(57)【要約】      （修正有）【課題】テスト対象デバイスの光学プロービングにおいて、テスト対象デバイスの欠陥デバイスの検出、位置特定及び分類が可能な装置及び方法を提供する。【解決手段】静的又は動的であるテストシグナル、つまり、任意の能動デバイスを変化させるテストシグナルをテスト対象デバイス（ＤＵＴ）が受信時、ＤＵＴの選択領域が撮像される。ＤＵＴからの光は収集され、透過型回折グレーティングを通過し、そしてセンサによって撮像されて電気信号に変換される。取得された画像はグレーティングの０次回折及び１次回折を含み、グレーティングが光路の外側にある時、撮像される発光部分と０次回折とが位置を合わせられるように、グレーティングが構成される。【選択図】図２
2015203700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズと光センサとを備えるエミッション顕微鏡で集積回路のプロービングをする方法において、
集積回路の選択領域から放出された光を収集し、前記光センサを使用して発光画像を生成する段階と、
前記発光画像において、少なくとも１つの発光スポットを特定する段階と、
前記対物レンズと前記光センサとの間の光路に透過型グレーティングを挿入し、前記透過型グレーティングを、０次回折及び１次回折を前記光センサに投影して前記０次回折が前記発光スポットと位置を合わせられるように構成する段階と、
前記０次回折及び前記１次回折の画像をモニターに表示する段階とを含む、方法。
【請求項２】
前記１次回折画像の各スペクトルの形状を前記スペクトルの軸に沿って観察する段階と、前記各スペクトルを潜在的な欠陥のうちの少なくとも１つに対応するように分類する段階とをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記１次回折画像を分析する段階と、前記０次回折の前記スポットが欠陥であるか否かを決定する段階とをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記透過型グレーティングは、８００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長で透過するブレーズドグレーティングを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記１次回折画像の各スペクトルの軸に沿ってラインスキャンをおこなう段階と、前記各ラインスキャンに対してプロファイルのプロットを生成する段階とをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ラインスキャンが単調である場合に、欠陥を連続的に導通するトランジスタとして分類し、前記ラインスキャンがより長い波長に偏る場合に、欠陥を飽和状態のトランジスタとして分類する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ラインスキャンがより短い波長に偏る場合に、欠陥を順方向バイアスのダイオードとして分類する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記集積回路にテストシグナルを印加することをさらに含み、
前記集積回路の選択領域から光を収集することは前記集積回路の選択領域からの光子放出を収集することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記透過型グレーティングを、前記１次回折より高次数の回折が前記光センサの視野の外側に投射されるように構成する段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
集積回路チップの電子デバイスをプロービングするためのシステムであり、
前記チップを支持するステージと、
前記チップからの光を収集するように構成された対物レンズ組立体と、
光センサと、
前記対物レンズ組立体と前記光センサとの間の光路に挿入可能であり、収集された光を前記対物レンズ組立体から受信して回折された光を前記光センサに供給し、さらに前記光路に挿入されたときに０次回折及び１次回折を前記光センサに投射するように構成された透過型回折グレーティングと、
前記光センサによって検出された光に対応する画像を表示するためのディスプレイとを含み、
前記透過型グレーティングが前記光路に挿入されない場合に、前記０次回折は前記光センサで撮像される発光スポットに位置を合わせられる、システム。
【請求項１１】
前記対物レンズ組立体と前記透過型グレーティングとの間で、前記対物レンズ組立体によって規定される画像平面に配置される調節可能な絞りをさらに含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記透過型グレーティングと前記光センサとの間に配置されるリレーレンズをさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記透過型グレーティングを回転させるように構成された回転機構をさらに含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記光センサは赤外線カメラを含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記透過型グレーティングの前記１次回折によって生成されたスペクトル上でラインスキャンをおこなうように構成されたコントローラをさらに含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１６】
前記対物レンズ組立体は固浸レンズと対物レンズとを含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１７】
集積回路チップの電子デバイスをプロービングするためのシステムであり、
前記チップを支持するステージと、
前記チップからの光を収集するように構成された対物レンズ組立体と、
光センサと、
前記対物レンズ組立体と前記光センサとの間の光路に配置され、収集された光を前記対物レンズ組立体から受信して０次回折及び１次回折の光を前記光センサに供給し、より高次数の回折光を前記光センサの視野の外側に投射するように構成された透過型ブレーズドグレーティングと、
前記光センサによって検出された光に対応する画像を表示するためのディスプレイとを含む、システム。
【請求項１８】
前記対物レンズ組立体と前記透過型ブレーズドグレーティングとの間で、前記対物レンズ組立体によって規定される画像平面に配置される調節可能な絞りをさらに含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記透過型ブレーズドグレーティングと前記光センサとの間に配置されるリレーレンズをさらに含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記透過型ブレーズドグレーティングは８００ｎｍ〜１６００ｎｍの波長で透過するように構成される、請求項１７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１４年４月１０日に出願された米国仮出願第６１／９７８，１７３号に関し、またそれに基づく優先権を主張し、その開示の全体が参照文献として本願明細書に組み込まれる。
【０００２】
［技術分野］
本発明は、テスト対象デバイス（ＤＵＴ）からの光子放出の発光スペクトル分析をおこなうための装置及び方法に関する。本発明は、ＤＵＴの機能不良の素子を検出し、位置を特定し、そして分類することに関する。
【背景技術】
【０００３】
プロービングシステムは、当該技術分野において、集積回路（ＩＣ）設計及びレイアウトのテストやデバッグに用いられてきた。ＩＣのプロービングのための発光やレーザを利用した様々なシステムが先行技術において既知である。本明細書には先行技術の一部の記載が提供されているものの、特許文献１〜８も閲読することが読者に推奨され、またそれらの全体が参照文献として本願明細書に組み込まれる。さらなる関連情報は、非特許文献１〜１２において見受けられ、それらの全体が参照文献として本願明細書に組み込まれる。また非特許文献１３においても見受けられる。
【０００４】
既知であるように、例えば自動試験及び評価（ＡＴＥ）テスタとしても知られる自動試験装置などの商業上利用可能であるテストプラットフォームは、ＩＣのデバッグ及びテストの際に、ＩＣのテスト対象デバイス（ＤＵＴ）に適用されるテストパターン（テストベクトルとしても言及される）を生成するために使用される。また、種々のシステム及び方法がテストベクトルに対するＤＵＴの応答をテストするために用いられ得る。そのような一方法は一般にエミッション顕微鏡法として言及される。エミッション顕微鏡法は集積回路内で発生された光子放出を収集する。また、エミッション顕微鏡法は、ＤＵＴに印加される信号が静的であるときに光子が放出されるスタティックエミッション顕微鏡法と、ＤＵＴに印加される信号がＤＵＴ内のデバイスを能動化させる、つまりスイッチングさせるときのダイナミックエミッション顕微鏡法とを含む。故に、エミッション顕微鏡法では実際のテスト時に照射は使用されない。
【０００５】
また、その他の方法では、例えばレーザボルテージプロービング（ＬＶＰ）などのテストに照射が用いられる。ＬＶＰなどのレーザを利用したシステムがプロービングに用いられる場合、ＤＵＴはレーザによって照射され、ＤＵＴから反射した光がプロービングシステムにより収集される。レーザビームがＤＵＴに当たるとき、レーザビームは、ＤＵＴの種々の素子（スイッチングトランジスタ）の、テストベクトルに対する応答によって変化する。これは自由キャリア密度の電気的変化と、屈折率の結果的な摂動と、最も一般にはシリコンであるＩＣ材料の吸収率とに起因している。従って、反射光の解析によってＤＵＴにおける様々なデバイスの動作に関する情報が提供される。
【０００６】
エミッション顕微鏡法のシステムは、レーザを利用したシステムの構成要素の大部分を用いる。これは、エミッション顕微鏡においても、レーザ照射などの照射がナビゲーションとＤＵＴの撮像とに使用されるからである。よって、レーザを利用した顕微鏡について、その記載の多くの箇所がエミッションシステムにおいて同様に適用可能であるという理解のもと、以下に簡単に記載される。
【０００７】
図１は、先行技術による、光プロービングシステム構造１００の主要な構成要素を示す一般的な概略図である。図１では、破線矢印は光路を示し、実線矢印は電気信号路を示す。曲線によって表される光路は、通常、光ファイバケーブルを用いて構成される。プロービングシステム１００は、特にこの例ではデュアルレーザ源であるレーザ源ＤＬＳ１１０、光学ベンチ１１２、並びにデータ取得及び解析装置１１４を含む。光学ベンチ１１２はＤＵＴ１６０を設置するための設備を含む。
【０００８】
従来のＡＴＥテスタ１４０は、刺激信号を供給し、ＤＵＴ１６０へそしてＤＵＴ１６０から応答信号１４２を受信し、また、トリガ及びクロック信号１４４をタイムベースボード１５５へと供給し得る。通常、テスタからの信号はテストボード、ＤＵＴボード（アダプタープレート）、及びこれらの部品すべてを接続する種々の配線及びインターフェイスを介してＤＵＴに伝送される。ＡＴＥと光プロービングシステムとは、一般に、関連をもたない様々な会社によって製造され販売される。このように、本発明のシステムの実施形態に記載される論及は光プロービングシステムのみに関し、ＡＴＥには関しない。つまり、ＡＴＥは光プロービングシステム１００の一部ではない。
【０００９】
光プロービングシステム１００に戻ると、タイムベースボード１５５は信号の取得をＤＵＴ刺激及びレーザパルスと同期させる。ワークステーション１７０は、信号取得ボード１５０、タイムベースボード１５５、及び光学ベンチ１１２からのデータを制御、並びに受信、処理、そして表示する。
【００１０】
ここで、プロービングシステム１００の様々な構成要素はより詳細に記載される。一部のＤＵＴテストにおいて時間分解能は重要度が高いことから、図１の実施形態では先行技術のパルス状のレーザが用いられ、そのレーザパルス幅はシステムの時間分解能を決定する。デュアルレーザ源１１０は、１０〜３５ｐｓ幅のパルスを発生するために用いられるパルスモード同期レーザ源ＭＬＬ１０４と、外部でゲートをかけて約１μｓ幅のパルスを発生することができる連続波レーザ源ＣＷＬ１０６との、２つのレーザからなる。ＭＬＬ１０４のソースは固定周波数、典型として１００ＭＨｚで動作し、タイムベースボード１５５の位相同期ループ（ＰＬＬ）とＡＴＥテスタによって供給されるトリガ及びクロック信号１４４とを介して、ＤＵＴに供給される刺激１４２と同期される必要がある。ＤＬＳ１１０の出力は、光ファイバケーブル１１５を用いて光学ベンチ１１２に伝送される。そして、光ビームは、ＤＵＴ１６０の選択部分を照射するように光ビームを方向づけるビーム光学系１２５によって操作される。
【００１１】
ビーム光学系１２５はレーザ走査型顕微鏡（ＬＳＭ１３０）及びビーム操作光学系（ＢＥＡＭ  ＭＡＮＩＰＵＬＡＴＩＯＮ  ＯＰＴＩＣＳ）（ＢＭＯ１３５）からなる。対物レンズなど、このような光学系設定において従来から用いられる特定の素子は表示されていない。一般に、ＢＭＯ１３５は、要求される形状、焦点、偏光などにビームを操作するのに必要である光学素子からなり、ＬＳＭ１３０はＤＵＴの特定の領域でビームをスキャンさせるために必要とされる素子からなる。ＬＳＭ１３０は、ビームをスキャンさせることに加えて、ＬＳＭ及び対物レンズの視野内のどこにでもレーザビームを方向づけ、「とどめる」ためのベクトルポイントモードを有する。Ｘ−Ｙ−Ｚステージ１２０は静止しているＤＵＴ１６０に関してビーム光学系１２５を動作させる。ＤＵＴ１６０の任意の対象点は、ステージ１２０とＬＳＭ１３０のベクトルポイントモードとを用いて、照射されプロービングされ得る。発光モードでは、ビーム光学系は、例えばＬＳＭの「とどめる」モードを用いて、ＤＵＴの選択領域から放出された光子を収集する。
【００１２】
ＤＵＴ１６０のプロービングにおいて、ＡＴＥ１４０は、タイムベースボード１５５の位相同期ループに供給されるトリガ及びクロック信号と同期して、刺激信号１４２をＤＵＴに送信する。位相同期ループは、ＭＬＬ１０４を制御してその出力パルスをＤＵＴへの刺激信号１４２に同期させるか、又はクロック信号を光子検出に同期させて時間分解された光子放出を提供する。ＭＬＬ１０４は、刺激されるＤＵＴの特定の対象デバイスを照射するレーザパルスを放射する。ＤＵＴからの反射光又は放出光はビーム光学系１２５によって収集され、光ファイバケーブル１３４を介して光検出装置１３８に伝送される。放出ビーム又は反射ビームは、刺激信号に対するデバイスの応答次第で、（例えば強度などの）特性を変化させる。
【００１３】
付随的に、入射レーザパワーをモニターし、またレーザパワーの変動を補償する目的で、例えば光学ベンチ１１２は、ＭＬＬ１０４入射パルスの一部分を、光ファイバケーブル１３２を介して光検出装置１３６に転換する手段を提供する。
【００１４】
光センサ１３６、１３８の出力信号は、信号取得ボード１５０に送信され、そして信号取得ボード１５０は信号をコントローラ１７０に送信する。また、タイムベースボード１５５の位相同期ループの操作によって、コントローラ１７０は、ＤＵＴ１６０の刺激信号１４２に関してＭＬＬ１０４パルスの正確な時間位置を制御する。時間位置を変化させ、光センサ信号をモニターすることによって、コントローラ１７０は刺激信号１４２に対するＤＵＴの時間応答性を解析することができる。解析の時間分解能はＭＬＬ１０４パルスの幅に依存する。
【００１５】
また、連続波ＬＶＰをおこなうことも当該技術分野において知られており、連続波レーザはＤＵＴのデバイスを照射するために用いられ、連続的な反射光が収集される。連続的な反射光は、種々の刺激信号に対する能動状態のデバイスの応答、つまりスイッチングに関するタイミング情報を含む。反射光信号は、例えばアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などの光検出装置によって連続的に電気信号に変換され、増幅される。タイミング情報は、電気信号に含まれ、デバイス変化の検出を示し、その変化はオシロスコープを用いて時間領域か、或いはスペクトラムアナライザを用いて周波数領域で表示されることが可能である。
【００１６】
特にムーアの法則によるサイズの縮小の観点において、いくつかの問題がＤＵＴのプロービングを複雑にしている。中でも問題は機能不良のデバイスの検出である。つまり、サイズの縮小と動作電圧の低下とに伴い、光の放出が弱すぎるか、或いはバックグラウンドノイズと比較して光の変化が小さすぎるかの理由により、機能不良のデバイスを検出することがより困難になっている。また別の問題として欠陥デバイスの位置特定が挙げられる。ＤＵＴの特定の領域に欠陥デバイスが含まれることが突き止められても、デバイスの集積化により、欠陥デバイスの場所又は欠陥デバイスがどれかを正確に知ることは困難である。さらなる問題は、欠陥解析を支援するための欠陥のタイプの特定である。例えば、欠陥のトランジスタは過負荷になるか、又は飽和し得る。これに関し、欠陥のうちの１つのタイプはトランジスタが過負荷状態のように導通し続ける場合である。これはいくつかの機構により起こり得り、そのような１つは低いゲート電圧である。本明細書において、この現象は「トライステート」として言及される。
【００１７】
このように、欠陥デバイスの検出、位置特定、及び分類を支援する当該技術分野における先進的な技術が必要とされる。これに関し、本技術分野において使用される一般的な用語はやや分かりにくいということが言及される。本技術において、テストされる集積回路（ＩＣ）チップはテスト対象デバイス（ＤＵＴ）として言及される。また当然ながらチップは、トランジスタ、ダイオードなどの数多く電子素子からなり、これらもデバイスとして言及される。本明細書において、混同を避ける必要がある際に、ＤＵＴはＩＣとして、電子素子はデバイスとして言及される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】米国特許第５２０８６４８号明細書
【特許文献２】米国特許第５２２０４０３号明細書
【特許文献３】米国特許第５９４０５４５号明細書
【特許文献４】米国特許第６９４３５７２号明細書
【特許文献５】米国特許第７０１２５３７号明細書
【特許文献６】米国特許第７０３８４４２号明細書
【特許文献７】米国特許第７２２４８２８号明細書
【特許文献８】米国特許第７３２３８６２号明細書
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】「レーザ電圧プローブ（Ｌａｓｅｒ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｐｒｏｂｅ（ＬＶＰ））：フリップチップパッケージマイクロプロセッサー用の高度の光学プロービング技術（Ａ  Ｎｏｖｅｌ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｂｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ｆｌｉｐ−Ｃｈｉｐ  Ｐａｃｋａｇｅｄ  Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ」、Ｙｅｅ，Ｗ．Ｍ．他、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｆｏｒ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｆａｉｌｕｒｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  （ＩＳＴＦＡ）、２０００年、ｐｐ．３〜８
【非特許文献２】「電気光学プロービングを用いたシリコン裏面からの波長取得（Ｗａｖｅｆｏｒｍ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  ｔｈｅ  Ｂａｃｋｓｉｄｅ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｐｒｏｂｉｎｇ）」、Ｂｒｕｃｅ，Ｍ．他、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｆｏｒ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｆａｉｌｕｒｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  （ＩＳＴＦＡ）、１９９９年、ｐｐ．１９−２５
【非特許文献３】「光学波形プロービング−非フリップチップデバイス及びその他のアプリケーション用の戦略（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｗａｖｅｆｏｒｍ  Ｐｒｏｂｉｎｇ−  Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ  ｆｏｒ  Ｎｏｎ−Ｆｌｉｐｃｈｉｐ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ｏｔｈｅｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」、Ｋｏｌａｃｈｉｎａ，Ｓ．他、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｆｏｒ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｆａｉｌｕｒｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  （ＩＳＴＦＡ）、２００１年、ｐｐ．５１−５７
【非特許文献４】「シリコンにおける電気光学効果（Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｉｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）」、Ｓｏｒｅｆ，Ｒ．Ａ．、及びＢ．Ｒ．Ｂｅｎｎｅｔｔ、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、１９８７年、ＱＥ−２３（１）、ｐｐ．１２３〜９
【非特許文献５】「ＣＭＯＳ集積回路のレーザビーム裏側プロービング（Ｌａｓｅｒ  Ｂｅａｍ  Ｂａｃｋｓｉｄｅ  Ｐｒｏｂｉｎｇ  ｏｆ  ＣＭＯＳ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）」、Ｋａｓａｐｉ，Ｓ．他、Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ、１９９９年、３９：ｐ．９５７
【非特許文献６】「光学位相シフト検出を用いた集積回路波形プロービング（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｗａｖｅｆｏｒｍ  Ｐｒｏｂｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）」、Ｗｉｌｓｈｅｒ  Ｋ．他、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｆｏｒ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｆａｉｌｕｒｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  （ＩＳＴＦＡ）、２０００年、ｐｐ．４７９−８５
【非特許文献７】「フリップチップ搭載型シリコン集積回路における内部電気信号のピコ秒非浸襲性光学検出（Ｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄ  Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｓｉｇｎａｌｓ  ｉｎ  Ｆｌｉｐ−Ｃｈｉｐ−Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）」、Ｈｅｉｎｒｉｃｈ  Ｈ．Ｋ．、ＩＢＭ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ａｎｄ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ、１９９０年、３４（２／３）：ｐｐ．１６２〜７２
【非特許文献８】「集積シリコンデバイス用の非浸襲性シート電荷密度プローブ（Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ  ｓｈｅｅｔ  ｃｈａｒｇｅ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｐｒｏｂｅ  ｆｏｒ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｄｅｖｉｃｅｓ）」、Ｈｅｉｎｒｉｃｈ，Ｈ．Ｋ．、Ｄ．Ｍ．Ｂｌｏｏｍ、及びＢ．Ｒ．Ｈｅｍｅｎｗａｙ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、１９８６年、４８（１６）：ｐｐ．１０６６〜１０６８
【非特許文献９】「集積シリコンデバイス用の非浸襲性シート電荷密度プローブに対する誤り（Ｅｒｒａｔｕｍ  ｔｏ  Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ  ｓｈｅｅｔ  ｃｈａｒｇｅ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｐｒｏｂｅ  ｆｏｒ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｄｅｖｉｃｅｓ）」、Ｈｅｉｎｒｉｃｈ，Ｈ．Ｋ．、Ｄ．Ｍ．Ｂｌｏｏｍ、及びＢ．Ｒ．Ｈｅｍｅｎｗａｙ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、１９８６年、４８（２６）：ｐ．１８１１
【非特許文献１０】「非浸襲性光学プローブを用いたシリコンバイポーラ接合トランジスタにおけるリアルタイムデジタル信号の測定（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌｓ  ｉｎ  ａ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｒｏｂｅ）」、Ｈｅｉｎｒｉｃｈ，Ｈ．Ｋ．他、ＩＥＥＥ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、１９８６年、２２（１２）：ｐｐ．６５０−６５２
【非特許文献１１】「マルチモードレーザダイオードプローブを用いた、シリコン集積回路における電荷変調の光学検出（Ｏｐｔｉｃａｌ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ  ｌａｓｅｒ−ｄｉｏｄｅ  ｐｒｏｂｅ）」、Ｈｅｍｅｎｗａｙ、Ｂ．Ｒ．他、ＩＥＥＥ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、１９８７年、８（８）：ｐｐ．３４４−３４６
【非特許文献１２】「シリコンバイポーラ接合トランジスタにおけるギガヘルツ電荷密度変調の光学サンプリング（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ  ｏｆ  ＧＨｚ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ）」、Ａ．Ｂｌａｃｋ、Ｃ．Ｃｏｕｒｖｉｌｌｅ、Ｇ．Ｓｃｈｕｌｔｈｅｉｓ、Ｈ．Ｈｅｉｎｒｉｃｈ、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、１９８７年、Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．１５，ｐｐ．７８３−７８４
【非特許文献１３】「１２０ｎｍ及び６５ｎｍ技術の特大及び最小サイズデバイスにおけるレーザボルテージプロービングとマッピング結果との比較（Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  Ｌａｓｅｒ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｐｒｏｂｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｐｐｉｎｇ  Ｒｅｓｕｌｔｓ  ｉｎ  Ｏｖｅｒｓｉｚｅｄ  ａｎｄ  Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｓｉｚｅ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ｏｆ  １２０ｎｍ  ａｎｄ  ６５ｎｍ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」、Ｋｉｎｄｅｒｅｉｔ  Ｕ、Ｂｏｉｔ  Ｃ、Ｋｅｒｓｔ  Ｕ、Ｋａｓａｐｉ  Ｓ、Ｉｓｐａｓｏｉｕ  Ｒ、Ｎｇ  Ｒ、Ｌｏ  Ｗ、Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ  ４８  （２００８年）、１３２２−１３２６、１９ｔｈ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ、Ｆａｉｌｕｒｅ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ａｎｄ  Ａｎａｌｙｓｉｓ（ＥＳＲＥＦ  ２００８年）
【発明の概要】
【００２０】
本発明の概要は、本発明の一部の態様及び特徴に対して基本的な理解をするために含まれる。この発明の概要は、本発明の広範な概要ではなく、また本発明のキーになる若しくは重要な要素を具体的に特定すること、又は本発明の範囲を示すこと、を意図するものではない。その唯一の目的は、以下に示されるより詳細な説明の前置きとして、本発明のいくつかのコンセプトを単純化した形態で示すことである。
【００２１】
本発明の種々の実施形態において、ＩＣにおける欠陥デバイスの検出のための装置及び方法が提供される。また、本発明の種々の実施形態は、ＩＣにおける欠陥デバイスの位置特定のための装置及び方法を提供する。さらに、本発明の種々の実施形態は、ＩＣにおける欠陥デバイスの分類のための装置及び方法を提供する。
【００２２】
本開示の実施形態のコンセプトは、発光画像自体に位置を合わせ、発光画像自体を妨害せずに、テスタの光路にグレーティングを挿入することを可能にするための、透過型グレーティングの使用にある。発光は、透過型グレーティングの適切な選択、例えば適切な透過型ブレーズドグレーティングなどによってグレーティングなしで撮像されることが可能であり、その後グレーティングは、発光の視野を遮ることなく、発光スポットの位置合わせを保持しながら光路に挿入されることが可能である。これはひとつには、０次回折が集積された発光、１次回折が発光スポットの回折であるように透過型グレーティングを選択することによって達成される。適切なブレーズドグレーティングを選択するとき、１次回折で最大効果を得て、より高次数ではパワーを最小化するように最適化される。ブレーズドグレーティングは、８００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長で透過する材料で作製され、ブレーズドグレーティングのブレーズ角度は、８００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長に対して１次回折で最大パワーを有するように構成される。しかしながら、ブレーズドグレーティングは、使用されるセンサ次第で、代わりに８００ｎｍ〜１６００ｎｍの波長に対して１次回折で最大パワーを有するように構成される。
【００２３】
変形の実施形態では、透過型グレーティングは、ＩＣにおける欠陥デバイスを検出、位置特定、及び分類するための回転可能なグレーティングとして作製される。グレーティングは検出された光をその周波数成分へと分割するために用いられ、欠陥の検出及び分類を支援する。本願の発明者らは、グレーティングの様々な回転方向を用いてＩＣを撮像することによって有益な情報を取得できることを発見した。この有効性は欠陥の検出、位置特定、及び分類の支援に用いられる。本明細書に記載される技術及び実施形態は、特にスタティック及びダイナミックの両方のエミッション顕微鏡法において有用であるので、以下の記載の大部分ではエミッション顕微鏡法について言及される。
【００２４】
原則的に、標準的な発光システムでは収集された光は円形状に現れる。だが、光の収集経路に回折素子を挿入することで、発光スペクトルは、回折量によって、通常は直線的形態で撮像され現れる。透過型回折グレーティングを用いて、０次回折は発光スポットの画像と位置を合わせて投射され、１次回折は発光スポットの側方に投射される。ゆえにユーザは１次回折に対応するスポットを特定することが可能である。これらの画像を用いて、ユーザは１次回折の画像を分析し、０次回折のスポットが故障であるかどうかを決定できる。回転可能な透過型グレーティングを使用するとき、回折素子の回転次第で、スペクトルの方向は異なって現れ得る、つまり、スペクトルの軸は異なる角度に方向づけられる。さらに、スペクトルの形状は、欠陥のタイプ次第で、例えば直線的な筋、「彗星の尾」、「涙滴」などとして、それ自体異なって見える。これらすべての事象により、欠陥デバイスの検出、位置特定、及び分類の支援が可能である。また、発光が筋状に現れるとき、筋の軸に沿った周波数分布によって、欠陥デバイスの検出、位置特定、及び分類の支援が可能である。
【００２５】
ＤＵＴのプロービングのための装置及び方法が開示される。本システムによって、光プロービング、並びに／又は、ＤＵＴ内の欠陥のあるデバイスの撮像及びマッピングが可能になる。ＤＵＴが、特定のデバイスに光を放出させる静的又は動的テスト信号を受けているときに、ＤＵＴの選択領域がプロービングされる。このコンセプトは静的発光と同様に動的発光でも有効である。つまり、能動デバイスは、光を放出するために必ずしもスイッチングされることを必要とするわけではない。ＤＵＴから放出又は反射される光は収集され、光センサによって電気信号に変換される。光センサの出力はサンプリングされ分析される。透過型グレーティングは、本明細書で開示される技術を用いて、０次回折が元の発光画像と位置を合わせてセンサに投射されるように光路に挿入される。１次回折は、０次回折に隣接した筋としてセンサに投影されるように構成される。また、透過型グレーティングは、１次回折より高次数ではセンサの視野の外側に投射され、センサに撮像されないように構成される。そして、画像には、０次回折と１次回折との投射で１対１の対応が存在するように０次回折と１次回折とが撮像され、どの１次回折がどの発光点に相当するかの特定が容易になる。これは、光路に配置されたグレーティングの様々な回転方向で反復されてもよい。代替的に、データ収集及び分析は、グレーティングの最適な回転方向が得られたときにおこなわれてもよい。また、分析において、スペクトルの応答はグレーティングの様々な回転方向で比較されてもよい。
【００２６】
集積回路の選択領域から放出された光を収集することと、光センサを使用して発光画像を生成することと、発光画像の発光スポットを特定することと、対物レンズと光センサとの間の光路に透過型グレーティングを挿入することと、０次回折が発光スポットと位置を合わせて光センサに０次回折と１次回折とを投影するように透過素子を構成することと、０次回折と１次回折とをモニターに表示することとを含む方法が開示される。該方法では、モニターに表示された回折スペクトルの画像の形状から集積回路の欠陥デバイスの分類がおこなわれてもよい。該方法は、回折スペクトルの主要な軸のプロファイルスキャンをおこなうことと、モニター上の結果的なスペクトルプロファイルをプロットすることと、スペクトルプロファイルの形状によって欠陥のタイプを分類することとをさらに含む。また、該方法は、すべて回折スペクトルの主要な軸に垂直の方向で複数のプロファイルスキャンをおこなうことと、結果のプロファイルのプロットを比較してホットスポットを検出することとをさらに含む。上述の方法では、回折素子は透過型グレーティングであってよく、該方法は、光センサの画像平面に０次回折と１次回折の両方を同時に投射するように透過型グレーティングを構成することを含む。該方法は、画像内の複数のスペクトルを分離するために回折素子を回転することをさらに含んでもよい。また、該方法は、中間結像面に調節可能な絞りを挿入することと、調節可能な絞りの開口を調節して所望の視野に光の収集を限定することとをさらに含んでもよい。
【００２７】
集積回路チップのデバイスの光プロービングのための方法が開示され、対物レンズ組立体を用いてチップの選択領域から光を収集することと、透過型グレーティングの０次回折が対物レンズ組立体によって投影された画像と位置を合わせられ、１次回折より大きい回折次数がセンサの視野外に投影されるように、光を透過型回折素子に通過させて光センサへと伝えることと、光センサの出力から画像を生成することと、画像の０次回折を分析して欠陥デバイスによる対応する０次回折スポットを検出することとを含み、該画像は対物レンズ組立体の視野の発光部分の０次回折及び１次回折を含む。
【００２８】
また、集積回路（ＩＣ）の電子デバイスをプロービングするためのシステムが開示され、ＩＣを支持するためのステージと、ＩＣからの光を収集するように構成された対物レンズ組立体と、光センサと、対物レンズ組立体及び光センサの間の光路に挿入されることが可能であるように構成され、対物レンズ組立体から収集された光を受信して回折された光をセンサに供給するように構成され、さらに、光路に挿入されたときに０次回折及び１次回折を光センサに投射するように構成された透過型回折グレーティングと、光センサによって検出された光に対応する画像を表示するためのディスプレイとを含み、透過型グレーティングが光路に挿入されない場合に、０次回折は光センサに撮像される発光スポットに位置を合わせられる。
【００２９】
本発明のその他の態様及び特徴は、本明細書に記述される種々の実施形態の記載により明らかになり、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の範囲及び意思の内に含まれる。
【００３０】
本明細書に包含され、その一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を例示し、詳細な説明と共に本発明の原理を説明し描出する役割を担う。図面は、図によって例示の実施形態の主な特徴を示すことが意図されている。また、図面では、実際の実施形態のすべての特徴や、描かれる要素の相対的なサイズが提示されることは意図されていない。そして、図面は正確な縮尺率ではない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、先行技術によるレーザを利用した電圧プローブシステム構造の主要な構成要素を示す一般的な概略図である。
【図２】図２Ａは、光路の外側の挿入可能なグレーティングを伴う、本発明の実施形態におけるビーム操作光学系の主な構成要素を示すダイアグラムであり、図２Ｂは、光路に挿入されたグレーティングを伴う実施形態を示す。
【図３】図３Ａは、標準的な光学系を用いて発光点から取得された発光を示す概略図であり、図３Ｂは、光路に挿入された透過型グレーティングの追加により取得された回折画像を示す。
【図４】図４は、本発明の別の実施形態による光路４００における素子の概略図である。
【図５】図５は、本発明のさらに別の実施形態による光路５００における素子の概略図である。
【図６】図６は、本発明のさらに別の実施形態による光路６００における素子の概略図である。
【図７】図７は、３つのスペクトルの軸に沿った任意のラインスキャンのプロットを示す。
【図８】図８は、左側に、導体線路の発光画像（０次回折）の輪郭を示し、右側に回折素子で取得されたスペクトルマッピングの輪郭を示す。
【図９】図９は、図８で示されるスペクトルマッピングの主要な軸に垂直である線に沿ったプロファイルプロットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明は、図面において例示される特定の実施形態に関して本明細書に記載される。しかしながら、図面に示される種々の実施形態は例示のみであり、添付の特許請求の範囲において規定される発明を限定しないということが理解される必要がある。
【００３３】
本発明の様々な実施形態において、ＤＵＴの選択領域内の能動状態のトランジスタをプロービングするための非侵襲、非接触の装置及び方法が提供される。記載の方法論では、欠陥デバイスを検出する能力、又は、工程か設計かの少なくとも一方のエラーによるショートなどの周囲の問題のために不適切な状態にある動作中のトランジスタを検出する能力を向上することで先行技術のシステムが拡大され、高密度の領域においても欠陥デバイスの位置を特定する能力が向上され、また、欠陥解析を補助するための欠陥の分類の方法が提供される。事実、本発明の実施形態によって熱の放出を特定することも可能になる。例えば、導体線路抵抗の放出、つまり、トランジスタ又はデバイスではなく、熱を放出する単なる抵抗金属線を特定することができる。この場合の曲線又はスペクトルプロファイルは、飽和状態のＮＭＯＳよりもさらにより指数関数的である。本システムの適用を例示する種々の実施形態は以下に記載される。
【００３４】
図２Ａは、ＤＵＴ２６０をプロービングするための任意の先行技術の光学システムにおいて適用され得る、本発明の実施形態による光路２００における素子の概略図である。静的又は動的発光プローバは本実施形態により特に恩恵がある。対物レンズ２２２はＤＵＴ２６０から放出又は反射された光を収集する。光は、センサ２２４によって撮像される光を調整する種々の光学素子を通過してもよい。本実施形態のセンサはＩｎＧａＡｓカメラである。その他のカメラ、例えば短波赤外線（ＳＷＩＲ）カメラ、ＨｇＣｄＴｅカメラなどが用いられてもよい。その他の光学素子は当該技術分野で既知であるように示されておらず、システム間で異なり得る。図３Ａに示されるように、本実施例では、３つの発光部分３０２、３０４、及び３０６が対物レンズ２２２の視野に表示されている。図３Ａで例示されるように、特定の部分の欠陥次第で各部分の強度は異なり得る。この画像は、先行技術で既知である方法で、標準的な光子放出テストおよびデバッグに使用されてもよい。
【００３５】
さらに図２Ａの実施形態において、挿入可能な透過型グレーティング２２６は、双方向矢印で示されるようにセンサ２２４の直前で光路に挿入されるか又は光路から取り除かれ得る。図２Ａに示される位置は、グレーティングが光路に挿入されていない場合であり、グレーティングが光路の外部にある場合に図３Ａに示される対応する画像が取得される。図２Ｂでは、透過型グレーティング２２６が光路に挿入されている状態が示されている。光学系によって収集された光は、透過型グレーティング２２６を通過し、透過型グレーティング２２６によって回折される。これは図３Ｂに示される。図２Ｂ及び図３Ｂで示されるように、グレーティングは、その挿入可能である位置においてグレーティングが光路の外部にある場合に、０次回折は取得される発光部分と位置を合わせられるように構成される。また、グレーティングは、その挿入可能である位置において１次回折がセンサ２２４に投射されるが、より高次数の回折は、センサ２２４の視野外に投射されるのでセンサに不可視であるように構成される。
【００３６】
一実施形態において、透過型グレーティングは、８００〜１６００ｎｍの波長で透過する材料で作製された透過型ブレーズドグレーティングである。また、一実施形態では、ブレーズドグレーティングのブレーズ角度は、８００ｎｍ〜１６００ｎｍの波長に対して１次回折で最大パワーを有するように構成される。光路に挿入されるときのグレーティングの位置及びセンサからの距離は、０次回折と１次回折がセンサの視野内にあるが、より高次数ではセンサの視野外にあるように構成される。
【００３７】
プローバの光路に回折素子を用いることが以前にも提示されたことは特に言及される必要がある。例えばＲｕｓｕらは、グレーティングを用いて生成されたスペクトルの波長軸を較正することで、対象の２点間のＤＣ電圧差を相関させることができることを提示した（Ｂａｃｋｓｉｄｅ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｐｒｏｂｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｓｔａｔｉｃ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｄｒｏｐ  ａｎｄ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｔｉｍｉｎｇ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ、Ｓ．Ｒｕｓｕ他、ＩＥＥＥ  ＩＳＳＣＣ  ２００１、Ｓｅｓｓｉｏｎ１７、ＴＤ：３Ｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  １７．５、ｐｐ．２７６、２７７、４５４）。同様に、Ｓｃｈｏｌｚらは、回折素子としてプリズムを用いた（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ（Ｐｈｏｔｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）  ｏｆ  ＧａＮ  ＨＥＭＴｓ、ｐ．Ｓｃｈｏｌｚ他、ＩＥＥＥ−ＩＲＰＳ  ２０１３、ｐｐ．ＣＤ３．１−ＣＤ３．７）。しかしながら、０次回折及び１次回折の両方を取得し、１次回折を発光部分と位置合わせさせるために透過型回折グレーティングを備えるというアイデアをどちらも提示してはいない。また、欠陥デバイスの検出、位置特定、及び分類を可能にするために回折素子を用いることをどちらも開示も提示もしてはいない。実際に、Ｓｃｈｏｌｚは、１次回折を提供せず、１次回折を発光部分と位置合わせさせるのに用いることのできないプリズムを用いた。また、Ｓｃｈｏｌｚは、１つを超える発光デバイスが視野内にある場合のスペクトルの重なりの問題について言及している。この問題を解決するため、Ｓｃｈｏｌｚは、単独の発光点のみが一度にテストされる必要があること、その他のすべての発光部分は、倍率、プリズムの分散能、及び発光部分のスペクトル特性の関数として提供される「許容される距離」よりも近接しないこと、を言及している。これに対し、本願の発明者らは、透過型グレーティングを用いて、光路に挿入されたときに０次回折と１次回折がセンサによって撮像され、０次回折は発光部分と位置合わせされるようにグレーティングを構成することが可能であるということを発見した。また、本願の発明者らは、回転可能である透過型グレーティングを用いて複数の発光スペクトルを分離し、回転の特性を用いて欠陥デバイスのより向上した検出、位置特定、及び分類をおこなうことができるということも発見した。
【００３８】
図３Ｂは、光路に挿入された透過型グレーティングを用いて、図３Ａに示される発光部分から取得された０次回折及び１次回折画像を示す概略図である。この実施形態では、透過型グレーティングは、０次回折及び１次回折の両方がセンサ２２４の視野に同時に可視化されるように調節される。つまり、図３Ｂの画像では、同一の画像に発光部分（０次回折）と発光部分のスペクトル（１次回折）とが示される。各スペクトルの長軸（１次回折）は、点線で示されるように発光部分（０次回折）を通過する。図３Ｂにおいて、３０２’、３０４’、及び３０６’は、対応する発光部分３０２、３０４、及び３０６の０次回折画像である。図２Ｂの実施形態において、透過型クレーティングは、光路に挿入されたときに０次回折の像３０２’、３０４’、及び３０６’が発光部分３０２、３０４、及び３０６の像と位置を合わせられるように構成される。
【００３９】
図３Ａ及び図３Ｂの特定の実施例では、０次回折の像３０２’、３０４’、及び３０６’はそれぞれ順方向バイアスのダイオード、飽和状態のＮＭＯＳ、及びのトライステートのＮＭＯＳによる。図のサイズは取得された実際の円状の発光画像に合致する。最大効果になるように方向づけられた、つまり４５度で回転されたグレーティングによって、それぞれ順方向バイアスのダイオード、飽和状態のＮＭＯＳ、及びのトライステートのＮＭＯＳのスペクトルである像３１２、３１４、及び３１６は、明確な分離と異なる特性とを示す。また、本実施形態では、グレーティングによって、発光部分に近接するより短い波長と、発光部分から離れたより長い波長とがもたらされる。こうして、スペクトル画像の形状の検証又は各スペクトルの長軸若しくは短軸に沿ったラインスキャンによって欠陥の分類の支援が可能である。
【００４０】
一実施形態によると、画像はスクリーンモニターに投影され、スペクトル画像の形状は欠陥のタイプを特定するために用いられ得る。図示されるように、トライステートのＮＭＯＳは筋にすら見えるような平坦なスペクトルを示す。また、飽和状態のＮＭＯＳは、彗星、つまり尾部が発光部分に向かって方向づけられているように見える。「しみ」のような、又は「涙滴」形状（頭部が発光部分に向かっている）のダイオードのスペクトルは、２つのＮＭＯＳスペクトルから容易に識別される。このように、適切に方向づけられた、回転可能なグレーティングで取得されたスペクトルを用いて、様々な欠陥デバイスが検出、位置特定、及び分類されることが可能である。
【００４１】
図３Ｂにおいて、グレーティングは、スペクトルの明確な分離が可能になるように最適な方向が得られるまで回転され、画像が撮像される。図３Ｂでは、約４５度の回転によってスペクトルの明確な分離がもたらされる。だが、グレーティングが回転可能ではない場合、ダイオード及び飽和状態のＮＭＯＳによるスペクトルは重なり合うので、これらのデバイスのスペクトルは分離できない。グレーティングの好ましい回転方向は、視野における欠陥デバイスの実際の方向次第であるということが特に言及される。例えば、図３Ｂの場合には、９０度の回転により２つのＮＭＯＳのスペクトルは重なり得る。故に、視野内の欠陥デバイスの方向および密度次第で、各画像用に異なる回転角度に方向づけられたグレーティングでいくつかの画像を撮像する必要があり得る。また、対象のクラスタはその他のクラスタからの分離又は縮小された視野を必要とし得る。これは、図４で示される実施形態を用いて可能である。
【００４２】
回転グレーティングの副次的有用性として、回転しない場合よりも多くの画像をしばしば撮像可能にするということがある。回転しないグレーティングを備える図３Ｂの画像に示されるように、スペクトル３１４の画像はセンサ域の外に投射される。これは、水平面にスペクトル３１４の画像を投影している曲線の点線矢印によって表される、図３Ｂに図示される投影図によって示される。こうして、グレーティングの回転によって、複数の発光スポットのスペクトルが分離されるだけでなく、１次回折をセンサの対角線に投射することでより多くの画像が撮像されることが可能である。
【００４３】
図４は、ＤＵＴ４６０をプロービングするための任意の先行技術の光学システムにおいて適用され得る、本発明の別の実施形態による光路４００における素子の概略図である。対物レンズ４２２はＤＵＴ４６０から放出又は反射された光を収集する。光は、センサ４２４によって撮像される光を調整する種々の光学素子を通過してもよい。これらの素子は当該技術分野で既知であるように示されておらず、システム間で異なり得る。ここで、図４の実施形態では、対物レンズ４２２によって規定される中間結像面に調節可能な絞りが配置される。絞り４２１の開口サイズは制御可能であり、光学システム４００の視野を限定するのに用いられる。絞り４２１はサイズと位置について調節されることが可能である。挿入可能な透過型グレーティング４２６は絞り４２１の後ろに挿入される。透過型グレーティングは、双方向矢印で表されるように、光路に挿入されるか又は光路から取り除かれることが可能である。また、本実施形態において、透過型グレーティングは曲線矢印で表されるように回転可能である。透過型グレーティング４２６が光路に挿入される場合、グレーティング４２６からの光は、センサ４２４（最終画像面）に焦点を合わせるリレーレンズ４２３を通過する。本実施形態においても、透過型グレーティング４２６は回折素子として用いられ、０次回折と１次回折とが、センサ４２４によって同時に撮像されて視野内で可視化されるように配置される。衝突する光の画像はグレーティングの回転方向次第で変化する。また、可動する絞り４２１は、複数のデバイスからの光の分離を補助し、欠陥デバイスのよりよい位置特定を可能にする。絞りのサイズは、１つ（以上）の発光体の光を通過させるように調節され、その位置は、Ｘ及びＹ方向において移動するので、光学系の視野における他の発光体の光を遮って、特定の発光体に配置されることが可能である。
【００４４】
また、図４において、対物レンズ組立体の一部を形成する固浸レンズ（ＳＩＬ）４２７も示される。ＳＩＬは本開示の実施形態のいずれに使用されてもよい。
【００４５】
図５は、ＤＵＴ５６０をプロービングするための任意の先行技術の光学システムにおいて適用され得る、本発明のさらに別の実施形態による光路５００における素子の概略図である。ＳＩＬ５２７を伴う対物レンズ５２２はＤＵＴ５６０から放出又は反射される光を収集する。光は、センサ５２４によって撮像される光を調整する種々の光学素子を通過してもよい。これらの素子は当該技術分野で既知であるように示されておらず、システム間で異なり得る。ここで、図５の実施形態では、調節可能な絞り５２１が対物レンズ５２２によって規定される画像平面に配置される。絞り５２１の開口サイズは制御可能であり、光学システム５００の視野を限定するのに用いられる。回転可能な反射グレーティング５２６は、絞り５２１の後ろ、反射ミラー５２８によって作られる光路に挿入される。ミラー５２８はコリメートミラーであってよい。グレーティング５２６から反射される光は、センサ５２４に焦点を合わせるリレーレンズ５２３を通過する。衝突する光の画像は反射グレーティング５２６の回転方向次第で変化する。
【００４６】
本明細書におけるレンズの記載は、レンズとして、つまり、伝送及び反射の素子として作用する任意の光学素子を含むということが理解される必要がある。同様に、本明細書における回折素子の記載は、光を周波数成分に回折させる任意の素子を含む。ゆえに、例えば、透過型グレーティング、反射型グレーティング、プリズム、音響光学チューナブルフィルタや液晶チューナブルフィルタなどのチューナブルフィルタ、などを含む。透過型グレーティングやブレーズドグレーティングの使用について、比較的薄型であるため現在の発光のシステムの光路に容易に挿入され得るという点で有利であることが示されている。さらに、０次回折及び１次回折画像の両方を画像平面に同時に投射して、発光部分と対応するスペクトルとがその画像において表されることが可能である。このように、欠陥デバイスの位置を正確に特定し、また対応するスペクトルの形状から、欠陥タイプを特定し分類することができる。
【００４７】
図６は、ＤＵＴ６６０をプロービングするための任意の先行技術の光学システムにおいて適用され得る、本発明のさらに別の実施形態による光路６００における素子の概略図である。対物レンズ６２２はＤＵＴ６６０から放出又は反射される光を収集する。光は、センサ６２４によって撮像される光を調整する種々の光学素子を通過してもよい。これらの素子は当該技術分野で既知であるように示されておらず、システム間で異なり得る。先術の実施形態の回転可能なグレーティングはチューナブルフィルタ６２９に置き換えられる。チューナブルフィルタ６２９からの光はセンサ６２４に伝えられる。衝突する光の画像はチューナブルフィルタ６２９のチューニング次第で変化する。異なるチューニングにおける画像は欠陥を分類するのに役に立つが、欠陥の位置特定には、回転グレーティングの実施形態ほどの効果はない。
【００４８】
図７は、３つのスペクトルの軸に沿った任意のラインスキャンのプロットを示す。破線で表されるプロットは、例えばトライステートのＮＭＯＳなどから取得されるような発光に対応する、至って単調なスペクトルを示す。また、四角で表されるプロットはより短い波長に偏っているスペクトルを示し、このようなスペクトルは順方向バイアスのダイオードをより表している。ひし形で表されるプロットはより長い波長で多くが示されているスペクトルを示し、飽和状態のＮＭＯＳをより表している。事実、本発明の実施形態によって熱の放出を検出することも可能である。例えば、導体線路抵抗の放出、つまり、トランジスタ又はデバイスではなく、熱を放出する単なる抵抗金属線を特定することができる。この場合の曲線又はスペクトルプロファイルは、飽和状態のＮＭＯＳよりもさらにより指数関数的である。このように、各スペクトルの軸に沿ったラインスキャンは、欠陥を分類するために使用されることが可能である。これは、取得された各スペクトルにラインスキャンを実行するためのプログラミングコンピュータ１７０によってなされ得る。つまり、スペクトルの画像の形状を観察し、スペクトルの軸に沿ってラインスキャンをおこなうことによって、ユーザは欠陥の分類をすることが可能になる。また、本開示の発明は、発光部分のスペクトルを取得することと、スペクトルの軸に沿ってラインスキャンをおこなうこととを含む。そしてラインスキャンは強度対周波数のプロットを生成するために用いられ、プロット結果の形状は発光部分の欠陥タイプを特定するために使用される。また、特定はプロット結果とプロットのライブラリとを比較することによっておこなわれてもよい。
【００４９】
上述で言及されるように、開示の実施形態は、電線または線路抵抗などの単純な欠陥を特定するために用いられ、導体の健全性を示してもよい。図８は、左側に導体線路の発光画像（０次回折）の輪郭を示し、右側に回折素子で取得されたスペクトルマッピングの輪郭を示す。標準的な発光画像は至って均質に現れるが、スペクトル画像は線路の導体特性において不均質性を示す。つまり、より高抵抗の領域はより低抵抗の領域よりも温度が高く現れる。これは、図９に示されるように、画像における種々の点の小さい軸の方向へのラインスキャンによってスペクトルプロファイルをプロットすることによって、検証されることが可能であり、プロット３はプロット１よりも温度が高く表れ、プロット３が取得された点でより高い線路抵抗が存在するということが示される。
【００５０】
本発明は特定の実施形態に関して記述されているが、これらの実施形態に限定されない。特に、当業者によって、添付の特許請求の範囲により規定される本発明の範囲及び意思からはずれることなく様々な変形及び改変形が適用されてもよい。さらに、上述のすべての先行技術文献はその言及によって本明細書に組み込まれる。
【図１】
2015203700.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2015203700.tif 000011
【外国語明細書】
2015203700000001.pdf
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2015203700000003.pdf
2015203700000004.pdf