des moyens d'excitation optique du circuit pour la création d'un courant induit ou d'une variation d'un courant de fonctionnement dans le circuit et 5 des moyens d'analyse du courant induit ou de la variation du courant de fonctionnement résultant de l'excitation optique. Lors de l'excitation d'un matériau semi-conducteur d'un circuit intégré par un flux de photons, notamment fournis par un faisceau laser, une partie de l'énergie apportée par le flux de photons se transforme en un photo10 courant. Ce photo-courant est connu en anglais sous l'acronyme "OBIC" pour "Optical Beam Induced Current" ou "OBIRCH" pour "Optical Beam Induced Resistance Change". La mesure du photo-courant résultant de l'excitation du circuit en un point permet de procéder à une analyse du circuit, et notamment de déter15 miner le chemin suivi par ce courant. La source laser utilisée pour produire le photo-courant était par le passé une source laser continue. Actuellement, les sources utilisées sont des sources pulsées. Pour la détermination des photos-courants, il est connu de relier les 20 bornes du circuit intégré à des appareils de mesure permettant de recueillir le photo-courant sortant du circuit. Toutefois, dans bien des cas, le photo-courant engendré par le faisceau laser ne ressort pas du circuit, mais se reboucle à l'intérieur du circuit proprement dit. Le photo-courant n'est alors pas détecté. Il est également connu de mesurer le photo-courant induit par utilisation d'un magnétomètre à dispositif d'interférence quantique supraconducteur désigné couramment par l'acronyme "SQUID" ou "laser-SQUID" pour "Laser Superconducting QuantUm Interference Device". Un tel dispositif est décrit par exemple à la partie E de l'article de James E. LENZ, intitulé "A 30 review of magnetic sensors" paru dans "Proceedings of the IEEE", volume 78, n 6, June 1990. Les magnétomètres SQUID sont d'une très grande sensibilité et permettent ainsi de mesurer les courants se rebouclant à l'intérieur du circuit. Toutefois, les magnétomètres SQUID sont d'une utilisation mal aisée puisqu'ils sont très encombrants du fait de la nécessité de refroidir le matériau supraconducteur à une très basse température de l'ordre de 77 K. Cet encombrement est déformable puisqu'il est nécessaire, pour leur fonction5 nement, qu'ils soient à moins de 1 mm du circuit. En outre, les magnétomètres SQUID ne permettent que la mesure de courants continus ou ayant une très basse fréquence. Ainsi, les photoscourants se rebouclant très rapidement au sein du circuit avec une fréquence supérieure à 1 MHz ne sont pas détectés par un magnétomètre 10 SQUID. Or, lors de la création d'un photo-courant dans un matériau semiconducteur, deux phases successives se succèdent et il est intéressant de pouvoir observer ces deux phases. La première phase comprise entre l'instant initial d'excitation et 100 15 nanosecondes voit la création d'un pic de courant, les électrons du matériau semi-conducteur et les trous se recombinant. Dans la seconde phase se déroulant pour des instants suivant l'instant d'initiation de l'excitation de plus de 100 nanosecondes, les électrons se déplacent dans le matériau semi-conducteur, notamment en direction de la 20 masse. Dans la pratique, I'analyse des deux phases successives est intéressante pour déterminer une image du circuit et l'utilisation d'un magnétomètre SQUID ne permet pas l'analyse des deux phases mais seulement de la seconde qui correspond à la partie à évolution lente, quasiment continue, du 25 courant. L'invention a pour but de proposer une installation d'analyse d'un circuit intégré permettant de résoudre les inconvénients résultant d'un magnétomètre SQUID et notamment les problèmes d'encombrement, de proximité par rapport au circuit et de vitesse de fonctionnement. A cet effet, I'invention a pour objet une installation d'analyse d'un circuit intégré par mesure du courant induit par excitation optique, du type précité, caractérisée en ce que lesdits moyens d'analyse comportent au moins une antenne sensible à au moins l'un du champ électrique et du champ ma- gnétique créés par le courant induit ou la variation du courant de fonctionnement résultant de l'excitation optique et une unité de traitement du signal reliée à ladite antenne et propre à fournir une information caractéristique du circuit en fonction du signal capté par l'antenne. Suivant des modes particuliers de réalisation, l'installation comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - les moyens d'excitation optique comportent une source laser; - ladite source laser est adaptée pour produire un faisceau laser pulsé à une fréquence supérieure à 1 MHz; - ladite source laser est adaptée pour produire un faisceau laser pulsé dont la durée des impulsions est comprise entre 10 et 1000 femtosecondes; - ladite source laser est adaptée pour produire un faisceau laser dont la longueur d'onde est comprise dans l'infrarouge ou dans le domaine visible; - ladite antenne est adaptée pour être sensible seulement au champ magnétique; - ladite antenne comporte une boucle conductrice de l'électricité; - ladite antenne est adaptée pour être sensible seulement au champ électrique; - ladite antenne comporte un segment rectiligne conducteur de l'électricité; - ladite antenne est adaptée pour être sensible à la fois au champ électrique et au champ magnétique; - ladite antenne comporte un solénode dont les spires sont réparties 25 suivant la longueur d'un cylindre; - les moyens d'analyse comportent une unique antenne dont la direction privilégiée de réception est disposée sensiblement suivant l'axe du faisceau laser; - les moyens d'analyse comportent au moins deux antennes dont les 30 directions privilégiées de réception sont décalées angulairement; et - elle comporte des moyens de synchronisation de l'unité de traitement du signal avec les moyens d'excitation optique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins, sur lesquels: La figure 1 est une vue schématique d'une installation d'analyse selon lI'invention; La figure 2 est une vue schématique de l'antenne de mesure de l'installation de la figure 1; La figure 3 est une vue schématique d'une variante de réalisation d'une installation selon l'invention; et Les figures 4 et 5 sont des vues schématiques de deux autres types d'antenne pouvant être utilisés dans une installation selon l'invention. L'installation 10 représentée sur la figure 1 est adaptée pour l'analyse d'un circuit intégré C. Le circuit intégré C peut être installé ou non sur un circuit imprimé. L'installation 10 comporte une platine motorisée 12 de support du circuit C à analyser. La platine motorisée 12 est, comme connu en soi, équipée de moyens de déplacement de la platine suivant trois directions de l'espace perpendiculaires les unes aux autres. La motorisation est assurée par 20 exemple par des moteurs piézoélectriques. En particulier, la platine est déplaçable suivant un axe d'excitation principal X-X s'étendant perpendiculairement à la surface principale de la platine, c'est-à-dire sensiblement perpendiculairement à la surface principale du circuit C. La platine est en outre motorisée pour un déplacement dans le 25 plan de sa surface principale afin d'assurer un balayage de la surface du circuit par le faisceau d'excitation. L'installation 10 comporte des moyens 12 d'excitation optique du circuit C et des moyens 16 d'analyse du photo-courant (OBIC) produit par l'excitation optique. En variante, ces moyens d'analyse 16 assurent une analyse de la variation du courant de fonctionnement du circuit (OBIRCH). Les moyens 14 d'excitation optique du circuit comportent une source laser 20 reliée à une unité de commande 22. La source laser est adaptée pour fournir un faisceau laser ayant une très petite longueur d'onde, celle-ci étant comprise notamment dans l'infrarouge (de 800 nm à 1400 nm). Cette longueur d'onde est par exemple égale à 1300 nanomètres ou 1064 nanomètres pour pouvoir traverser le silicium par la face arrière des circuits imprimés. En variante, la longueur d'onde du laser est dans le domaine visible (de 400 à 800 nm). L'unité de commande 22 est adaptée pour assurer la production, depuis la source laser 20, d'impulsions laser de très brève durée, leur durée 10 étant comprise entre 10 et 1000 fs (femtosecondes) et étant avantageusement de l'ordre de 100 fs. De préférence, le laser est pulsé très rapidement avec une fréquence de pulsation supérieure à 1 MHz, permettant ainsi d'exciter un circuit en fonctionnement. Un objectif 24 de focalisation du laser est disposé entre la source laser 20 et le circuit C, suivant l'axe d'excitation X-X. Les moyens 16 d'analyse du photo-courant comportent une antenne disposée en regard du circuit C suivant l'axe d'excitation X-X. Cette antenne est adaptée pour recueillir un signal électromagnétique représentatif 20 du seul champ magnétique H. La structure de l'antenne 30 est représentée en détail sur la figure 2. Cette antenne définit une boucle 32 permettant la circulation d'un courant induit. Cette boucle 32 est généralement circulaire et est disposée de sorte que son axe concide avec l'axe X-X d'excitation optique. La distance sépa25 rant l'antenne 30 du circuit C est comprise entre 1 et 5 cm. Dans le mode de réalisation envisagé, la boucle 30 est formée à partir d'un câble coaxial ayant une impédance de 50 Ohms. Le câble coaxial présente une âme conductrice 34 entourée d'une gaine conductrice 36, l'âme et la gaine étant séparées l'une de l'autre par un isolant tubulaire. Le câble coaxial 32 définit un tronçon de liaison rectiligne 38 à une extrémité duquel est définie une spire unique 40 formée par enroulement du câble coaxial suivant la circonférence d'un cercle ayant un diamètre de l'ordre de 6 cm. Un espace circulaire libre est formé au centre de la spire pour le passage du faisceau laser. A l'extrémité libre du tronçon recourbé du câble coaxial constituant la spire, l'âme 34 et la gaine 36 sont toutes deux reliées électriquement à la gaine 36 dans la région de liaison entre le tronçon rectiligne 38 et la spire 40. En outre, et dans la partie médiane de la spire, disposée de manière diamétralement opposée par rapport au point de liaison de l'âme 34 de la gaine 36, la gaine 36 présente une discontinuité électrique 42. Le tronçon rectiligne 38 présente, à son extrémité libre, deux bornes de connexion 44A, 44B, l'une reliée à l'âme 34 du câble coaxial et l'autre à la 10 gaine 36 de ce câble. Une boucle conductrice de l'électricité est ainsi définie entre les deux bornes 44A, 44B. Dans l'installation 10 de la figure 1, ces bornes 44A, 44B sont reliées à l'entrée des moyens 16 d'analyse du photo-courant. Ces derniers comportent en entrée un pré-amplificateur 50 adapté pour pré-amplifier la tension 15 recueillie aux bornes de l'antenne 30. Les moyens 16 de mesure du courant comportent en outre un détecteur synchrone 52, relié en sortie du préamplificateur 50. Ce détecteur synchrone 52 est en outre relié à la source laser 20 afin d'assurer une synchronisation des signaux reçus de l'antenne avec les impulsions laser émises par la source 20. Les moyens 16 d'analyse comportent enfin une unité de cartographie 54 adaptée pour produire une image du circuit à partir du signal reçu de l'analyseur synchrone en amplitude et en phase et la position connue du laser sur le circuit. Cette unité de cartographie 54 comporte des moyens 55 de pilotage 25 de la platine motorisée 12 afin que le circuit soit balayé progressivement par le faisceau laser. Cette unité de cartographie comprend en outre avantageusement un stimulateur 56 pour appliquer des séquences de tests aux bornes du circuit C. L'unité de cartographie est adaptée pour, à partir des informations re30 çues du détecteur synchrone pour les différents points d'analyse, produire une image du circuit. Pour l'analyse du circuit, une séquence de tests est appliquée en chacun des points prédéfinis du circuit. Lors d'une séquence de tests, le la- ser est pulsé à une fréquence, par exemple égale à 80 MHz. Cette fréquence peut également être égale à seulement 4 MHz. De préférence, la fréquence de pulsation du laser est un multiple entier de la fréquence de fonctionnement du circuit intégré en étant décalée en 5 phase. Cette fréquence de pulsation est par exemple égale à 4 fois la fréquence de fonctionnement du circuit. Le faisceau laser est dirigé par l'objectif 24 vers la face d'étude du circuit, cette face pouvant être la face avant ou la face arrière. Le faisceau laser produit, au point d'impact dans le circuit, un photo10 courant qui engendre lui-même, lors de sa création et lors de son déplacement dans le circuit, un champ magnétique H. Le champ H est détecté par l'antenne 30 en forme de boucle. Le détecteur synchrone 52 détermine l'amplitude et la phase de ce champ magnétique H et transmet ces informations à l'unité de cartographie 54. Grâce à la conception de l'antenne 30, le champ électrique E n'est pas pris en compte par l'antenne 30, du fait de la symétrie de celle-ci. La sensibilité d'une antenne en boucle 30 étant très élevée, cette sensibilité allant typiquement jusqu'à 300 MHz, les variations du photocourant produit au point d'impact du faisceau laser peuvent être déterminées 20 avec précision. En outre, I'antenne étant peu encombrante, I'installation d'analyse peut être utilisée facilement avec n'importe quel type de circuit, y compris un circuit implanté sur une carte électronique. En variante, I'antenne 30 en forme de boucle est disposée de l'autre côté du circuit C par rapport à la source laser 20. Sur la figure 3 est représentée une variante de réalisation de l'installation d'analyse selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, les éléments identiques ou analogues à ceux du premier mode de réalisation sont désignés par les mêmes numéros de référence. Cette installation reprend tous les éléments de l'installation de 30 la figure 1 et comporte en outre deux antennes boucles supplémentaires 60, 62 disposées dans l'espace. Ces antennes sont identiques à l'antenne 30. Les trois antennes 30, 60, 62 sont disposées de sorte que leurs directions de réception privilégiée, à savoir l'axe de la spire, s'étendent suivant des directions deux à deux perpendiculaires. Ces directions sont par exemple les directions de déplacement du circuit par la platine 12. Chaque antenne supplémentaire 60, 62 est reliée à l'unité de carto5 graphie 54 au travers d'un pré-amplificateur 64, 66 et d'un détecteur synchrone 68, 70. Les détecteurs synchrones sont reliés à la source 20 pour leur synchronisation. Avec une telle installation, le champ magnétique H produit par le courant induit peut être défini suivant chacune de ses trois composantes 10 dans un repère orthonormé. Ainsi, une image tridimensionnelle du circuit peut être établie par l'unité de cartographie 54. Sur les figures 4 et 5 sont représentées deux variantes de réalisation d'antennes pouvant être utilisées. L'antenne illustrée sur la figure 4 est une antenne barreau adaptée 15 pour déterminer le champ électrique E produit par le photo-courant, sans mesure du champ magnétique H. Cette antenne est formée à partir d'un câble coaxial 80 rectiligne ayant une impédance de 50 Ohms. Il présente une âme 82 et une gaine conductrice 84 séparées par un isolant. A une extrémité, le câble coaxial 20 comporte deux bornes de connexion 86, 88 reliées respectivement à l'âme et à la gaine. A son autre extrémité, l'âme 82 se prolonge axialement hors de la gaine suivant un tronçon 90 o l'âme 86 est mise à nu. Ce tronçon 90 a une longueur par exemple égale à 6 mm. L'installation utilisant une telle sonde est identique à celle illustrée sur 25 les figures I ou 3. Dans ce cas, l'antenne 30 ou les antennes 30, 60, 62 sont remplacées par des antennes 80, qui permettent de déterminer l'évolution du champ électrique E suivant une ou trois directions de l'espace, l'unité de cartographie 54 établissant une image du circuit à partir du champ électrique E résultant du photo-courant produit par l'excitation du circuit à partir du faisceau laser pulsé. Sur la figure 5 est représentée encore une autre antenne 100. Celle-ci permet de déterminer à la fois le champ magnétique H et le champ électrique E. Cette antenne est constituée d'un solénode formé de spires succes5 sives 102 agencées coaxialement autour d'un axe pour définir généralement un cylindre. Ces spires sont non jointives. Les deux bornes du solénode sont reliées à un pré-amplificateur. Une telle antenne permet de déterminer à la fois le champ magnétique H et le champ électrique E suivant une des trois directions de l'espace. Avantageusement, afin de déterminer les champs électrique E et magnétique H suivant les trois directions, trois antennes telles qu'illustrées sur la figure 5 sont agencées autour du circuit. En variante, le ou chaque détecteur synchrone de l'installation est remplacé par un analyseur de spectre. 15 REVENDICATIONS 1.- Installation (10) d'analyse d'un circuit intégré (C) par mesure du courant induit ou de la variation d'un courant de fonctionnement résultant de l'excitation optique comportant: - des moyens (14) d'excitation optique du circuit (C) pour la création d'un courant induit ou d'une variation d'un courant de fonctionnement dans le circuit (C); - des moyens (16) d'analyse du courant induit ou de la variation du courant de fonctionnement résultant de l'excitation optique; caractérisée en ce que lesdits moyens (16) d'analyse comportent au moins une antenne (30, 60, 62; 80) sensible à au moins l'un du champ électrique (E) et du champ magnétique (H) créés par le courant induit ou la variation du courant de fonctionnement résultant de l'excitation optique et une unité (50, 52, 54) de traitement du signal reliée à ladite antenne (30, 60, 62; 80) 15 et propre à fournir une information caractéristique du circuit en fonction du signal capté par l'antenne. 2.- Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'excitation optique (14) comportent une source laser (20). 3.- Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite 20 source laser (20) est adaptée pour produire un faisceau laser pulsé à une fréquence supérieure à 1 MHz. 4.- Installation selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que ladite source laser (20) est adaptée pour produire un faisceau laser pulsé dont la durée des impulsions est comprise entre 10 et 1000 femtosecondes. 25 5.- Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que ladite source laser (20) est adaptée pour produire un faisceau laser dont la longueur d'onde est comprise dans l'infrarouge ou dans le domaine visible. 6.- Installation selon l'une quelconque des revendications précéden30 tes, caractérisée en ce que ladite antenne (30) est adaptée pour être sensible seulement au champ magnétique (H). 7.- Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que ladite antenne (30) comporte une boucle (40) conductrice de l'électricité. 8.- Installation selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisée en ce que ladite antenne (80) est adaptée pour être sensible seu5 lement au champ électrique (E). 9.- Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que ladite antenne (80) comporte un segment rectiligne (90) conducteur de l'électricité. 10.- Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ladite antenne (100) est adaptée pour être sensible à la 10 fois au champ électrique (E) et au champ magnétique (B). 11.- Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que ladite antenne (100) comporte un solénode dont les spires (102) sont réparties suivant la longueur d'un cylindre. 12.- Installation selon l'une quelconque des revendications précéden15 tes, caractérisée en ce que les moyens d'analyse comportent une unique antenne (30) dont la direction privilégiée de réception est disposée sensiblement suivant l'axe (X-X) du faisceau laser. 13.- Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que les moyens d'analyse comportent au moins deux 20 antennes (30, 60, 62) dont les directions privilégiées de réception sont décalées angulairement. 14.- Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de synchronisation de l'unité (12, 50, 52, 54) de traitement du signal avec les moyens (14) d'excita25 tion optique.