(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路の発熱点の深さを検出する発熱点検出方法であって、
前記集積回路の表面の平均温度を安定化する第１ステップと、
前記集積回路に第１の周波数で増減する周期的電気信号を供給し、それに応じて前記集積回路から検出される発熱量の変化を示す第１の検出信号を取得する第２ステップと、
前記集積回路に前記第１の周波数と異なる第２の周波数で増減する周期的電気信号を供給し、それに応じて前記集積回路から検出される発熱量の変化を示す第２の検出信号を取得する第３ステップと、
前記第１及び第２の検出信号に基づいて、前記発熱点の深さ情報を得る第４ステップと、
を備えることを特徴とする発熱点検出方法。
【請求項２】
前記第１の周波数の周期的電気信号と前記第１の検出信号との間の第１の位相差、及び前記第２の周波数の周期的電気信号と前記第２の検出信号との間の第２の位相差を検出する第５ステップを更に備え、
前記第４ステップでは、前記第１及び第２の位相差に基づいて、前記発熱点の深さ情報を得る
ことを特徴とする請求項１記載の発熱点検出方法。
【請求項３】
前記第４ステップでは、前記第１及び第２の位相差に基づいて、前記周期的電気信号の周波数から算出される変数に対する前記周期的電気信号と前記検出信号との間の位相差の変化率を算出し、前記変化率から前記発熱点の深さ情報を得る
ことを特徴とする請求項２記載の発熱点検出方法。
【請求項４】
集積回路の発熱点の深さを検出する発熱点検出装置であって、
前記集積回路に電気信号を供給する電気信号供給部と、
前記集積回路に第１の周波数で増減する周期的電気信号、及び前記第１の周波数と異なる第２の周波数で増減する周期的電気信号を供給するように前記電気信号供給部を制御する制御部と、
前記第１の周波数の周期的電気信号の供給に応じて前記集積回路から検出される発熱量の変化を示す第１の検出信号を取得するとともに、前記第２の周波数の周期的電気信号の供給に応じて前記集積回路から検出される発熱量の変化を示す第２の検出信号を取得する検出部と、
前記第１及び第２の検出信号に基づいて前記発熱点の深さ情報を得る演算部と、
前記集積回路の表面の平均温度を安定化する温度安定化部と、
を備えることを特徴とする発熱点検出装置。
【請求項５】
前記第１の周波数の周期的電気信号と前記第１の検出信号との間の第１の位相差、及び前記第２の周波数の周期的電気信号と前記第２の検出信号との間の第２の位相差を検出する位相差検出部を更に備え、
前記演算部は、前記第１及び第２の位相差に基づいて、前記発熱点の深さ情報を得る、
ことを特徴とする請求項４記載の発熱点検出装置。
【請求項６】
前記演算部は、前記第１及び第２の位相差に基づいて、前記周期的電気信号の周波数から算出される変数に対する前記周期的電気信号と前記検出信号との間の位相差の変化率を算出し、前記変化率から前記発熱点の深さ情報を得る、
ことを特徴とする請求項５記載の発熱点検出装置。
【請求項７】
前記温度安定化部は、前記集積回路の表面の平均温度が一定になるように媒体を供給する媒体供給部を有する、
ことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の発熱点検出装置。
【請求項８】
前記温度安定化部は、赤外領域に対して透過性を有し、前記集積回路に近接させて配置された基板と、
前記基板に近接させて配置された温度調整部材とを有する、
ことを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の発熱点検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路の発熱点の深さを検出するための発熱点検出方法及び発熱点検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＬＳＩパッケージ等の集積回路の不良解析方法として、集積回路に周期的なパルス電圧を印加して熱的な応答を検出する方法が知られている。例えば、下記非特許文献１には、電気的励起と局所的な熱応答との間の位相差ΔΦを検出して、その位相差ΔΦから欠陥の深さを決定することが記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】C. Schmidt et al., “Lock-in-Thermography for 3- dimensional localizationof electrical defects inside complex packaged devices”, ISTFA2008: Proceedingsfrom the 34th International Symposium for Testing and Failure Analysys, 米国、２００８年１１月、ｐ．１０２−１０７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の解析方法では、励起信号の大きさや欠陥点の状態によって発熱量が異なったり、欠陥点の位置によって欠陥点と集積回路の表面の間の熱容量が異なるため、位相差ΔΦが、欠陥点の深さ以外に、発熱量、集積回路の構造や欠陥点の位置に依存する。この位相差のオフセット分の位置依存性は、サンプルとしての集積回路の表面から空気への熱伝達率が表面の温度や表面での対流の状態によって決定されることにより発生する。
【０００５】
また、位相差のオフセット分の誤差の要因としてサンプルの温度上昇がある。すなわち、熱的な応答を取得する際にサンプルの温度が継続して上昇し、温度上昇に伴う傾斜も別の波として検出される結果、正確な位相差が検出できない傾向にあった。
【０００６】
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、集積回路における発熱点の深さをその位置に依存することなく精度よく安定して検出できる発熱点検出方法及び発熱点検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の発熱点検出方法は、集積回路の発熱点の深さを検出する発熱点検出方法であって、集積回路の表面の平均温度を安定化する第１ステップと、集積回路に第１の周波数で増減する周期的電気信号を供給し、それに応じて集積回路から検出される発熱量の変化を示す第１の検出信号を取得する第２ステップと、集積回路に第１の周波数と異なる第２の周波数で増減する周期的電気信号を供給し、それに応じて集積回路から検出される発熱量の変化を示す第２の検出信号を取得する第３ステップと、第１及び第２の検出信号に基づいて、発熱点の深さ情報を得る第４ステップと、を備える。
【０００８】
或いは、本発明の発熱点検出装置は、集積回路の発熱点の深さを検出する発熱点検出装置であって、集積回路に電気信号を供給する電気信号供給部と、集積回路に第１の周波数で増減する周期的電気信号、及び第１の周波数と異なる第２の周波数で増減する周期的電気信号を供給するように電気信号供給部を制御する制御部と、第１の周波数の周期的電気信号の供給に応じて集積回路から検出される発熱量の変化を示す第１の検出信号を取得するとともに、第２の周波数の周期的電気信号の供給に応じて集積回路から検出される発熱量の変化を示す第２の検出信号を取得する検出部と、第１及び第２の検出信号に基づいて発熱点の深さ情報を得る演算部と、集積回路の表面の平均温度を安定化する温度安定化部と、を備える。
【０００９】
このような発熱点検出方法、或いは発熱点検出装置によれば、集積回路の表面の平均温度が安定化された状態で、集積回路から、第１の周波数の周期的電気信号の供給に応じた発熱量の変化を示す第１の検出信号が検出され、第２の周波数の周期的電気信号の供給に応じた発熱量の変化を示す第２の検出信号が検出される。そして、第１及び第２の検出信号に基づいて、発熱点の深さ情報が得られる。これにより、集積回路の表面の平均温度が一定（略一定）に安定化された上で検出された２つの周波数の電気信号に対する熱的応答を基に深さ情報が計算されるので、発熱点の位置に依存せずに高精度の深さ情報が安定して得られる。
【００１０】
上記の発熱点検出方法では、第１の周波数の周期的電気信号と第１の検出信号との間の第１の位相差、及び第２の周波数の周期的電気信号と第２の検出信号との間の第２の位相差を検出する第５ステップを更に備え、第４ステップでは、第１及び第２の位相差に基づいて、発熱点の深さ情報を得ることが好適である。また、上記の発熱点検出装置では、第１の周波数の周期的電気信号と第１の検出信号との間の第１の位相差、及び第２の周波数の周期的電気信号と第２の検出信号との間の第２の位相差を検出する位相差検出部を更に備え、演算部は、第１及び第２の位相差に基づいて、発熱点の深さ情報を得る、ことが好適である。こうすれば、発熱点の位置によって変化する発熱量の時間変化のオフセット分が相殺されて深さ情報が計算されるので、発熱点の位置に依存せずにさらに高精度の深さ情報が得られる。
【００１１】
さらに、上記の発熱点検出方法では、第４ステップでは、第１及び第２の位相差に基づいて、周期的電気信号の周波数から算出される変数に対する周期的電気信号と検出信号との間の位相差の変化率を算出し、変化率から発熱点の深さ情報を得ることも好適である。さらに、上記の発熱点検出装置では、演算部は、第１及び第２の位相差に基づいて、周期的電気信号の周波数から算出される変数に対する周期的電気信号と検出信号との間の位相差の変化率を算出し、変化率から発熱点の深さ情報を得る、ことも好適である。この場合、周期的電気信号の周波数から算出される変数に対する位相差の変化率を得ることで、発熱点の発熱量、集積回路の内部構造、及び周期的電気信号の周波数に依存しない深さ情報も得ることができる。
【００１２】
またさらに、温度安定化部は、前記集積回路の表面の平均温度が一定になるように媒体を供給する媒体供給部を有する、ことも好適である。かかる温度安定化部を備えれば、集積回路の表面の平均温度を簡易な構成部で効率的に安定化させることができる。
【００１３】
さらにまた、温度安定化部は、赤外領域に対して透過性を有し、集積回路に近接させて配置された基板と、基板に近接させて配置された温度調整部材とを有する、ことも好適である。かかる構成を備えれば、集積回路の全体の表面の平均温度をより一層安定化させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、集積回路における発熱点の深さをその位置に依存することなく精度よく安定して検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の好適な一実施形態に係る集積回路故障解析装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の温度安定化部の構成の一例を示す側面図である。
【図３】図２の温度安定化部による集積回路に対する気体の放出状態を示す平面図である。
【図４】図１の集積回路故障解析装置１による集積回路Ｓに関する故障解析動作の手順を示すフローチャートである。
【図５】図１の電圧印加部１４によって印加されるバイアス電圧の時間変化を示す図である。
【図６】（ａ）は、バイアス電圧の時間変化、（ｂ）は、低熱容量／低熱伝達率の材料から成る集積回路Ｓにおいて検出される発熱検出信号の時間変化、（ｃ）は、高熱容量／高熱伝達率の材料から成る集積回路Ｓにおいて検出される発熱検出信号の時間変化を示す図である。
【図７】集積回路Ｓの表面で温度上昇が生じている場合に検出される発熱検出信号の時間変化を示す図である。
【図８】集積回路Ｓを対象に検出される発熱検出信号の時間変化を示す図である。
【図９】（ａ）は、低周波数で印加されるバイアス電圧の時間変化、（ｂ）は、集積回路Ｓにおいて検出される発熱検出信号の時間変化、（ｃ）は、高周波数で印加されるバイアス電圧の時間変化、（ｄ）は、集積回路Ｓにおいて検出される発熱検出信号の時間変化を示す図である。
【図１０】図１の集積回路故障解析装置において集積回路Ｓに印加されるバイアス電圧の角周波数の平方根と、観測される位相遅延ｂｘとの関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の変形例の温度安定化部の構成の一例を示す側面図である。
【図１２】図１１の温度安定化部による集積回路に対する気体の放出状態を示す平面図である。
【図１３】本発明の別の変形例の温度安定化部の構成の一例を示す側面図である。
【図１４】本発明の別の変形例の温度安定化部の構成の一例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の好適な一実施形態に係る発熱点検出装置である集積回路故障解析装置の概略構成を示すブロック図である。同図に示す集積回路故障解析装置１は、ＬＳＩやＩＣ等の集積回路Ｓの発熱点の位置を検出して故障解析を行う故障解析装置である。この集積回路故障解析装置１は、試料ステージ１０と、試料ステージ１０を駆動するステージ駆動部１２と、電圧印加部（電気信号供給部）１４と、撮像装置１８と、制御部２０と、画像処理部３０と、温度安定化部４０とを備えて構成されている。
【００１７】
解析対象となる集積回路Ｓは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向（水平方向）、及びＺ軸方向（垂直方向）にそれぞれ駆動可能なＸＹＺステージを用いた試料ステージ１０上に載置されている。この試料ステージ１０は、ステージ駆動部１２によってＸ、Ｙ、Ｚ方向に駆動可能に構成されており、これにより、集積回路Ｓに対する撮像の焦点合わせ、撮像位置の位置合わせ等が行われる。試料ステージ１０の上方には、集積回路Ｓの２次元の画像を取得する撮像手段である撮像装置１８が設置されている。撮像装置１８としては、集積回路Ｓの表面の発熱像による画像を取得するため、所定の波長領域に感度を有する撮像装置、例えば赤外光の波長領域に感度を有する赤外撮像装置が好適に用いられる。なお、集積回路Ｓの表面とは、撮像装置１８によって画像が取得される観察面を指す。
【００１８】
試料ステージ１０と撮像装置１８との間の光軸上には、集積回路Ｓの表面の像を撮像装置１８へと導く対物レンズなどの導光光学系１６が設けられている。なお、導光光学系１６にＸＹＺステージなどの駆動機構を設けて、この駆動機構によって集積回路Ｓに対する撮像の焦点合わせ、撮像位置の位置合わせ等が可能とされていてもよい。
【００１９】
また、試料ステージ１０上の集積回路Ｓに対して電圧信号を供給する電圧印加部１４が設けられている。電圧印加部１４は、発熱点検出による故障解析を行う際に、集積回路Ｓ内の電子回路に対して必要なバイアス電圧を印加する電圧印加手段であり、電圧印加用の電源を含んで構成されている。詳細には、電圧印加部１４は、バイアス電圧として、周期的に増減する矩形波である電圧信号（周期的電気信号）を印加する。また、電圧印加部１４は、印加するバイアス電圧の周波数を制御部２０の制御によって変更可能に構成されている。
【００２０】
撮像装置１８は、電圧印加部１４によって集積回路Ｓにバイアス電圧が印加された状態での解析画像を時系列に複数取得する。このようにして取得される解析画像は、集積回路Ｓの表面の発熱像を含む画像である。
【００２１】
さらに、集積回路故障解析装置１には、これらの試料ステージ１０、ステージ駆動部１２、電圧印加部１４、導光光学系１６、及び撮像装置１８に対して、それらの動作を制御する制御部２０が設けられている。この制御部２０は、撮像制御部２１と、ステージ制御部２２と、同期制御部２３とを有して構成されている。
【００２２】
撮像制御部２１は、電圧印加部１４によるバイアス電圧の印加動作、及び撮像装置１８による画像取得動作を制御することにより、集積回路Ｓの解析画像の取得を制御する。また、ステージ制御部２２は、試料ステージ１０及びステージ駆動部１２の動作（試料ステージ１０上の集積回路Ｓの移動動作）を制御する。また、同期制御部２３は、撮像制御部２１及びステージ制御部２２と、撮像装置１８に対して設けられた画像処理部３０との間で必要な同期をとるための制御を行う。すなわち、同期制御部２３は、ステージ制御部２２に対して集積回路Ｓの故障解析を行うための所定位置に移動させるように制御した後に、バイアス電圧の周波数を所定間隔で順番に変更するように撮像制御部２１を制御する。また、同期制御部２３は、バイアス電圧の周波数の変更タイミングにあわせて集積回路Ｓの解析画像を区分けして取得するように撮像制御部２１を制御する。
【００２３】
画像処理部３０は、撮像装置１８によって取得された画像に対して、集積回路Ｓの故障解析に必要な画像処理を行う画像処理手段である。本実施形態における画像処理部３０は、画像記憶部３１と、発熱位相取得部（検出部）３２と、電圧位相取得部３３と、位相遅延取得部（位相差検出部）３４と、深さ情報演算部３５とを有して構成されている。撮像装置１８で取得された集積回路Ｓの画像は、画像処理部３０に入力され、必要に応じて画像記憶部３１に記憶、蓄積される。
【００２４】
発熱位相取得部３２は、時系列で複数得られた解析画像を基に、集積回路Ｓの表面の複数点において検出される発熱量の時間変化を示す発熱検出信号を取得し、電圧印加部１４によって印加されるバイアス電圧の位相の情報を基準とした発熱検出信号の位相の情報を取得する。
【００２５】
電圧位相取得部３３は、電圧印加部１４によって印加されるバイアス電圧の波形を同期制御部２３から受け取り、バイアス電圧の位相の情報を取得する。なお、バイアス電圧の位相の情報は、電圧印加部１４もしくは制御部２０によって取得され、電圧位相取得部３３に供給されてもよい。
【００２６】
位相遅延取得部３４は、発熱位相取得部３２によって取得された位相情報、及び、電圧位相取得部３３によって取得された位相情報を基に、バイアス電圧とそのバイアス電圧の印加時に検出された発熱検出信号との位相差を検出する。具体的には、位相遅延取得部３４は、発熱位相取得部３２及び電圧位相取得部３３によって取得された位相情報の差を計算する。ここで、位相遅延取得部３４は、複数の周波数に変更されたバイアス電圧のそれぞれに対応した発熱検出信号との位相差を検出する。なお、位相遅延取得部３４は、発熱検出信号の波形とバイアス電圧の波形とを対象に、ロックイン処理により位相差を直接得てもよい。
【００２７】
深さ情報演算部３５は、位相遅延取得部３４によって検出された複数の周波数のバイアス電圧に対応した位相差を基にして、集積回路Ｓにおける発熱点の深さ情報を演算する。すなわち、深さ情報演算部３５は、バイアス電圧の周波数から算出される変数である周波数の平方根に対する位相差の変化率を算出し、その変化率或いは変化率に所定定数を乗じた値を深さ情報として算出する。この所定定数は集積回路Ｓの材料の物性に依存した熱伝達に関する係数として予め設定される。このようにして算出された深さ情報は、集積回路Ｓの複数点にわたって検出される発熱点の深さを示し、集積回路Ｓの故障解析に用いられる。
【００２８】
このような画像処理部３０は、例えばコンピュータを用いて構成される。また、この画像処理部３０に対しては、入力装置３６及び表示装置３７が接続されている。入力装置３６は、例えばキーボードやマウス等から構成され、集積回路故障解析装置１における画像取得動作、故障解析動作の実行に必要な情報や動作指示の入力等に用いられる。また、表示装置３７は、例えばＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ等から構成され、集積回路故障解析装置１における画像及び故障解析に関する深さ情報等の各種情報の表示等に用いられる。
【００２９】
温度安定化部４０は、集積回路Ｓの表面の平均温度を安定化する機能を有する。図２は、温度安定化部の構成の一例を示す側面図である。同図に示すように、媒体供給部としての温度安定化部４０は、空気等の気体（媒体）を収容するエアタンク４１と、エアタンク４１から放出される気体の圧力を調整するレギュレータ（圧力調整弁）４２と、エアタンク４１からレギュレータ４２を経由して放出された気体Ｇを集積回路Ｓの表面に沿って流れるように導くエアホース４３と、集積回路Ｓの表面の温度を検出して、その温度が一定になるようにレギュレータ４２を制御する温度制御部４４とを含んで構成されている。このエアホース４３は、その放出口が集積回路Ｓの表面の端部に配置されてその表面に沿って中央部を向くように配置され、試料ステージ１０上の集積回路Ｓに対する相対的な位置が変わらないように、試料ステージ１０に対して固定されている。また、温度制御部４４は、集積回路Ｓの近傍に配置されたサーミスタ等の温度検出素子（図示せず）を含んでおり、温度検出素子によって検出された温度値が一定になるようにレギュレータ４２を制御することにより、エアホース４３から供給されるガスＧの圧力を増減させる。
【００３０】
図３は、温度安定化部４０の集積回路Ｓに対する気体の放出状態を示す平面図である。同図に示すように、温度安定化部４０のエアホース４３は、集積回路Ｓの表面上の一端部Ｓ１の幅よりも広い範囲で他端部Ｓ２に向けて気体Ｇを放出可能な大きさ及び形状を有している。これによって、温度安定化部４０は、集積回路Ｓの故障箇所Ｆをカバーする表面全体において気体Ｇの一方向に沿った流れを安定した圧力で発生させることができる。その結果、温度安定化部４０は、集積回路Ｓの表面全体の温度を所望の温度で安定化させることができる。
【００３１】
なお、この画像処理部３０については、制御部２０とともに単一の制御装置（例えば、単一のコンピュータ）によって実現される構成としてもよい。また、画像処理部３０に接続される入力装置３６及び表示装置３７についても、同様に、画像処理部３０のみでなく制御部２０に接続される入力装置及び表示装置として機能してもよい。
【００３２】
次に、集積回路故障解析装置１による集積回路Ｓに関する故障解析動作の手順を説明するとともに、本実施形態にかかる発熱点検出方法について詳述する。図４は、集積回路故障解析装置１による集積回路Ｓに関する故障解析動作の手順を示すフローチャートであり、図５〜図９は、集積回路故障解析装置１によって故障解析動作時に処理される信号波形の時間変化を示す図である。
【００３３】
まず、温度安定化部４０を動作させることによって、試料ステージ１０上に載置された集積回路Ｓの表面の平均温度を安定化させる（ステップＳ０１）。この温度安定化処理によって集積回路Ｓの表面の平均温度が安定化したことが、温度安定化部４０によって検出された後に、同期制御部２３によって電圧印加部１４から集積回路Ｓに対して低周波数（例えば、１Ｈｚ）で増減するバイアス電圧が印加するように制御される（ステップＳ０２）。これに対して、撮像制御部２１によって低周波数のバイアス電圧の印加タイミングに応じた画像を区分けして取得するように撮像装置１８が制御される。このようにして取得された集積回路Ｓの画像は、画像記憶部３１にいったん記憶された後、発熱位相取得部３２によって処理されることにより、複数点における発熱量の時間変化を示す発熱検出信号が取得される（ステップＳ０３）。
【００３４】
次に、同期制御部２３によって電圧印加部１４から集積回路Ｓに対して高周波数（例えば、２Ｈｚ）で増減するバイアス電圧が印加するように制御される（ステップＳ０４）。これに対して、撮像制御部２１によって高周波数のバイアス電圧の印加タイミングに応じた画像を区分けして取得するように撮像装置１８が制御される。このようにして取得された集積回路Ｓの画像は、画像記憶部３１にいったん記憶された後、発熱位相取得部３２によって処理されることにより、複数点における発熱検出信号が取得される（ステップＳ０５）。なお、ステップＳ０２，Ｓ０４で印加されるバイアス電圧の周波数は適宜変更されてもよいが、あまり高周波数になると熱伝達性や発熱量の場所依存性が出てきてしまうため１０Ｈｚ以下に設定することが好適である。また、変更するバイアス電圧の周波数は２種類には限定されず、３種類以上に変更してそれに応じて発熱検出信号が取得されてもよい。
【００３５】
図５には、ステップＳ０２，Ｓ０４で印加されるバイアス電圧の時間変化を示している。同図に示すように、低周波数の期間Ｐ１に連続して高周波数の期間Ｐ２が続くように同期制御部２３によって制御され、この期間Ｐ１と期間Ｐ２とのそれぞれにおいて発熱検出信号を取得する期間は、それらの期間との間で集積回路Ｓにおける温度が一定になり発熱量が変わらないようにするため、それぞれの期間Ｐ１，Ｐ２におけるバイアス電圧の印加開始からある程度の時間が経過するように設定される。なお、期間Ｐ１と期間Ｐ２の間に電圧を印加しない期間を設けてもよい。また、矩形波であるバイアス電圧の最大電圧Ｖ１及び最小電圧Ｖ２は、集積回路Ｓにおける発熱時の条件が同等になるように複数周波数間で同一値に設定され、バイアス電圧のデューティ比も、集積回路Ｓでの発熱量が同等になるように複数周波数間で同一値（例えば、５０％、７５％、…）に設定される。これは、集積回路Ｓでの発熱量を一定にしてサンプルの平均温度を一定にするためである。この場合、この期間Ｐ１と期間Ｐ２とのそれぞれにおいて発熱検出信号を取得する期間を連続させることも可能である。
【００３６】
図４に戻って、その後、ステップＳ０２，０４で集積回路Ｓに印加された低周波及び高周波のバイアス電圧の波形を対象にして、電圧位相取得部３３によって、それらの位相情報が取得される（ステップＳ０６）。それと同時に、ステップＳ０３，Ｓ０５で取得された低周波及び高周波のバイアス電圧の印加に対応する発熱検出信号を処理対象にして、発熱位相取得部３２によって、ステップＳ０６で取得されたバイアス電圧の位相の情報を基準としたそれらの位相情報が取得される（ステップＳ０７）。
【００３７】
さらに、位相遅延取得部３４によって、ステップＳ０６，０７で取得された位相情報の差を計算することによって、低周波数及び高周波数のバイアス電圧のそれぞれに関して発熱検出信号との位相差が検出される（ステップＳ０８）。次に、深さ情報演算部３５により、２つの周波数に対応した位相差を基に、周波数の平方根に対する位相差の変化率が算出され、その変化率に所定定数を乗じることで深さ情報が算出される（ステップＳ０９）。なお、この深さ情報は、集積回路Ｓの表面の複数点にわたって算出される。最後に、算出された深さ情報は、故障解析情報として処理されて表示装置３７に表示される（ステップＳ１０）。
【００３８】
ここで、集積回路故障解析装置１による発熱点の深さ情報の検出のメカニズムについて説明する。
【００３９】
図６において、（ａ）には、ある周波数で印加されるバイアス電圧の時間変化、（ｂ）には、それに応じて低熱容量／低熱伝達率の材料から成る集積回路Ｓにおいて検出される発熱検出信号の時間変化、（ｃ）には、それに応じて高熱容量／高熱伝達率の材料から成る集積回路Ｓにおいて検出される発熱検出信号の時間変化を示している。集積回路故障解析装置１の位相遅延取得部３４によって算出される位相差はＤ１であり、この位相差Ｄ１には、集積回路Ｓ内の発熱点の深さによって決まる位相のシフト分Ｄ２と、発熱の遅延と熱容量、熱伝達速度の違いによる位相のシフト分Ｄ３とが含まれている。位相差Ｄ１のうちシフト分Ｄ３は集積回路Ｓの熱伝達経路の材料によって大きく左右される。また、集積回路Ｓの空気への熱伝達率が表面の温度やそれに基づく対流によって決まることから、シフト分Ｄ３は集積回路Ｓの表面温度によっても大きく左右される。
【００４０】
この位相差Ｄ１の材料による違いは、次のように説明できる。集積回路Ｓ内部から一次元に伝わる熱量Ｑは、下記式（１）；
【数１】
0005743855.tif 000002
によって表される。ここで、ｘは発熱源から観測点（表面）までの距離（＝発熱点の深さ）、Ｑは観測点を通過していく熱量、ｗは角周波数(1/2πHz)、ｂは単位長さあたりの位相遅れ、ａは単位長さあたりの減衰率を示す。この熱量Ｑに対する温度Ｔは、比熱をｑ、密度をρとすると、変化量として、下記式（２）；
【数２】
0005743855.tif 000003
によって表される。
【００４１】
さらに、熱の拡散の方程式から、熱伝達係数をκとおくと、下記式（３）；
【数３】
0005743855.tif 000004
が導かれる。ここで、式（１）よりｘの２回微分の式として、下記式（４）；
【数４】
0005743855.tif 000005
が導かれ、式（２）、（３）より、下記式（５）；
【数５】
0005743855.tif 000006
がさらに導かれる。
式（４）、（５）より、下記式（６）；
【数６】
0005743855.tif 000007
のように表される。虚数ｉの平方根を計算して、下記式（７）；
【数７】
0005743855.tif 000008
と表される。上記式（７）より、虚数と実数は独立していることからａおよびｂは下記式（８）と表される。
【数８】
0005743855.tif 000009
位相遅延ｂは下記式（９）として計算される。
【数９】
0005743855.tif 000010
式（８）、（９）においてａ，ｂは虚数成分を持たないが、実際の観測において、位相遅れｂには、本来観察されないはずのオフセットが発生している。これは現実の計測には定数ａの虚数成分に相当する誤差が含まれることがあり、位相遅延量にはｉａによって表されるオフセットが発生していると判断される。
【００４２】
従来では、観測点（表面）で観測される発熱の位相遅延ｂｘが深さに比例すると考えて単純にこれを基に発熱源の深さを計算していた。しかしながら、上記計算結果から比例定数ｂの中には減衰率ａが含まれることが明らかになった。この減衰率ａは集積回路Ｓの内部の熱容量、発熱量、形状、印加バイアスの周波数等々に依存する。このため、従来手法では、集積回路Ｓのどの位置で観測したかにより定数ａが変化してしまい、常に正確な発熱源の深さを計算することは困難である。これに対し、本実施形態にかかる発熱点検出方法では、集積回路Ｓのパッケージ内部からの発熱検出信号について、減衰率ａの値が数Ｈｚ以下の低い印加バイアスの周波数において、周波数の平方根に対してほぼ変化がないことを利用する。このとき適用可能な周波数は、集積回路Ｓに依存して上限値が変化するが、４Ｈｚ以下程度であることが好ましい。
【００４３】
すなわち、本実施形態にかかる発熱点検出方法で検出される深さ情報は、位相遅延ｂｘの周波数の平方根に対する傾きであり、下記式（１０）；
【数１０】
0005743855.tif 000011
で示される値である。この値は、物性により決まる定数ρ、ｑ、κにのみ依存し、減衰率ａの影響が除去できる。
【００４４】
ここで、減衰率ａには、集積回路Ｓ表面での熱伝達率の変化に伴う変化も生じる。そして、集積回路Ｓから空気への熱伝達率は、表面の温度やこれに基づく対流によって変化する。そこで、上記式（１０）で計算される深さ情報の精度を高めるために、集積回路Ｓ表面での温度が安定化するように温度安定化部４０が備えられる。
【００４５】
また、深さ情報に誤差を生じさせる要因として、集積回路Ｓの温度の時間的な変化も挙げられる。画像処理部３０でのデータ取得の際に集積回路Ｓの温度が継続して上昇した場合、位相を計測する際に本来の位相の検出とは別に、温度上昇に伴う波形の傾斜も別の波として検出される。この様子を図７に示す。同図に示すように、表面で温度上昇が生じている場合の集積回路Ｓにおいて検出される発熱検出信号の時間変化（図７（ａ））は、表面温度が安定状態にある場合の集積回路Ｓにおいて検出される発熱検出信号の時間変化（図７（ｂ））に、温度上昇に対応した傾斜をもつ発熱検出信号の時間変化（図７（ｃ））を加えたものとなる。このような温度上昇の発生時の発熱検出信号を対象に、位相情報を取得する場合には、複数の波が合波された別の波の位相を計算してしまうため、深さ情報に誤差が生じる。そこで、集積回路Ｓの表面温度を安定化させて表面温度の時間的な変化が少ない状態で発熱検出信号を取得可能にするためにも、温度安定化部４０が備えられる。
【００４６】
図８（ａ）には、温度安定化部４０による温度安定化処理を行わない場合に集積回路故障解析装置１によって取得される発熱検出信号の時間変化を示しており、図８（ｂ）には、温度安定化部４０による温度安定化処理を行った場合に集積回路故障解析装置１によって取得される発熱検出信号の時間変化を示している。このように、温度安定化処理を行えば、ある程度の時間経過後に温度変化による傾斜を含まない発熱検出信号を検出開始することによって、取得される位相差の変動が低減されて精度の高い安定した深さ情報の算出が可能になる。
【００４７】
図９において、（ａ）には、１Ｈｚの低周波数で印加されるバイアス電圧の時間変化、（ｂ）には、それに応じて集積回路Ｓにおいて検出される発熱検出信号の時間変化、（ｃ）には、２Ｈｚの高周波数で印加されるバイアス電圧の時間変化、（ｄ）は、それに応じて集積回路Ｓにおいて検出される発熱検出信号の時間変化を示している。集積回路故障解析装置１においては、位相遅延ｂｘに対応する遅延は、それぞれの周波数において遅延量Ｄ１として観測される。この遅延量Ｄ１には、発熱点の深さによって決まる位相のシフト分Ｄ２と、減衰率ａによって決まる位相のシフト分Ｄ３が含まれている。
【００４８】
図１０には、集積回路故障解析装置１において、集積回路Ｓに印加されるバイアス電圧の角周波数ｗの平方根と、観測される位相遅延ｂｘとの関係を示している。同図に示すように、低角周波数ｗ１及び高角周波数ｗ２で観測される位相遅延Ｄ１には、それぞれ、シフト分Ｄ２とシフト分Ｄ３とが含まれている。そこで、角周波数ｗの平方根に対する位相遅延ｂｘの傾きを計算することにより、減衰率ａによって決まるシフト分Ｄ３を除去して、発熱点の深さによって決まるシフト分Ｄ２によって決まる、集積回路Ｓ内部の熱容量、発熱量、位置に依存しない深さ情報を見積もることができる。
【００４９】
以上説明した集積回路故障解析装置１及びそれを用いた発熱点検出方法によれば、集積回路Ｓから、低周波数のバイアス電圧の印加に応じた発熱検出信号が検出され、高周波数のバイアス電圧の印加に応じた発熱検出信号が検出される。そして、低周波数のバイアス電圧と発熱検出信号との間の位相差、及び高周波数のバイアス電圧と発熱検出信号との間の位相差が検出され、周波数の平方根に対する位相差の変化率から、発熱点の深さ情報が得られる。これにより、発熱点の位置によって変化する発熱量の時間変化のオフセット分が相殺されて深さ情報が計算されるので、発熱点の位置に依存せずに高精度の深さ情報が得られる。また、バイアス電圧の周波数から算出される変数に対する位相差の変化率を得ることで、発熱点の発熱量、集積回路の内部構造、及びバイアス電圧の周波数に依存しない深さ情報も得ることができる。
【００５０】
すなわち、バイアス電圧と発熱検出信号との間の位相遅延ｂｘには、発熱源からの熱量、集積回路Ｓ内における発熱点の位置、集積回路の内部構造や熱容量等に依存する発熱検出波形の変形が生じるため、それに伴う変動が含まれる。したがって、位相遅延ｂｘを直接評価したのでは正確な発熱点の深さを計算することができない。例えば、集積回路Ｓの中央であれば正確な深さを計算できるパラメータであっても、それをそのままサンプルエッジに使用すると大きな誤差を生じさせる。このような誤差は、熱の伝わる速度の違いと、熱の伝わる範囲の熱容量の合計値の違いと、そして、集積回路Ｓの表面での熱伝達率の非線形性によって発生する。具体的には、熱容量が大きく、熱の伝わる速度が早くなるに従って、図６に示すように変化する。位相遅延ｂｘには、発熱源からの位相遅れに対応するシフト分Ｄ２とは別に、応答波形の変形に伴うシフト分Ｄ３が最小で０度から最大で９０度まで発生する。これが余計なオフセットとなり、正確な深さの計算を困難にしていた。本実施形態によれば、このような余分なオフセットを除去して正確な深さ情報を得ることができる。
【００５１】
また、集積回路Ｓに印加される複数の周波数のバイアス電圧の振幅及びデューティ比は、互いに等しく設定されるので、発熱点での発熱量をより均一にすることができ、深さ情報のバイアス電圧の周波数に対する依存性をより低減することができる。その結果、さらに正確な深さ情報を取得することができる。
【００５２】
さらに、集積回路Ｓの全体の表面の平均温度が一定温度で安定化された上で検出された複数の周波数の電気信号に対する熱的応答を基に深さ情報が計算される。これにより、熱伝達率の変化に伴うオフセットの変動、及び集積回路Ｓの温度の時間的な変化に伴う位相差の誤差を低減することができるので、発熱点の位置に依存せずに高精度の深さ情報が安定して得られる。特に、赤外線の輻射強度は集積回路Ｓが高温であるほど大きくなるため、撮像装置１８が飽和しない範囲で集積回路Ｓの表面の平均温度をより高温で安定化させることにより、集積回路Ｓの温度振幅が一定であっても検出信号の振幅を大きくしＳ／Ｎを向上させることができる。
【００５３】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、集積回路Ｓに印加されるバイアス電圧の波形は、矩形波には限定されず、正弦波や三角波のように電圧が周期的に増減する他の波形に変更してもよい。
【００５４】
また、バイアス電圧の最大値Ｖ１及び最小値Ｖ２も集積回路Ｓに種類に応じて適宜変更されてもよい。ただし、１つの集積回路Ｓに対して複数の周波数に変更する際の最大値Ｖ１及び最小値Ｖ２は一定に設定することが望ましい。
【００５５】
また、バイアス電圧の周波数を増減させると発熱検出信号の振幅が変化するため、計測する最低周波数における振幅が計測可能範囲を超えないようにする必要がある。そこで、発熱検出信号の振幅が計測可能範囲を超えた場合に自動的に検出してエラー出力する機能を集積回路故障解析装置１に設けてもよい。
【００５６】
また、集積回路Ｓの表面の平均温度を安定化する温度安定化部４０は、以下のような構成であってもよい。
【００５７】
例えば、図１１及び図１２に示すように、気体を放出するエアホース４３に加えて、エアホース４３の放出口に対向する吸入口を有し、気体を吸入するエアホース４５を追加して、集積回路Ｓの表面に沿って気体を循環可能な構成を採用してもよい。この場合、エアホース４３とエアホース４５とは、故障箇所Ｆを確実にカバーする表面上の領域Ａ１を挟んで対向するように配置される（図１２）。このような構成の温度安定化部４０によれば、集積回路Ｓの表面上の領域Ａ１における気流を一定にして、集積回路Ｓの表面全体の温度を均一にすることができ、安定した深さ情報の検出が実現される。また、温度安定化部４０からは必ずしも冷却された媒体（冷却用熱媒体）を供給する場合には限定されず、集積回路Ｓの表面温度を安定化することが可能であれば、加熱された媒体（加熱用熱媒体）を供給してもよい。
【００５８】
また、図１３に示す本発明の変形例にかかる温度安定化部４０Ａのように、集積回路Ｓの表面上に、平板状の高熱伝導板（基板）４６を、オイル等の高熱伝導率の塗布剤４７を介して接合し、その高熱伝導板４６の表面上の両端部に２つの冷却素子（温度調整部材）４８，４９を搭載したような構成であってもよい。このように集積回路Ｓに近接配置された高熱伝導板４６は、集積回路Ｓの表面全体を覆うような大きさ及び形状を有し、ダイヤモンド、Ｓｉ、ＳｉＣ等の高い熱伝導率を有し、かつ、赤外領域に対して透過性を有する材料によって構成される。２つの冷却素子４８，４９は、ペルチェ素子等の冷却素子であり、集積回路Ｓの表面近傍に配置されたサーミスタ等の温度検出素子（図示せず）を含んでおり、温度検出素子によって検出された温度値が一定になるように温度を調整する。この冷却素子４８，４９は、ヒータ素子等の加熱素子に置換されてもよいし、熱媒体を集積回路Ｓの表面に沿って循環させるような管路に置換されてもよい。このような冷却素子４８，４９が高熱伝導板４６に近接して配置された温度安定化部４０Ａによれば、集積回路Ｓの表面全体の温度をより一層安定化させることができる。
【００５９】
また、図１４に示す本発明の変形例にかかる温度安定化部４０Ｂのように、集積回路Ｓの表面上に所定の空隙を空けて平板状の高熱伝導板４６を配置し、試料ステージ１０と高熱伝導板４６との間の両端部に、集積回路Ｓの表面上の空隙に一方向に向けてオイル等の熱媒体を供給する一対の媒体放出部５０及び媒体吸入部５１を設けたような構成であってもよい。このような媒体放出部５０及び媒体吸入部５１が高熱伝導板４６に近接して配置された温度安定化部４０Ｂによっても、集積回路Ｓの表面全体の温度をより一層安定化させることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１…集積回路故障解析装置、１４…電圧印加部（電気信号供給部）、１８…撮像装置、２０…制御部、２１…撮像制御部、２２…ステージ制御部、２３…同期制御部、３０…画像処理部、３１…画像記憶部、３２…発熱位相取得部（検出部）、３３…電圧位相取得部、３４…位相遅延取得部（位相差検出部）、３５…深さ情報演算部、４０，４０Ａ，４０Ｂ…温度安定化部、４１…エアタンク、４２…レギュレータ（媒体供給部）、４３…エアホース（媒体供給部）、４４…温度制御部（媒体供給部）、４６…高熱伝導板（基板）、４８，４９…冷却素子（温度調整部材）、５０…媒体放出部（媒体供給部、温度調整部材）、５１…媒体吸入部（温度調整部材）、Ｓ…集積回路。
【図１】
0005743855.tif 000012
【図２】
0005743855.tif 000013
【図３】
0005743855.tif 000014
【図４】
0005743855.tif 000015
【図５】
0005743855.tif 000016
【図６】
0005743855.tif 000017
【図７】
0005743855.tif 000018
【図８】
0005743855.tif 000019
【図９】
0005743855.tif 000020
【図１０】
0005743855.tif 000021
【図１１】
0005743855.tif 000022
【図１２】
0005743855.tif 000023
【図１３】
0005743855.tif 000024
【図１４】
0005743855.tif 000025