(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロックインサーモグラフィ（ＬＩＴ）により多層被検査デバイス（ＤＵＴ）における下層から上層まで異なる深度の層に埋没している電気回路の複数のホットスポットを位置特定するための方法であって、
前記ホットスポットを励起するために前記ＤＵＴの前記電気回路に高さの異なる複数の周波数の検査信号を印加し、
前記検査信号を前記電気回路に印加しながら、前記ＤＵＴの前記上層の上面を時限間隔で撮影することで、前記ＤＵＴにおける前記ホットスポットからの熱の伝搬に相関する前記ＤＵＴのＩＲ画像を取得し、
前記ＤＵＴから取得された前記画像から前記時限間隔で熱応答信号を検出し、
前記検査信号の周波数に関連して前記ＤＵＴの前記上面におけるホットスポット画像の発現における変化を特定する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記検査信号の周波数に関連して前記ＤＵＴの前記上面におけるホットスポット画像の消滅のタイミングを特定することでホットスポット画像の発現における変化を特定する方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
１つの特定の深度曲線において横方向に近接する少なくとも２つのホットスポットにより生成される楕円形のホットスポット画像が前記検査信号の周波数に関連して２つの分離されたホットスポット画像に変化するのを特定することで、ホットスポット画像の発現における変化を特定する方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、
異なる深度レベルにおいて横方向に近接する少なくとも２つのホットスポットにより生成される楕円形のホットスポット画像が前記検査信号の周波数に関連して２つのホットスポットの１つにより生成された分離ホットスポット画像に変化するのを特定することで、ホットスポット画像の発現における変化を特定する方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、
時限間隔での前記ＤＵＴの上面の撮影は、先行する時限間隔の終了時に生成された前記ＤＵＴの上面の画像を後続の時限間隔の終了時に撮影される前記ＤＵＴの上面の画像で平均化することを含む方法。
【請求項６】
請求項２に記載の方法において、
前記検出した熱応答信号の信号対ノイズ比を特定し、
前記熱応答信号の前記信号対ノイズ比が所定の基準値を上回るホットスポットの存在を検出する方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、
１つ若しくは複数のホットスポットの１つ若しくは複数の画像、または、前記検査信号の周波数に関連して前記ＤＵＴの前記上面におけるホットスポット画像の消滅のタイミングをモニターに表示する方法。
【請求項８】
ロックインサーモグラフィ（ＬＩＴ）により多層被検査デバイス（ＤＵＴ）における下層から上層の異なる深度の層に埋没している電気回路の複数のホットスポットを位置特定するためのシステムであって、
前記複数のホットスポットを励起するために前記ＤＵＴの電気回路に印加される高さの異なる複数の周波数の検査信号に対応する同期信号を受信するための同期信号入力部と、
前記高さの異なる複数の周波数の一つの前記検査信号を前記電気回路に印加しながら、前記ＤＵＴの前記上層の上面を同期信号に対応する時限間隔で撮影することにより、前記ＤＵＴにおける前記ホットスポットからの熱の伝搬に相関する前記ＤＵＴのＩＲ画像を取得するための赤外線カメラと、
前記赤外線カメラからデータを受信し、時限間隔で熱応答信号を検出するために前記赤外線カメラのＩＲ画像を使用し、前記熱応答信号の周波数に関連して前記ＤＵＴの前記上面におけるホットスポット画像の発現における変化を特定するように構成されたプロセッサとを備えるシステム。
【請求項９】
請求項８のシステムにおいて、
前記プロセッサは、前記熱応答信号の周波数に関連して前記ＤＵＴの前記上面におけるホットスポット画像の消滅のタイミングを特定することでホットスポット画像の発現における変化を特定するように構成されたシステム。
【請求項１０】
請求項８のシステムにおいて、
前記プロセッサは、横方向に近接して位置する少なくとも２つのホットスポットにより生成される楕円形のホットスポット画像が熱応答信号の周波数に関連して２つの分離されたホットスポット画像へ変化するのを特定することにより、ホットスポット画像の発現における変化を特定するように構成されたシステム。
【請求項１１】
請求項８のシステムにおいて、
前記プロセッサは、横方向に近接して位置する少なくとも２つのホットスポットにより生成される楕円形のホットスポット画像が熱応答信号の周波数に関連して１つのホットスポットにより生成された分離ホットスポット画像へ変化するのを特定することにより、ホットスポット画像の発現における変化を特定するように構成されたシステム。
【請求項１２】
請求項８に記載のシステムにおいて、
時限間隔での前記ＤＵＴの上面の前記撮影中に、先行する時限間隔の終了時に生成されたＤＵＴの上面の画像は、後続の時限間隔の終了時に撮影されたＤＵＴの上面の画像で置換されるシステム。
【請求項１３】
請求項９に記載のシステムにおいて、
前記検出した熱応答信号の信号対ノイズ比を特定し、
前記熱応答信号の前記信号対ノイズ比が所定の基準値を上回るホットスポットの存在を検出するシステム。
【請求項１４】
請求項８に記載のシステムにおいて、
１つ若しくは複数のホットスポットの１つ若しくは複数の画像、または、前記熱応答信号の周波数に関連して前記ＤＵＴの前記上面におけるホットスポット画像の消滅のタイミングを表示するためのモニターをさらに備えるシステム。
【請求項１５】
電気デバイスにおける複数のホットスポットの位置特定および解像のための方法において、
前記電気デバイスに、高さの異なる周波数をそれぞれ有する複数の検査信号を印加し、
複数の検査信号の各々を選択して印加しながら、複数の検査信号の各々について複数の赤外線（ＩＲ）画像を撮影し、
複数の検査信号の各々について、複数の赤外線（ＩＲ）画像の少なくとも１つを代表画像として選択することにより、複数の検査信号の選択された順に対応する周波数の昇順で配置された一連の代表画像を生成し、
前記一連の代表画像における各ホットスポットの発現における変化を解析することにより、電気デバイスにおけるホットスポットを位置特定し、解像する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロックインサーモグラフィ（ＬＩＴ）を用いて異常を位置特定する、より具体的には、様々な検出された異常を区別するための技術に関する。具体的な例は、半導体集積回路（技術的には被検査デバイス（ＤＵＴ）と称される）における異常を、該ＤＵＴに埋設された電気回路における異常により引き起こされるホットスポットを検出することによって位置特定し、解像するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
CHRISTIANSCHMID et al: “Non-destructive defect depth determinationat fully packaged and stacked die devices using Lock-in Thermography”、PHYSICALANDFAILURE ANALYSIS OF INTEGRATED CIRCUITS (IPFA, 2010)、proceedings 17th IEEE International Symposium on the IEEE、NJ、USA、July 5, 2010(2010-07-05)、pages 1 to 5、XP 031720074、ISBN 978-1-4244-5596-6の文献に、単一チップおよび積層ダイアーキテクチャにおける熱活性埋没欠陥を、ロックインサーモグラフィ（ＬＩＴ）を使用して３Ｄ位置特定するための非破壊的な手法が示されている。この文献は、位相ずれを使用して熱活性埋没欠陥の深度を推定することも記載している。基本の主要関心事項は、異なる材料層を通る熱波伝搬および生じる位相ずれである。これに基づき、３Ｄ欠陥位置特定へのＬＩＴ適用が説明され、完全密封の単一チップおよび積層ダイデバイスの双方が、理論的および実験的データ（結果）と比較しながら考察される。
【０００３】
国際公開第２０１１／１５６５２７Ａ１号は、ロックインサーモグラフィを用いる３次元ホットスポット位置特定に言及している。ロックインサーモグラフィは、画素デュアルチャネルロックイン相関と組み合わせたＩＲ感知カメラを用いて、直接赤外線画像により試料の全域でごく僅かな温度変動を検出することができる。定量的ＬＩＴ解析および埋没した熱源の３次元位置のために、熱波伝搬の基本原理、並びに、ホットスポット領域上方の１つまたは複数の材料層の熱的および幾何学的な特性の依存関係を理解する必要がある。国際公開第２０１１／１５６５２７Ａ１号のシステムおよび方法では、様々なロックイン周波数での位相ずれ値を測定するために、複数の様々なロックイン周波数で検査信号が試料に印加される。位相ずれは、材料における熱伝搬の結果であり、それゆえ、ホットスポットが発生した深度を示している。また、周波数対位相曲線が得られる。この周波数対位相曲線から、試料における欠陥の深度が特定されてもよい。このような周波数対位相曲線は、ホットスポットを引き起こす欠陥の正確な３次元位置を、ＤＵＴの構造の数学的なモデルを用いて計算するのに役立つ。欠陥のこの正確な位置特定は、欠陥を引き起こす回路素子の特定にも役立つ可能性がある。
【０００４】
ＤＵＴの検査および試験の際に、ホットスポットを引き起こす欠陥の一般的な深度位置を特定すればよく、この情報を使用してＤＵＴの更なる検査および解析を設計することができる。例えば、イオンミリングなどの方法を使用して、ＤＵＴの層構造の部分を除去することで、さらなる撮像および／または編集のために欠陥を露出してもよい。ミリングの適切な位置および深度を、ホットスポット位置特定によって決めることができる。さらに、欠陥のおよその深度位置を知ることにより、欠陥の特徴および／または原因、および、欠陥が発生した回路の部分をおおまかに想定することもできる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記考察された従来技術に鑑み、多層被検査デバイス（ＤＵＴ）の様々な層に異なる深度レベルで埋没している電気回路のホットスポットの深度位置を予め特定するための方法およびシステムの絶対的な必要性がある。例えば、従来技術の１つの問題は、ＩＲ撮影の取得可能な光学解像度である。特に、複数のホットスポットが空間的に互いに非常に近接している場合、これらは単一のスポットとして画像に発現する場合がある。同様に、２つまたはそれ以上の異常が異なるレベル／深度にあるが、空間的に非常に接近して重なり合っている場合、これらの異常が単一のスポットとして発現する場合もある。したがって、実際には２つまたはそれ以上の異常が存在している場合に、検査者は、単一の異常が存在していると信じ、その単一の異常を検査することに全ての注意を向けてしまうであろう。
【０００６】
以下の発明の概要は、本発明のいくつかの局面と特徴の基本を理解するためのものである。当該概要は、本発明の外延的概要ではなく、したがって本発明の要点および決定的要素を具体的に特定したり、本発明の範囲を詳述したりする意図はない。後述の詳細な説明への導入として本発明のいくつかの概念を簡略化した形態で提示するに過ぎない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によれば、ロックインサーモグラフィ（ＬＩＴ）により多層被検査デバイス（ＤＵＴ）における下層から上層まで異なる深度の層に埋没している電気回路の複数のホットスポットを位置特定するための方法であって、前記ホットスポットを励起するために前記ＤＵＴの前記電気回路に多重周波数の検査信号を印加し、前記多重周波数の一つの前記検査信号を前記電気回路に印加しながら、前記ＤＵＴの前記上層の上面を時限間隔で撮影することで、前記ＤＵＴにおける前記ホットスポットからの熱の伝搬に相関する前記ＤＵＴのＩＲ画像を取得し、前記ＤＵＴから取得された前記画像から前記時限間隔で熱応答信号を検出し、前記検査信号の周波数に関連して前記ＤＵＴの前記上面におけるホットスポット画像の発現における変化を特定する方法が提供される。本方法により、ＤＵＴの層構造の様々な層の中に何個の欠陥があるか、およびどの層に欠陥が生じているかについての情報を得ることができる。このような情報は、ＤＵＴの検査においてさらなる手順、例えば、上記で概説した非破壊欠陥検査に破壊検査を追加するとすれば、どのように層を除去するか、およびどの層を最初に除去するかを決めるのに有利である。
【０００８】
本発明の有利な一観点によれば、前記検査信号の周波数に関連して前記ＤＵＴの前記表面におけるホットスポット画像の消滅のタイミングを特定することでホットスポット画像の発現における変化を特定する。ＤＵＴにおける欠陥から来る熱波が欠陥からＤＵＴの表面に到達するために必要な時間についての結果を得るために特定の基準強度値も使用できるが、ＤＵＴの上面におけるホットスポット画像の発現を撮影することで、熱波のＤＵＴの欠陥からＤＵＴの上面までの実行時間を特定するためのよく定義された時点、言い換えれば、ＤＵＴにおける欠陥の深度位置を提供する。この情報を効果的に利用して、各ＤＵＴの試験において更なる手順を特定すること、特に、特定の欠陥に到達してこのような欠陥をさらに明らかにし、解析するためにＤＵＴのどちら側から層を除去し始めるかを決めることができる。
【０００９】
本発明の有利な一観点によれば、１つの特定の深度レベルにおいて横方向に近接する少なくとも２つのホットスポットにより生成される楕円形のホットスポット画像が前記検査信号の周波数に関連して２つの分離されたホットスポット画像に変化するのを特定することで、ホットスポット画像の発現における変化を特定する。２つの欠陥が横方向に互いに近接している場合、ＤＵＴへの上面に生じる赤外線画像は、楕円からほぼ円形を有し、２つの欠陥があるのか１つの欠陥があるのかは欠陥の画像の調査からは不明である。ＤＵＴの試験をさらに計画するために、何個の欠陥が、最終的にはＤＵＴの上面からＩＲ写真撮影により観察される画像となる熱波を引き起こしたかを知ることは非常に有利である。本発明の方法を効果的に使用して、多重周波数で検査信号を印加することにより２つのホットスポットの画像を分離することができ、その結果、検査信号周波数が上昇するにつれてホットスポットの分離がより鮮明になる。
【００１０】
本発明の有利な一観点によれば、異なる深度レベルにおいて横方向に近接する少なくとも２つのホットスポットにより生成される楕円形のホットスポット画像が前記検査信号の周波数に関連して２つのホットスポットの１つにより生成された分離ホットスポット画像に変化するのを特定することで、ホットスポット画像の発現における変化を特定する。２つの横方向に近接するホットスポットの前述の分離に加えて、検査信号周波数が上昇を続けると、２つの横方向に近接するホットスポットの１つが最終的に消滅し、残りのホットスポットのほうが消滅した画像を引き起こしたホットスポットよりもＤＵＴの上面に近いことを示している。
【００１１】
本発明の有利な一観点によれば、時限間隔での撮影は、低減された信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ）の画像を得るためにライブ画像を連続的に平均化することを含む。この特徴によると、先行する時限間隔の終了に対応するＤＵＴの表面の画像は、後続の時限間隔の終了時に撮影されるＤＵＴの表面の画像によって平均化される。より多くの画像が撮影されるため、これらの画像は連続的にまとめられ少しずつ平均化される。応答信号が同じままであるため、ノイズはこの平均化処理により時間とともに取り消される。本発明のこの有利な形態は、リアルタイムで実施されるロックインサーモグラフィ法を向上する。
【００１２】
本発明の有利な一観点によれば、ホットスポットの発現が変化した時点のＤＵＴの上面の画像は、後で表示するために中間格納部に別々に格納される。時限間隔で撮影された画像は各時限間隔の後に置換されるが、格納された画像はこの検査方法の結果の更なる情報としての表示の基礎である。
【００１３】
本発明の有利な一観点によれば、前記検出した熱応答信号の信号対ノイズ比を特定し、前記熱応答信号の前記信号対ノイズ比が所定の基準値を上回るホットスポットの存在を検出する。熱応答信号の信号対ノイズ比は、効果的には、ＤＵＴの上面におけるホットスポットの画像の消滅を特定するための信頼性のある措置である。ガウス分布曲線のような、基本の楕円形を有する信号の信号対ノイズ比、およびノイズ成分（リップル）を特定するための方法は、信号処理の分野では周知であり、信号対ノイズ比をどのように測定し、評価するかについて明確な定義がある。したがって、信号対ノイズ比は、ホットスポットに関連する画像が消滅する時点を定義するための有利な選択肢である。
【００１４】
本発明の有利な一観点によれば、本方法は、１つ若しくは複数のホットスポットの１つ若しくは複数の画像、または、前記検査信号の周波数に関連して前記ＤＵＴの前記上表面におけるホットスポット画像の消滅のタイミングをモニターに表示する。これにより、操作者に有利な情報が提供されて操作者は検査手順をさらに制御し変更できるようになる。
【００１５】
本発明の一観点によれば、ロックインサーモグラフィ（ＬＩＴ）により多層被検査デバイス（ＤＵＴ）における下層から上層まで異なる深度の層に埋没している電気回路の複数のホットスポットを位置特定するためのシステムは、前記複数のホットスポットを励起するために前記ＤＵＴの前記電気回路に多重周波数の検査信号を印加するための励振源と、前記検査信号を前記電気回路に印加しながら、前記ＤＵＴの前記上層の上面を時限間隔で撮影することで、前記ＤＵＴにおける前記ホットスポットからの熱の伝搬に相関する前記ＤＵＴのＩＲ画像を取得するための赤外線カメラと、赤外線カメラからデータを受信し、時限間隔で熱応答信号を検出するために赤外線カメラの画像を使用し、前記熱応答信号の周波数に関連して前記ＤＵＴの前記上面におけるホットスポット画像の発現における変化を特定するように構成されたプロセッサとを備える。
【００１６】
本発明の有利な一観点によれば、本システムは、１つまたは複数のホットスポット画像の１つまたは複数の形状、または、熱応答信号の周波数に関連してＤＵＴの表面におけるホットスポット画像の消滅のタイミングを表示するためのモニターをさらに備える。
【００１７】
本発明の有利な一観点によれば、プロセッサは、上記の好ましい方法を実施するように構成されている。
【００１８】
本発明の方法およびその有利な形態の考察から分かるように、多層被検査デバイスにおけるホットスポットを位置特定するための上記システムは、本発明の方法の実施のための有利なシステムおよびその有利な形態である。
【００１９】
本発明の形態はカプセル化された集積回路に関するものであるが、本発明は、バッテリ、太陽電池、電力デバイス、ＬＥＤなどの電気的刺激によりホットスポットを生成する他のデバイスの検査にも適用可能である。したがって、ＤＵＴの調査に関する考察をこれらのデバイスにも適用することができる。
【００２０】
本発明のさらなる利点、特徴、および潜在的な用途は、図面に記載の形態に関連して、以下の説明から得られる。
【００２１】
明細書、請求項、および図面を通して、これらの用語および関連する参照符号は、添付の参照符号リストの通りに使用される。この明細書に組み込まれ、且つ、明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の形態を例示し、説明と共に、本発明の原理を説明し例示する役割を果たす。図面は、図表形式で実施例の主な特徴を説明するものである。図面は、実際の形態の全ての特徴を記載することも、記載した要素の相対的な寸法を記載することも意図しておらず、したがって、縮尺通りではない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の実施形態の方法を実施するためのシステムの概要を示す図である。
【図２】図２は、複数の層を有し、異なる層に複数のホットスポットが位置する、被検査デバイスＤＵＴの概略的断面図である。
【図３】図３Ａ〜Ｃは、ＤＵＴの異なる深度位置に在る複数のホットスポットの概略的平面図すなわちＩＲ画像である。
【図４】図４Ａ〜Ｄは、複数の層の１つに２つの近接するホットスポットを有する他のＤＵＴの概略的平面図すなわちＩＲ画像である。
【図５】図５Ａ〜Ｄは、ＤＵＴの異なる層に２つの近接するホットスポットを有する他のＤＵＴの概略的平面図すなわちＩＲ画像である。
【図６】図６は、一実施形態に係る、ＤＵＴにおける異常を位置特定し、解像するために実施してもよい工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下では、本発明は、ＤＵＴを参照して説明される。ＤＵＴは、本発明を適用してもよい試料の具体例である。
【００２４】
ホットスポット位置特定のための全体的システム
図１はＬＩＴを実施するためのシステムを概略的に示し、このシステムは以下で説明するような発明の方法を実施するために使用されてもよい。被検査デバイス（ＤＵＴ）１２は、励振源１４により生成されたロックイン周波数で励振信号２２により刺激される。励振信号のロックイン周波数は、中央処理装置１８により設定される。一般的なサーモグラフィは正弦曲線の信号を用いて実施されてもよいが、ＤＵＴはデジタルデバイスであるため、励振信号２２は、ＤＵＴ内の様々な活性素子、例えば、トランジスタをオンおよびオフするために設計された電気的な矩形波信号または方形波信号である。矩形波信号および方形波信号の双方において、振幅は、周波数が１周期当たりの遷移の数、例えば、１秒当たりの遷移の数であるように、固定された最大値及と最小値との間で瞬間的に交代する。
【００２５】
同期信号２４は、中央処理装置１８から出力され、励振源１４へ送信される。励振源１４が同期信号２４を用いて所望のロックイン周波数の励振信号２２を生成できるようであれば、同期信号２４を所望のロックイン周波数に設定することがもっとも簡単であるが、同期信号２４は別の周波数に設定されてもよい。励振信号がＤＵＴ１２へ流入する電流を引き起こすと、ＤＵＴ１２の内部の異常が局所的ホットスポットを引き起こす。次に、ホットスポットからの熱は、ＩＲカメラ１６に対向するＤＵＴ１２の表面に到達するまでＤＵＴ１２の内部を伝搬する。ＤＵＲ１２の表面からＩＲカメラ１６へ出力された熱線２８を使用して、ＤＵＴの表面のＩＲ画像を撮影し、プロセッサ３０を含む中央処理ユニット１８へ画像信号２６を出力する。カメラ１６のフレームレートは、通常、ロックイン周波数を考慮して選択される。デュアルチャネルＩＲカメラでは、カメラのフレームレートは、ロックイン周波数の４倍である。図１の構成では、ＤＵＴ１２内部のホットスポットの空間的および深度の位置特定を確認できる。図１の構成のプロセッサ３０は、以下で説明するように本発明において必要とされる処理を行うように構成されている。
【００２６】
多層ＤＵＴにおけるホットスポット位置特定の例
図２は、複数の層（本実施例では層１から層６）と異なる層に位置する複数のホットスポット（本実施例ではホットスポット１からホットスポット４）とを有する被検査デバイスＤＵＴの概略的な断面を示す。図２においてホットスポット１から４は、ホットスポットを作成する異常の位置に対応する中実の中点として描かれ、中点の周囲のエリアは、破線として描写されてホットスポットの中実の中点から発生する熱の横方向の拡散を示す。図２から分かるように、ホットスポット１は層１と層２との間に、ホットスポット２および３は層３と層４との間に、ホットスポット４は層５と層６との間に位置し、このようなホットスポットは、層の間または層の上の電気回路（図示せず）における欠陥から定期的に生じる。
【００２７】
ＬＩＴ法を使用して、ＤＵＴの内部のホットスポットの横方向位置および深度位置を非破壊的に特定することができる。横方向の位置は空間ＩＲ画像から取得され、生じる位相ずれを用いてホットスポット深度を特定することができる。具体的には、印加される信号がＤＵＴ内部に電流を作成すると、異常に貫流する電流がホットスポットを作成し、各ホットスポットの周囲の破線アーチにより示されるように、ホットスポットの熱が表面へ向かって伝搬する。しかしながら、ＩＲカメラにより撮影される表面にホットスポットが発現するには時間がかかる。発光時間とホットスポットが表面に発現する時間との間のこの時間遅延は、ホットスポットの深度を特定するために、熱が表面へ到達するために伝搬しなければならない異なる層の材料特性を考慮して使用される位相ずれである。
【００２８】
層１から層６の積層体の内部の３Ｄホットスポット位置特定のために、ホットスポット位置に生成される熱波は、シリコン、モールド化合物などのさまざまな厚さおよび材料特性を有するさまざまな材料層に伝搬する必要がある。結果として、欠陥のあるＤＵＴのさまざまな層におけるホットスポット深度位置に応じて、ＤＵＴ表面までの距離だけではなく熱拡散長までもが変化する。それゆえ、積層のより下層のダイのホットスポットで生成された熱波は、ＤＵＴの上面の近くのホットスポットで生成される熱波と比較して多くの材料層を通ることとなる。光学的には単一のホットスポットとして現れる場合がある２つまたはそれ以上のホットスポットを解像できるように、以下で説明する様々な実施形態は熱伝搬のこの特性を利用している。
【００２９】
通常、光システムはその固有の解像度により制限されている。システムの解像度は、２点を個々に区別可能な最小距離ｒに基づく。点像分布関数の半値全幅（ＦＷＨＭ）は、システムの解像度を定義するために多くの場合使用され、システムの解像度はｒ＝０．４λ／ＮＡとして近似することができ、ただし、λは波長であり、ＮＡはシステムの開口数である。このことは、２つの空間的に近いホットスポットを解像するためのＩＲカメラに解像限界を突きつける。以下で説明するように、様々な実施形態は、この光学解像限界をＤＵＴ内の熱伝搬を利用することにより克服している。
【００３０】
図３Ａから図３ＣはＤＵＴのホットスポットの概略的平面図すなわちＩＲ画像を示し、ホットスポットの発現は異なるロックイン周波数に応じている。図３Ａは、全てのホットスポット１〜４の熱波がＤＵＴの上面へ到達するために十分な時間があり、ＩＲ画像において可視であるように、低周波数範囲内の第１ロックイン周波数の場合を示す。図３Ｂは、図３Ａの第１ロックイン周波数を上回る第２ロックイン周波数の場合を示す。第２ロックイン周波数は比較的高い周波数であるため、第２周期が開始する前にホットスポット４からの熱が表面に到達するための時間が不十分であった。その結果、ホットスポット４はＩＲ画像に現れない。図３Ｃは、第２ロックイン周波数よりも高い第３ロックイン周波数の場合を示す。この場合も、ホットスポット２および３がＩＲ画像において消滅し、ＤＵＴの上面に近いホットスポット１だけが可視である。したがって、異なる励起周波数で撮影されたＩＲ画像を比較し、ロックイン周波数を上昇させてホットスポットの消滅を記録することにより、積層ＤＵＴ内部のホットスポットの深度関係についての情報を取得することができる。ロックイン周波数に関連してホットスポットの消滅のシーケンスを、ＩＲ画像自体によって、または、各ロックイン周波数に関連してホットスポットの消滅のシーケンスを表示することによって実証することができる。
【００３１】
ＤＵＴの上面におけるホットスポットの画像の消滅は、熱応答信号の信号対ノイズ比が所定の基準値を上回る時点として定義される。
【００３２】
図４Ａから図４Ｄは、複数の層の１つに２つの隣接するホットスポットを有する他のＤＵＴのＩＲ画像の概略的な平面図を示す。図４Ａから図４Ｄの各々は、異なるロックイン周波数での励起の画像を示す。図４Ａは、少なくとも２つのホットスポットが互いに横方向に近接している場合を示す。２つのホットスポットは、単一の楕円形の熱応答画像になるように重なり、それが低範囲のロックイン周波数における第１ロックイン周波数で取得される。２つのホットスポット画像のこの空間的な分離は、単一のホットスポットから生成されたかのように表れるように、システムの光学的な解像度を超えている。図４Ｂは、第１ロックイン周波数よりも高い第２ロックイン周波数について考察した場合を示し、２つのホットスポットの熱応答画像がまだ一部重なり合っているように横波伝搬がダンピングされている。つまり、表面に生じる画像が図４Ａにおけるように単一の「しみ」ではないように、画像が生成される前に熱が横方向に伝搬するには比較的短い時間しかない。その結果、図４Ｂのこの画像から、２つのホットスポットがあることを少なくとも疑い、図４Ｃに示すように、さらなる調査を行うことができる。図４Ｃは、第２ロックイン周波数よりも高い第３ロックイン周波数で得られたＩＲ画像を示し、横波伝搬が更にダンピングされ、熱応答画像が横方向に分離される。図４Ｄにおいて、図３Ｃの第３ロックイン周波数よりも高い第４ロックイン周波数が考察される。これにより、横波伝搬はさらにダンピングされ、熱応答画像が明確に横方向に分離される。
【００３３】
多層ＤＵＲにおけるホットスポット位置特定
図４Ａから図４Ｄの一連の画像においてホットスポットはＤＵＴ内部で同じ深度に生成される。しかしながら、ホットスポット１および２がＤＵＴの積層体の内部の異なる深度に位置している場合、何らかの周波数で２つのホットスポットのうちＤＵＴにおいてより深い位置にある１つが消滅する。このことは、励起ロックイン周波数が、より深いホットスポットからの熱伝搬は画像取得前に表面へ伝搬するためには時間が不十分であるが、表面により近いホットスポットからの熱は表面へ伝搬するためには十分な時間を有するような高い周波数である場合に起こる。したがって、周波数を上昇させるにつれて、ある時点で、１つのホットスポットがＤＵＴの上面に発現しなくなる。
【００３４】
ホットスポットの深度が異なる場合に取得される一連の画像の例を図５Ａから図５Ｄに示す。図５Ａは図４Ａに類似している。なぜなら、周波数が低く、両ホットスポットからの熱が解像できない単一ホットスポットとして現れるように垂直に空間的に伝搬するために十分な時間があるからである。周波数を上昇させるにつれて、図５Ｂにおいて、２つのホットスポットが解像し始める。波数がさらに上昇した後、ホットスポット２からの信号が低減される。なぜなら、ホットスポット２はホットスポット１よりも深く、表面へ完全に伝搬するためには時間が不十分だからである。実際、再び周波数を上昇させるにつれて、図５Ｄにおいて、ホットスポット２が完全に消滅する。したがって、開示した方法を使用して、１つではなく２つのホットスポットがあり、一方が他方よりも深く埋没していることを最初に決定することができた。
【００３５】
多層ＤＵＴにおけるホットスポット位置特定のために、ロックインサーモグラフィ（ＬＩＴ）により多層被検査デバイス（ＤＵＴ）における下層から上層まで異なる深度の層に埋没している電気回路の複数のホットスポットを位置特定するための方法であって、前記ホットスポットを励起するために前記ＤＵＴの前記電気回路に多重周波数の検査信号を印加し、前記多重周波数の一つの前記検査信号を前記電気回路に印加しながら、前記ＤＵＴの前記上層の上面を時限間隔で撮影することで、前記ＤＵＴにおける前記ホットスポットからの熱の伝搬に相関する前記ＤＵＴのＩＲ画像を取得し、前記ＤＵＴから取得された前記画像から前記時限間隔で熱応答信号を検出し、前記検査信号の周波数に関連して前記ＤＵＴの前記上面におけるホットスポット画像の発現における変化を特定する方法が提供される。
【００３６】
上記で説明したように、ロックイン周波数が比較的高い場合、熱応答がＤＵＴの上面へ伝搬するためには、繰り返される励振信号間の時間が不十分となる。したがって、ホットスポット画像の発現における変化を特定することにより、ＤＵＴの更なる試験および解析のために有用な情報を操作者に提供する。例えば、更なる解析を優先順位評価に制限でき、これにより検査時間を短縮する。
【００３７】
ホットスポット画像の発現における変化を特定することは、前記ＤＵＴの前記表面におけるホットスポット画像の消滅のタイミングを特定すること、横方向に近接する少なくとも２つのホットスポットにより生成される楕円形ホットスポット画像の２つの分離されたホットスポット画像への変化を特定すること、および、横方向に近接する少なくとも２つのホットスポットにより生成される楕円形ホットスポット画像の２つのホットスポットの１つにより生成される分離されたホットスポット画像への変化を特定することの１つを含む。
【００３８】
図３Ａから図３Ｃ、図４Ａから図４Ｄ、および図５Ａから図５Ｄに関して考察したようなＤＵＴの上面におけるＤＵＴ内のホットスポットにより引き起こされる画像の発現の変化は、ＤＵＴの上面におけるホットスポットの画像として、または、検査信号の周波数に関連してＤＵＴの上面におけるホットスポット画像の消滅のタイミングを示す表として、モニター２０（図１）に示される。各データは、処理ユニット１８、特に、その格納部に中間格納されるため、このような表示が可能である。
【００３９】
ホットスポット画像の発現における変化を特定するために、検出された熱応答信号の信号対ノイズ比を特定し、熱応答信号の信号対ノイズ比が所定の基準値を超えるホットスポットの存在を特定する。特定のために使用される画像は、平均画像を連続的に生成することにより一連の画像から生成される。この処理によると、先行する時限間隔の終了に対応するＤＵＴの表面の画像は、後続の時限間隔の終了時に撮影されるＤＵＴの表面の画像によって平均化される。より多くの画像が撮影されるため、これらの画像は連続的にまとめられ少しずつ平均化される。応答信号が同じままであるため、ノイズはこの平均化処理により時間とともに取り消される。したがって、生じる画像は、最良の達成可能な信号対ノイズ比を有し、これをホットスポットの存在の特定のために使用する。
【００４０】
１つ若しくは複数のホットスポットの１つ若しくは複数の画像、または、前記熱応答信号の周波数に関連して前記ＤＵＴの前記上面におけるホットスポット画像の消滅のタイミングが、ＤＵＴの更なる解析を判断する際に操作者を補助するために表示される。例えば、それぞれ異なる励起周波数で撮影された複数の画像を同時に表示して操作者が画像を比較できるようにしてもよい。このことは、モニターに表示された複数の画像を示す図１において例示されている。
【００４１】
図１のシステムは、ロックインサーモグラフィ（ＬＩＴ）により多層被検査デバイス（ＤＵＴ）における下層から上層の異なる深度の層に埋没している電気回路の複数のホットスポットを位置特定するために使用されてもよく、このシステムは、前記複数のホットスポットを励起するために前記ＤＵＴの前記電気回路に多重周波数の検査信号を印加するための励振源と、前記多重周波数の一つの前記検査信号を前記電気回路に印加しながら、前記ＤＵＴの前記上層の上面を時限間隔で撮影することで、前記ＤＵＴにおける前記ホットスポットからの熱の伝搬に相関する前記ＤＵＴのＩＲ画像を取得するための赤外線カメラと、赤外線カメラからデータを受信し、前記ＤＵＴから取得された前記画像から前記時限間隔で熱応答信号を検出するために赤外線カメラの赤外線画像を使用し、前記検査信号の周波数に関連して前記ＤＵＴの前記上面におけるホットスポット画像の発現における変化を特定するように構成されたプロセッサとを備える。なお、システムのプロセッサは、ホットスポット位置特定の上記方法を実施するように構成されている。
【００４２】
多層ＤＵＴにおけるホットスポット位置特定の結果をさらに解析するために、多層ＤＵＴにおけるさらなるホットスポット位置特定は、周波数対位相ずれ曲線からどのように欠陥の深度位置を解明するかを教示しているCHRISTIAN SCHMIDT et alおよび国際公開第２０１１／１５６５２７Ａ１号に示されているように実施されてもよい。
【００４３】
図６は、本発明に係るＤＵＴにおける異常を位置特定し、解像するために実施してもよい工程を示すフローチャートである。図６の方法は、ＩＲカメラの光学的解像度を超える２つまたはそれ以上の異常の解像を可能にする。工程６０において、検査信号がＤＵＴへ印加される。検査信号は、周波数ｆｘでの一連のパルスからなる。工程６２において、一連のパルスの各パルスについて、ＤＵＴの一つの連続のＩＲ画像が撮影される。この連続における各連続画像は、各パルスについてシステムが最高の信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ）で画像を維持するように、先行画像を置換する。一連のパルスについて全ての画像の複数の画像が合計されて、工程６４により示すように、最良のＳ／Ｎの画像を取得する。工程６５において、他の連続を比較的高い周波数ｆｘで撮影するべきかどうかを決定する。「はい」の場合、工程６６では、周波数ｆｘは新しい値に上昇され、この処理は、ｆｘの新しい値について繰り返される。工程６５においてさらなる画像が必要ないと判断された場合、処理はステップ６８に進み、周波数の全てについての最大Ｓ／Ｎの画像が比較される。最低周波数から比較的高い周波数へ進む一連の画像が、２つまたはそれ以上のホットスポットへ別れる単一のホットスポットを示す場合、２つまたはそれ以上のホットスポットがＤＵＴ内部において同じ深度で近接していることが特定される。最低周波数から比較的高い周波数へ進む一連の画像が、２つまたはそれ以上のホットスポットを示し、画像が比較的高い周波数へ進行するにつれてホットスポットの１つまたは複数が消滅するが１つまたは複数のホットスポットは残る場合、１つまたは複数のホットスポットが近接しているが、ＤＵＴ内部において異なる深度に在ることが特定される。
【００４４】
上記に鑑み、本発明の実施形態は、電気デバイスにおける複数のホットスポットの位置特定および解像のための方法を含み、この方法は、電気デバイスに、選択周波数での一連のパルスからそれぞれ構成され、異なる選択周波数をそれぞれ有する複数の検査信号を印加し、複数の検査信号の各々を印加しながら、複数の赤外線（ＩＲ）画像を撮影し、複数の検査信号の各々について、複数の赤外線（ＩＲ）画像の少なくとも１つを代表画像として選択することにより、選択周波数の昇順で配置された一連の代表画像を生成し、選択周波数の昇順で一連の代表画像における各ホットスポットの発現における変化を解析することにより、電気デバイスにおけるホットスポットを位置特定し、解像することを含む。発現における変化の解析は、第１選択周波数に対応する１つの画像においては単一ホットスポットの画像を含み、第１選択周波数よりも高い第２選択周波数に対応する他の画像においては２つのホットスポットとして発現する場合、電気デバイス内の類似深度に複数のホットスポットが在ることを示す。発現における変化の解析は、第１選択周波数に対応する１つの画像においては複数のホットスポットの画像を含み、第１選択周波数よりも高い第２選択周波数に対応する他の画像においては比較的少数のホットスポットとして発現する場合、電気デバイス内の異なる深度に複数のホットスポットが在ることを示す。一連のパルスは方形波信号を含んでいていてもよく、電気デバイスは、集積回路を含んでいてもよい。複数の赤外線（ＩＲ）画像の撮影は、選択周波数に対応する同期信号を取得することを含んでいてもよい。各代表画像は、最高の信号対ノイズ比を有する画像であってもよい。
【００４５】
本願に記載の処理および技術は特定の装置に本質的に関係するものではなく、構成部材の任意の適切な組み合わせにより実施されてもよいと理解されるものとする。さらに、様々なタイプの汎用デバイスが本願に記載の教示に従って使用されてもよい。本願に記載の方法工程を実施するために、特別な装置を構成することも有利であると判明するであろう。
【００４６】
具体例を参照して本発明を開示したが、これらは例示であってこれらにより本発明は限定されない。当業者であれば、ハードウェア、ソフトウェア、およびファームウェアの多くのさまざまな組み合わせにより本発明が適当に実施されることが理解できるであろう。また、当業者であれば、ここに開示した本発明の明細書および実施を考慮して本発明の別実施例が理解できるであろう。明細書および実施例は例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示される。
【図１】
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【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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