(57)【要約】複数の半導体デバイス(20)を基板(10)の第１面上に具えた集積回路（ＩＣ）を分析する方法を開示する。この方法は、複数の回折ゾーン(110)を具えた回折レンズ(100)を、基板(10)の前記第１面の反対側にある他の面の第１領域内に形成するステップと、この回折レンズ(100)を通して前記複数の半導体デバイス(20)の部分集合(30)に光学的にアクセスするさらなるステップとを具えている。前記回折レンズ(100)はサブミクロンのサイズで実現することができるということにより、レンズ(100)は、通常数ミクロンの深さである屈折レンズより安価に形成することができる。さらに、レンズ(100)は基板(10)から容易に研磨除去することができ、このことは基板(10)上へのレンズ(100)の反復的な再配置を促進し、従って、ＩＣ内部の故障を光学的に検出する機会を増加させる。
2008541042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体デバイスを基板の第１面上に具えた集積回路を分析する方法において、
複数の同心の回折ゾーンを具えた回折レンズを、前記基板の前記第１面の反対側にある前記基板の第２面の第１領域内に形成するステップと；
前記回折レンズを通して、前記複数の半導体デバイスの部分集合に光学的にアクセスするステップと
を具えていることを特徴とする集積回路の分析方法。
【請求項２】
さらに、前記回折ゾーンの各々を、前記第１領域内の当該回折ゾーンに対応する部分にｎ番目の位相レベル構造をエッチングすることによって形成するステップを具え、ここにｎは少なくとも２なる整数であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記エッチングするステップの前に、前記回折ゾーンの各々の第１位相レベルをエッチレジストでドーピングするステップを具えていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記回折ゾーンの各々の前記第１位相レベルをエッチレジストでドーピングするステップが、前記第１位相レベル内にガリウムイオンのドーピングプロファイルを打ち込むことを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
さらに、前記複数の回折ゾーンを、不透明ゾーンと透明ゾーンとの交互パターンとして形成するステップを具えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の回折ゾーンを不透明ゾーンと透明ゾーンとの交互パターンとして形成するステップが、前記第１領域上に不透明材料の層を形成することを含み、前記交互パターンは、前記不透明材料を選択的に除去することによって形成されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
さらに、前記不透明ゾーンを、不透明材料を前記第１領域の所定部分に選択的に堆積させることを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記光学的にアクセスするステップが、前記回折レンズを用いてレーザービームを前記部分集合上に集束させることによって、前記複数の半導体デバイスの前記部分集合に前記レーザービームで光学的にアクセスすることを含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記光学的にアクセスするステップがさらに、前記複数の半導体デバイスの前記部分集合の特性を前記レーザービームで変化させることによって、前記集積回路を変化させることを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
さらに、前記変化させた集積回路に刺激を与えて、前記刺激に対する前記集積回路の応答を測定するステップを具えていることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
さらに、前記応答を、無変化の前記集積回路の応答と比較するステップを具えていることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
さらに、前記第２面を研磨することによって前記回折レンズを除去するステップと；
第２の複数の同心の回折ゾーンを有する第２の回折レンズを、前記第２面の第２領域内に形成するステップと；
前記第２の複数の半導体デバイスの第２の部分集合を、前記第２回折レンズを通して検査するステップと
を具えていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
複数の半導体デバイスを基板の第１面上に具えた集積回路の前記基板を変化させる装置において、
複数の同心の回折ゾーンを具えた回折レンズを、前記基板の前記第１面の反対側にある前記基板の第２面の第１領域内に形成して、前記複数の半導体デバイスの部分集合への前記回折レンズを通した光学的アクセスを可能にするようにプログラムされた機能を具えていることを特徴とする集積回路基板の修正装置。
【請求項１４】
前記装置の前記機能が、前記回折ゾーンの各々を、前記第１領域内の当該回折ゾーンに対応する部分にｎ番目の位相レベル構造をエッチングすることによって形成するようにプログラムされ、ここにｎは少なくとも２なる整数であり、前記位相レベル構造の各々の高さは、前記光学的アクセスによる光学的検査に使用する光の主波長より小さいことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記複数の回折ゾーンが、不透明ゾーンと透明ゾーンとの交互パターンで構成され、前記装置の前記機能が、前記第１領域上に堆積された不透明材料を選択的にパターン化して前記不透明ゾーンにするようにプログラムされていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記複数の回折ゾーンが、不透明ゾーンと透明ゾーンとの交互パターンで構成され、前記装置の前記機能が、前記第１領域の所定部分中に不透明材料を打ち込むようにプログラムされていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
基板、及び前記基板の第１面上に複数の半導体デバイスを具えた集積回路において、
さらに、前記複数の半導体デバイスの部分集合を検査するための、複数の同心の回折ゾーンを具えた回折レンズを、前記基板の前記第１面の反対側にある前記基板の第２面の第１領域内に具えていることを特徴とする集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体デバイスを基板の第１面上に具えた集積回路を分析する方法に関するものである。
【０００２】
また本発明は、こうした集積回路の基板を修正する装置に関するものである。
【０００３】
本発明はさらに、複数の半導体デバイスを基板の第１面上に具えた集積回路に関するものである。
【背景技術】
【０００４】
生産される集積回路（ＩＣ）の生産歩留まりを最適化すること、即ち、生産される良品ＩＣの数に対する故障ＩＣの数の比率を最小化することは、ＩＣ製造業者にとって重要である。第１に、集積回路（ＩＣ）の生産に関係する高コストにより、高い歩留まりの生産プロセスは小さい利幅（マージン）の市場において競争力を維持するために不可欠である。さらに、故障ＩＣの販売はその製品のイメージに悪影響を与えうる。これらの理由により、ＩＣは一般に、製造された大群から故障ＩＣを取り除くために、販売される前に厳しくテストされる。
【０００５】
故障ＩＣの検出の場合には、故障の根本原因を特定することが重要である、というのは、この情報はＩＣ製造プロセスの歩留まりを改善する手助けとなり得るからである。不都合なことに、ＩＣのテストは通常、ＩＣ上に存在する故障の位置についての十分詳細な情報を提供することができない。さらに、ＩＣテスト手順は大群中のすべての故障ＩＣを識別できないことが多く、あるいは、ＩＣは動作中に故障することがあり、このことは、故障ＩＣが顧客によって返品されることを意味する。こうした場合には、ＩＣ上に存在する故障を異なる方法で位置検出しなければならない。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第6549022号明細書
【０００７】
集束レーザービームを用いた故障検出法の例は、米国特許US6549022において与えられ、ここでは検査中のＩＣの特性、例えばＩＣの事前選択部分の温度を変更する間に、このＩＣにテストベクトルを設けて、ＩＣの故障の挙動を検出する。この目的のために、集束レーザービームを用いてＩＣの半導体デバイスの部分集合の温度を増加させて、この部分集合内の故障を位置検出しようとする。このレーザービームのパワーレベルを変化させて、部分集合の温度増加の量を制御することができる。
【０００８】
【特許文献２】米国特許出願公開第2004/0203257号明細書
【０００９】
米国特許出願US 2004/0203257は、故障ＩＣ用の故障分析方法の代案を開示している。この方法によれば、集束イオンビーム・エッチング技術を用いて、凸形曲面の中心部分を有する半球のキャビティ（空洞）をＩＣの基板の背面側にエッチングする。このキャビティ、及びその凸形中心部分は固体液浸レンズとして作用して、ＩＣの内部の光学検査を促進する。このレンズはＩＣ基板の背面側に配置しなければならない、というのは、他方の側は一般に、ＩＣの内部の視認性を不明瞭にする多数の金属層で覆われているからである。この方法の欠点は、固体液浸（浸漬）レンズの製造のためにＩＣ基板の相当量の部分を除去しなければならないということであり、このことは方法を比較的高コストにするだけでなく、通常、こうしたレンズは基板領域当たり１つしか形成することができないことを意味する。従って、固体液浸レンズが基板の誤った部分に形成され、液浸レンズが形成された領域に部分的に重複（オーバラップ）する領域内に故障が位置するものと想定される場合には、ＩＣ内部の故障を検出することができず、この誤った分析への投資が無駄になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、より安価でよりフレキシブル（柔軟）なＩＣの光学分析方法を提供することを求める。
【００１１】
また本発明は、こうした方法の実現を促進する装置を提供することを求める。
【００１２】
本発明はさらに、こうした方法を実行する準備の整ったＩＣを提供することを求める。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の態様によれば、複数の半導体デバイスを基板の第１面上に具えた集積回路を光学的に検査する方法が提供され、この方法は、複数の同心回折ゾーンを具えた回折レンズを前記基板の前記第１面の反対側にある前記基板の他の面の第１領域内に形成するステップと、前記複数の半導体デバイスの部分集合を前記回折レンズを通して検査するステップとを具えている。
【００１４】
本発明は、回折レンズ、例えばフレンネル位相板またはゾーンプレートを、ＩＣの基板、例えばシリコン基板内に効率的に実現することができるという認識に基づくものである。固体液浸レンズとは対照的に、回折レンズはサブミクロン・スケール（尺度）で容易に実現することができ、このことはこうしたレンズの形成に必要な時間を低減する。
【００１５】
位相板の好適例では、前記第１領域内の当該回折ゾーンに対応する部分にｎ番目の位相レベル構造をエッチングすることによって各回折ゾーンを近似し、ここにｎは少なくとも２なる整数である。このことは、理想的な回折ゾーンを有する回折レンズに比べて光学効率を幾分犠牲にして、こうした回折レンズのさらにより効率的な実現を促進する。上記ｎ番目の位相レベル構造は、回折ゾーンの種々のレベル間にエッチング耐性の差を作り出すためのエッチングステップの前に、各回折ゾーンの第１位相レベルをエッチレジストでドーピングすることによって形成することができる。ガリウムイオン注入をエッチレジストとして用いることが有利である、というのは、このことは例えば、集束イオンビームを用いたマスクレス（マスクなし）のステップで達成することができるからである。
【００１６】
あるいはまた、複数の回折ゾーンを不透明ソーンと透明ゾーンの交互パターンとして形成することによって回折レンズを実現することができる。この不透明ソーンは、不透明材料の層を前記第１領域上に堆積させることによって形成することができ、その後に、前記不透明材料を選択的に除去して前記透明ゾーンを露出させることによって、前記交互パターンを形成する。あるいはまた、前記不透明ゾーンは、不透明材料を前記第１領域の所定部分に選択的に堆積させることによって形成することができる。両者とも、集束イオンビームを用いることによってマスクレスのステップで達成することができる。
【００１７】
前記方法はさらに、前記他の面を研磨することによって前記回折レンズを除去するステップと、他の数の同心回折ゾーンを有する他の回折レンズを前記他の面の他の領域内にエッチングするステップと、前記他の回折レンズを通して前記複数の半導体デバイスの他の部分集合を検査するステップとを具えていることが有利である。
【００１８】
本発明の重要な様相は、フレンネルレンズの小さい深度が基板上へのレンズの再配置を促進するという認識にあり、このことは固体液浸レンズを使用する際には容易でないか、あるいは不可能でさえある。さらに、本発明の回折レンズは、曲面を作り出した固体液浸レンズに比べて、基板を通るより小さい光路の使用を促進し、このことは、基板が弱く吸収する波長、例えばシリコン基板の場合にはＩＲ（赤外）レーザーの1064nm帯域に対するより少ない吸収をもたらす。従って、本発明の方法は、ＩＣ内部の故障を検出する機会の大幅な改善を提供する。また本発明は、上述した米国特許US6549022に開示された故障検出方法に比べて改善された故障検出方法を提供する、というのは、レーザービームは回折レンズを用いて上記部分集合上に集束することができるからであり、このことは故障検出方法の光学分解能を改善し、従って、ＩＣ上に存在する故障を正確に検出することのできる機会を増加させる。
【００１９】
【特許文献３】国際公開第91/02380号パンフレット
【００２０】
ＰＣＴ特許出願WO 91/02380は、基板の背面側にエッチングした近似屈折フレンネルレンズのアレイを有するＩＣを開示し、このＩＣは基板の他方の側に放射検出器のアレイを担持する。このレンズアレイは、入射放射を上記放射検出器上に集束させるように配列されている。このことはフレンネルレンズの実質的に異なる使用法であることは明らかである。WO 91/02380は、（フレンネル）回折レンズ自体を使用することに言及しておらず、そしてフレンネルレンズを固体液浸レンズよりも安価に実現することができること、あるいはフレンネルレンズを基板上に再配置することができることは教示していない。従って、WO 91/02380の教示単独でも、WO 91/02380の教示と米国特許出願US 2004/0203257の教示との組合せも、当業者を本発明の達成に導かない。
【００２１】
本発明の他の態様によれば、複数の半導体デバイスを基板の第１面上に具えた集積回路の基板を修正する装置が提供され、この装置は、複数の同心回折ゾーンを具えた回折レンズを前記基板の前記第１面の反対側にある前記基板の他の面の第１領域内に生成し、この回折レンズを通して前記複数の半導体デバイスの部分集合に光学的にアクセスするための事前にプログラムされた機能を具えている。集束イオンビーム発生器を具えることのできるこうした装置により、光学検査用に選択したＩＣの基板上に回折レンズを規定通りに形成することができる。
【００２２】
例えば、この装置は、ｎ番目の位相レベル構造を前記第１面内にエッチングすることによって各回折ゾーンを形成するようにプログラムして、位相板の実現を促進することができ、ｎは少なくとも２なる整数であり、各レベル構造の高さは、光学検査において使用する光の主波長より小さい。
【００２３】
あるいはまた、前記装置は、前記第１領域上に堆積させた不透明材料を選択的に複数のゾーンにパターン化して、ゾーンプレートの形成を促進することができる。このことは、不透明材料を前記第１領域の予め規定した部分に打ち込むか堆積させて複数の不透明ゾーンを形成するようにプログラムされた装置によって達成することもできる。
【００２４】
以下、本発明を非限定的な実施例によって、図面を参照しながらより詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
なお、これらの図面は単なる略図であり一定寸法比で描いたものではない。また各図面及びその詳細な説明を通して、同一または類似の部分は同一参照番号を用いて示す。
【００２６】
図１に、本発明の検査方法を概略的に示す。図１aに示す集積回路（ＩＣ）の基板１０は複数の半導体デバイス２０を第１面上に担持する。半導体デバイス２０は既知の任意の半導体デバイス、例えばトランジスタ、ダイオード等、及びこれらの集合体、例えば論理セルまたはメモリーセル等とすることができる。複数の回折ゾーン１１０を有する回折レンズ１００を、半導体基板１０の、半導体デバイス２０を担持する基板面の反対側にある半導体基板１０の第１領域内に製造して、適切な波長の電磁放射１２０、例えば回折レンズ１００に位置合わせした赤外走査レーザーベースの顕微鏡（図示せず）が発生する単色赤外光を用いた半導体デバイス２０の部分集合３０の光学検査を可能にする。分離したレンズ（図示せず）、例えば固体液浸レンズを用いて、装置の光学分解能をさらに改善することができる。本発明のＩＣ検査方法の主目的はＩＣの故障検出であるが、本発明の検査方法は必ずしもこの目的に限定されないことを強調しておく。
【００２７】
【非特許文献１】Bruce et al., “Soft Defect localization on ICs”, 28th Intl. Symposium for Testing and Failure Analysis 2002, p. 21-27
【００２８】
上記第１領域の選定は、故障のおよそ位置、例えば半導体デバイスの故障をつかむための分離したレンズでの予備光学検査のような既知の検査技術に基づくことができる。こうした技術の例は例えば、Bruce et al., “Soft Defect localization on ICs”, 28th Intl. Symposium for Testing and Failure Analysis 2002, p. 21-27、あるいは上述した米国特許出願US6549022に見出すことができる。こうした位置検出方法は、その限られた光学分解能により、必ずしも決定的ではない。故障を正確に位置検出することの失敗に至らせ得る横方向の分解能の欠如を、回折レンズ１００の使用によって劇的に減らすことができ、これについては以下に説明する。
【００２９】
回折レンズ１００、例えばフレンネル位相板の重要な特性は、回折ゾーン１１０の高さを、ＩＣの光学検査において使用する光の波長より小さくすることができることである。このことは回折レンズ１００のサブミクロン・スケール（尺度）での実現を促進する。例えば、1000〜1500nm帯域の波長を有する赤外光を用いる際には、半導体基板１０はこの波長に対して透明であり、回折ゾーンは一般にサブミクロンの高さを有することができるのに対し、基板１０の厚さは通常何十または何百ミクロンである。このことは回折レンズ１００の基板１０上への複数回の再配置を可能にする、というのは、回折レンズ１００の除去は基板１００の厚さを大幅には減らさないからである。回折レンズ１００は、一般的な研磨技術を用いて基板１０から容易に磨き取って図１bに示す平坦な基板にすることができ、その後に、新たな回折レンズ１００を基板１０の他の領域上に形成して、図１cに示す半導体デバイス２０の別な部分集合３０’を検査することができる。この再配置プロセスは何回か繰り返すことができる。
【００３０】
【非特許文献２】Eugene Hecht, “Optics, Forth Edition (International Edition)”, Addison Wesley, San Francisco, 2002, p. 485-497
【非特許文献３】Bunner et al., “Diffraction Based Solid Immersion Lens”, J. Opt. Soc. Am. A, 21, p1186-1191, 2004
【００３１】
回折レンズ１００はフレンネル位相板として実現することができ、これは時として位相反転ゾーンプレート、またはフレンネル・ゾーンプレートと称される。こうしたデバイスが基づく光学原理は周知であり、その詳細な説明は多くの光学の教科書、例えばEugene Hecht, “Optics, Forth Edition (International Edition)”, Addison Wesley, San Francisco, 2002, p. 485-497またはBunner et al., “Diffraction Based Solid Immersion Lens”, J. Opt. Soc. Am. A, 21, p1186-1191, 2004に見出すことができる。
【００３２】
要するに、ゾーンプレートは、連続したフレンネル（または回折）ゾーンは、その寸法を適切に選定すれば互いに相殺し合うことができるという原理に基づく。このことは、連続したゾーンを通って進む波面の部分は互いに対してπ(rad)だけ位相シフトされるということによって生じ、この位相シフトは、波面のそれぞれの部分が基板１０を通って進む光路長の差によって生じる。このことは、回折レンズ１００の焦点において、波面のそれぞれの部分間の相殺的干渉を生じさせる。波面の種々の部分間の干渉を最大化するために、各回折ゾーン１１０はほぼ等しい面積を有して、種々の回折ゾーン１１０を通って進む回折光波の振幅がほぼ等しいことを保証すべきである。偶数または奇数階層（ランク）の回折ゾーン１１０をブロックすることによって、即ち、不透明及び透明ゾーン１１０の交互パターンを生成することによって、隣接する２つの透明ゾーン１１０を通って進む波面は互いに対して２πだけ位相シフトされ、こうして、不透明ゾーンの導入による約50%の光強度損失の犠牲を払って建設的干渉をもたらす。
【００３３】
こうした光強度損失が不所望であれば、位相板を構成することができ、位相板では、奇数番目のゾーンまたは偶数番目のゾーンのいずれかを通る波面の光路長が理想的に半波長、即ちπだけ遅延される。この位相シフトは、ゾーンプレートの隣接ゾーン間の相殺的干渉を、位相板の隣接ゾーン間の建設的干渉に転換する。回折ゾーン１１０を通って進む光の波長λに関しては、位相板のすべての回折ゾーン１１０が互いに対して同相であるので、ブロックする必要のあるゾーンはなく、こうした回折レンズはゾーンプレートより高い光効率を有する。明らかに、より小さい遅延、例えばπ／２またはπ／４の遅延の適用も、完全な位相シフトπより効率は低いが、隣接する回折ゾーン１１０を通って進む光の完全な相殺的干渉を回避する。
【００３４】
上述した波面の種々の部分の遅延は一般に、隣接する回折ゾーン１１０の高さを変化させて、波面のそれぞれの部分が通って進まなければならない基板１０の厚さを変化させることによって達成される。この遅延は、光の伝搬速度の、光が進む媒体の屈折率への依存性に基づく。従って、波面尾１つの部分を基板１０中の光路長Ｉを通って進ませ、波面の隣接部分を、空気を通る第１部分Ｉ1と基板１０を通る第２部分Ｉ2によって形成される光路長Ｉ（即ちＩ＝Ｉ1＋Ｉ2）を通って進ませることによって、Ｉ1及びＩ2の適切な選定により、Ｉの全長にわたって基板１０を通って進む波面部分を所望量だけ遅延させることができる。
【００３５】
回折ゾーン１１０の全幅にわたる伝搬遅延も一定ではないので、回折ゾーン１１０は理想的には、非常に緩やかに変化する厚さを有して、こうした伝搬遅延の変化によって導入される位相シフトを補償する。実際には、こうした理想的な回折ゾーン１１０は実現するのが非常に困難かつ高コストであり、この理由により、位相板の回折ゾーン１１０は通常、近似されている。
【００３６】
図２に、位相板として実現される、回折レンズ１００の近似回折ゾーン１１０を生産する方法の実施例を示す。各回折ゾーン１１０はＮ−レベルの位相構造として実現され、即ち、Ｎステップ（段階）を有するステップ構造として実現される。Ｎを大きく選定するほど、理想的な回折ゾーン１１０の近似がより良好になることは明らかである。
【００３７】
図２におけるＮ＝３は例に過ぎない。大きい数のＮはより良好な光効率を有するが、数Ｎは例えばＮ＝２またはＮ＝３であることが好ましい、というのは、小さい数Ｎでも、許容できる光効率を有し、かつ製造が容易な位相板を生み出すからである。回折レンズ１００の光学品質は、他のいくつかの方法で、例えば回折ゾーン１１０の数を変化させることによって、及び／または回折レンズ１００の径を変化させることによって制御することもできることは明らかである。
【００３８】
この方法の第１ステップでは、図２aに示すように、回折ゾーン１１０のステップ１１４及び１１６においてエッチレジストを実現する。こうしたエッチレジストは、集束イオンビームによって打ち込まれるガリウムイオンの打込みとすることができる。ステップ１１６はステップ１１４より高いエッチレジストの濃度を有して、ステップ１１４がステップ１１６より迅速にエッチング除去されることを保証する。ステップ１１２は、さらに低いエッチレジスト濃度を有するかエッチレジストを全く有しないで、ステップ１１２がステップ１１４より迅速にエッチング除去されることを保証する。次のステップでは、基板１０の表面にエッチングステップ、例えばＫＯＨエッチングまたはプラズマエッチングを施し、これにより図２bに示すステップ構造を有する回折ゾーンを生み出す。各レベル構造１１２、１１４、１１６の間の高さの差は、光学検査において使用する光の主波長より小さくすることができるが、このことは厳密に必要ではない。
【００３９】
あるいはまた、ステップ構造１１２、１１４、１１６は、基板１０を例えば集束イオンビームで直接切削することによって形成することができ、この場合にはエッチングステップを必要としない。この代案の方法はエッチング法より高いイオン濃度を基板中にもたらし、このことは、打ち込まれたイオンの光を吸収する性質により回折レンズ１００の光学品質が低下するという欠点を有する。両方法とも、回折レンズ１００の製造ステップにおいてマスクを必要としないという利点を有し、このことは、これらの方法の実現を安価にする。さらに、こうした回折レンズの製造プロセスのマスクレス（マスクなし）の性質は、集束イオンビーム発生器のような基板修正装置上でのこうしたレンズの製造に指向した機能の追加を促進する。こうした装置は、複数の同心回折ゾーンを具えた回折レンズを生成するためのプログラムされた機能で拡張することができ、装置のユーザは、装置が基板１０の背面側上に回折レンズ１００を規定通りに生成することを可能にするために、回折レンズ１００特定のキーパラメータ、例えば基板１０上の上記第１領域の位置、半導体デバイス２０までの焦点距離、回折ゾーン１１０当りの位相レベルの必要数、等を入力するだけで済む。
【００４０】
この時点では、位相板として実現される回折レンズ１００は、通常のマスクベースのリソグラフィーステップを用いて基板１０上に形成することもできることを強調しておく。しかし、これは本発明が提案するマスクレスの製造プロセスよりコストのかかるプロセスであることは明らかである。
【００４１】
図３ａに、図２の方法を用いて、ＩＣのシリコン基板１０内に位相板として実現された回折レンズ１００の構造の走査型電子顕微鏡画像を示す。回折レンズ１１０の回折ゾーンは、２レベルの位相構造として実現され、即ちＮ＝２である。暗いリング（環）１１２はより低い位相レベルに対応し、明るいリング１１４は高くした位相レベルに対応する。図３ｂは、図３ａの回折レンズ１００の走査型電子顕微鏡画像の部分拡大（クローズアップ）であり、ここでは、より低い位相レベル１１２と高くした位相レベル１１４との間の高さの変化をより一層明らかに認識することができる。
【００４２】
図４に、赤外走査型レーザー顕微鏡で、ＩＣの基板１０の背面側を通して撮像したＩＣの内部の写真を示し、図５に、ＩＣの同じ部分を同じ赤外走査型レーザー顕微鏡で、ＩＣの基板１０内に位相板として実現した回折レンズ１００を通して撮像した写真を示す。回折レンズ１００を通して生成された画像は、分離した屈折レンズによって生成された画像よりもずっと高度に細部を示し、例えば、個別のトランジスタ５２０は、回折レンズ１００を通して生成された画像のみにおいて可視であり、このことは、ＩＣの基板１０内に形成した回折レンズ１００を用いる際の、改善された光学分解能及び故障検出能力の明らかな現われである。
【００４３】
こうした光学品質の差の主な理由は、回折レンズ１００は光学的位置検出の特定の光学的要求に容易に合わせることができる、ということであり、例えば、このレンズは、基板１０の厚さ、その要求される屈折力、及び半導体デバイス２０までの焦点距離に対応して規定することができ、これとは対照的に、このことは分離した固定レンズでは不可能である。また、回折レンズ１００は非球面になるように設計することができ、このことは、非球面レンズが球面レンズよりも良好な画質を生成することが期待される状況において有利であり得る。さらに、分離したレンズによって生成される画像の画質は、レンズと基板１０との間の接触面の品質によって阻害されるのに対し、基板１０内に形成した回折レンズ１００ではこの問題は発生しない。
【００４４】
【非特許文献４】J.M.F. Zachariasse and J.F Walker, “direct write patterning of titanium films using focused ion beam implantation and plasma etching”, Microelectronic engineers 35(1997), p63-66
【００４５】
図６に、ゾーンプレートとして実現される回折レンズ１００を生産する方法の実施例を示す。ステップ(a)では、不透明材料のフィルム６００、例えばチタニウムフィルムのような金属フィルムを基板１０の選択領域上に堆積させる。次に、パターン化ステップ(b)では、上記不透明材料を選択的に除去することによって透明回折ゾーン６２０を形成し、このことは集束イオンビームが関与するマスクレスのエッチングステップとすることができる。こうしたエッチングプロセスの例は、例えば、J.M.F. Zachariasse and J.F Walker, “direct write patterning of titanium films using focused ion beam implantation and plasma etching”, Microelectronic engineers 35(1997), p63-66に見出すことができる。
【００４６】
図７に、ゾーンプレートとして実現される回折レンズ１００の製造方法の代案を示す。基板１０の選択領域内に不透明材料を打ち込むか、この選択領域上に不透明材料を堆積させて、不透明ゾーン６１０と透明回折ゾーン６２０との交互パターンを形成する。このことは例えば、これらの領域内にガリウムイオンを集束イオンビームで打ち込むか、あるいは、パターン化した金属層を集束イオンビーム感応析出によって基板１０上に堆積させることによって達成することができる。
【００４７】
本発明が提案する、ゾーンプレートとして実現される回折レンズ１００用の方法は、プログラムされた機能として、集束イオンビーム発生器のような基板修正装置上に含めるのにも適している。あるユーザ入力時、例えば焦点距離または必要な透明ゾーン６２０の数の入力時に、装置は透明ゾーン６２０及び不透明ゾーン６１０のサイズ及び位置を規定通りに計算することができ、そしてこれに応じて、即ち、透明回折ゾーン６２０を覆っている不透明材料をエッチング除去するか、あるいは、不透明ゾーン６１０を直接打ち込むことによって、基板１０を修正することができる。
【００４８】
回折レンズの種々の具体例を種々のＩＣ検査方法において有利に用いて、例えば、ＩＣ内部の半導体デバイス２０の１つ以上における故障を検出することができる。例えば、顕微鏡の一部を形成することのできるレーザービーム、例えば赤外レーザービームを、回折レンズ１００を利用して半導体デバイス２０の部分集合３０上に集束させて、部分集合３０への光学的アクセスを行うことができる。このアクセスは種々の目的を持つことができ、例えば部分集合３０の画像を生成する目的、あるいは部分集合３０の特性を変化させる目的である。部分集合３０の特性の変化は例えば、部分集合３０を加熱することによる部分集合３０の温度の増加とすることができる。一般に、こうした変化は、故障が部分集合３０内に位置する場合に、ＩＣの機能的挙動の変化を誘発する。
【００４９】
このことは、変化させたＩＣ、即ち、特性を変化させた半導体デバイス２０の部分集合３０を含むＩＣに、刺激、例えばテストベクトルまたは正弦波変調したアナログテスト信号のようなテストパターンを与えて、この刺激に対する変化させたＩＣの応答を測定することによって検証することができる。この応答を、この変化の前の、同じ刺激に対するＩＣの応答、即ち、無変化のＩＣの応答と比較して、ＩＣの挙動に対するこの変化の影響の評価を促進することができる。本発明の方法の主な利点は、部分集合３０内の故障の存在を示す測定可能な影響を検出することができない場合に、前に説明したように、回折レンズ１００を基板１０上に容易に再配置することができ、その後に、前に述べたように、別な部分集合３０’を検査することによって、例えば、別な部分集合３０’の特性を変化させ、その後に刺激に対するＩＣの応答を発生させ評価することによって、この検査方法を反復することができる。
【００５０】
なお、上述した実施例は本発明を限定するものではなく例示するものであり、当業者は請求項の範囲から逸脱することなしに多くの代案実施例を設計することができる。「具えている」等の文言は、請求項に挙げた以外の要素またはステップの存在を排除するものではない。各要素は複数存在し得る。本発明は、いくつかの別個の要素から成るハードウェアによって実現することができる。いくつかの手段を列挙した装置の請求項では、これらの手段のいくつかはハードウェアの同一アイテムによって具体化することができる。単に、互いに異なる従属請求項中に特定の方策が引用されているということは、これらの方策の組合せを有利に用いることができないことを示すものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】位相板として実現された回折レンズを担持するＩＣを概略的に示す図である。
【図２】３レベル位相近似位相板として実現される回折レンズを生産する方法の実施例を示す図である。
【図３ａ】ＩＣの基板内の２レベル位相近似位相板として実現された回折レンズの画像を示す図である。
【図３ｂ】ＩＣの基板内の２レベル位相近似位相板として実現された回折レンズの部分拡大画像を示す図である。
【図４】分離したレンズで撮像した、ＩＣの基板上の複数の半導体デバイスの部分集合の画像を示す図である。
【図５】ＩＣの基板内にエッチングした回折レンズで撮像したより小さい部分集合の画像を示す図である。
【図６】ゾーンプレートを基板上に生産する方法の実施例を示す図である。
【図７】ゾーンプレートを基板上に生産する方法の他の実施例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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