(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検デバイスの光学式試験システムであって、
被検集積回路に取り付けられ、前記集積回路のためのヒートシンクとして作用する取付具と、
前記取付具内に保持され基部端を光ビーム発生用光源に光学的に結合された光ファイバであって、前記被検デバイスと光学的な軸合わせ状態で前記取付具に保持されている光ファイバと、
前記光ファイバに光学的に結合され前記光ビームを前記集積回路上の感光ターゲットに集束させる形状を備える集束素子と
を含む光学式試験システム。
【請求項２】
取付具に取り付けた動作中の集積回路を備える被検デバイスを試験する方法であって、
光ファイバを前記取付具に区画された孔に挿入する過程と、
光源からの光を前記光ファイバの基部端に導く過程と、
前記光ファイバの末端を前記光が出る際にその光を前記集積回路の感光素子に集束させ、それによって前記集積回路にデータをラッチする過程と
を含む方法。
【請求項３】
前記感光素子で反射した光を前記ファイバの基部端で捕捉する過程をさらに含む請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記取付具が前記被検デバイスに対するヒートシンクとして作用する請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記光を前記感光素子に正しく集束させるように前記反射光を分析する過程をさらに含む請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記光が前記ファイバに正しく結合されているか否かを判定するように前記反射光を分析する過程をさらに含む請求項３記載の方法。
【請求項７】
被検集積回路の取付具であって内部に区画された孔、すなわち管を通す孔を備える取付具と、
前記取付具の中に収容され基部端を光源に光学的に結合した光ファイバと、
前記光ファイバからのビームをコリメートするように前記管の末端に配置した第１のレンズと、
前記管の前記末端に前記第１のレンズとは離して取り付けられ、前記光を前記集積回路に集束させる第２のレンズと
を含む光学式試験システム。
【請求項８】
前記第１のレンズがコリメーション用のレンズである請求項７記載の光学式試験システム。
【請求項９】
前記第２のレンズが浸漬レンズである請求項７記載の光学式試験システム。
【請求項１０】
基部表面および端部表面を有する半導体基板と、
前記基板の前記端部表面にある一つ以上の相互接続コンタクトおよびその関連の感光素子と、
前記基板の前記基部表面に接触状態にあり前記感光素子の一つと軸合わせ状態にある一つ以上の光集束素子と、
前記光集束素子と接触状態にある取付具と
を含む装置。
【請求項１１】
前記光集束素子がＣＧ−ＨＯＥ板である請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記光集束素子がゾーン板である請求項１０記載の装置。
【請求項１３】
前記光集束素子がレンズである請求項１０記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は概括的には半導体集積回路デバイスの光による試験システムおよび試験方法に関し、より詳しくいうと集積回路デバイス上に区画された感光性ターゲットをそれらターゲットへの光ビームによりトリガしまたは精査するシステムおよび方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
半導体集積回路（ＩＣ）デバイスは、結晶シリコンなどのダイの内部に形成し電子部品またはユニットとしてパッケージに納めた電子回路である。
【０００３】
複雑な集積回路（ＩＣ）の試験には多様な方法が開発されてきた。従来のＩＣ試験方法は被検デバイス（ＤＵＴ）入力端子に一連の試験ベクトル（電気信号）を送り込み、それに対する応答（出力信号）を事前発生ずみのデータの組と比較する。例えば、Schlumberger社製ITS9000KX型装置など通常のＩＣ試験装置は特定のディジタルテストパターンをＤＵＴに送り込む。ＤＵＴはその入来信号に応答して出力信号を試験装置に送り返す。次に、試験装置はこれらの出力信号を所期の応答信号と比較し、不一致があった場合は不合格のフラグを出力する。
【０００４】
ＩＣがより複雑化するに伴って、上述の試験方法により試験ベクトルおよびそれらに対する応答の完全な組を発生することがほとんど不可能になった。この問題に対する一つの解決方法はスキャンチェーンなどチップ内蔵素子を用いた方法の導入である。スキャンチェーン、すなわちシフトレジスタは、ＤＵＴに試験信号を入力するとともにＤＵＴからの出力信号を捕捉するのに用いるチップ内蔵の回路である。より詳細に述べると、スキャンチェーンはＩＣの一つの区画にシリアルにデータをロードして、その区画の入力ノードを既知の状態にセットする。その区画からの応答、すなわち出力をスキャンチェーンにラッチして試験プロセスをさらに円滑化する。これによって、ＩＣの互いに別々の部分の静的論理機能を確認し試験できる。
【０００５】
スキャンチェーンによって低速のＩＣ試験は全体的に改善され円滑化されたが、スキャンチェーンではあらゆるＩＣの内部の高速動作には対応できない。例えば、高周波クロック発生器などのタイミング設定部品を含む回路は、「飛行中の」内部ノードデータのスキャンチェーン経由のロード動作およびラッチ動作を複雑にする。したがって、二つ以上のノードでの電圧遷移のチップ上の時間関係が従来のスキャンチェーン手法によるデータには正確に反映されない。
【０００６】
ＩＣおよび関連デバイスにおけるこの問題の解決策の一つの提案を発明者は特願２００１−３０３４６１明細書に記載した。その明細書において、チップ内蔵データラッチへのトリガパルスとして光パルスを使えることを示した。その構成によると、ＩＣの選ばれたノードを光パルスでトリガしたラッチのデータ入力端子に接続できる。光パルスは、ＩＣの任意の部位の任意の感光性ラッチに向け得る非常に正確なタイミング信号を形成する。ラッチずみの状態をスキャンチェーン経由で読み出す。光パルスはＩＣ表面の互いに離れた位置の感光性素子に導くことができるので、試験の反復によって、これら互いに大きく離れた位置の選ばれたノードについての試験データを、試験結果の時間関係が実際のチップ内の電気的アクティビティを非常に正確に表すものと確信して収集できる。したがって、この試験方法を用いて正確なクロック通路タイミング測定および論理通路タイミング測定が可能になる。
【０００７】
上述のように光パルスを発生する光システムとしてレーザ走査顕微鏡（ＬＳＭ）が挙げられる。この種の顕微鏡は例えばCheckpoint Technologies社から市販されている。図１は一例として示す光システム１０およびＤＵＴ１２の関連部分の断面図である。ＤＵＴ１２は、多層基板１６にボールボンド１８により電気的機械的に結合した半導体デバイス１４を含む。多層基板１６と試験システム多層印刷配線基板１５との間の信号配線および電力供給配線をコンプライアント接続１７により形成する。デバイス１４は内部に二つ以上の回路素子（またはターゲット）２２を形成した半導体基板（ダイ）２０を含む。一般に、光システム１０は光ビーム２８を感光性素子／ターゲット２２に集束させるための一つ以上のレンズ２６を有する顕微鏡２４から成る。
【０００８】
ＩＣ表面上の種々のターゲット２２を観察できるようにし、またそれらターゲット２２を光パルスで照射できるようにするために、ＤＵＴ１２の付属のカバー板またはヒートシンクは除去する必要がある。しかし、試験中のＤＵＴ１２の動作を維持するには加熱防止用のヒートシンク作用を確保する必要がある。
【０００９】
そこで、感光ターゲットの位置の上の基板２０の裏側の区画部分だけを露出させた代替のヒートシンク構成３０を利用することもできる。ＤＵＴ１２の基板２０の露出部を鏡面仕上げにして反射防止膜を形成するのが望ましい。
【００１０】
動作の際には、光ビームまたは光パルス２８は一つ以上のレンズ２６を通過してシリコン基板２０に達しターゲット２２に集束される。ターゲット２２は通常１マイクロメートル以下のごく小さい垂直方向の広がりを備える。解像度を上げるために、レンズ２６は開口数の大きいレンズで構成し、シリコン基板にごく近接して配置する。したがってヒートシンク３０はごく薄く形成しなければならない。上述のとおり、この構成によって、ＤＵＴ１２の感光性素子２２の光による精査がダイ上の特定の試験部位対応のヒートシンク構成３０の孔を通じた光パルスの集束によって可能になる。
【００１１】
ＩＣ試験に光パルスを用いる上述の方法は操作の容易性やタイミングの正確性など従来の方法に比べて多数の利点を備える。しかし、顕微鏡２４からＩＣ基板上のターゲットに導ける光パルスは一つずつであるので、顕微鏡の向きの再整合を要することなくＤＵＴ上の二つ以上の互いに異なるターゲットを同時並行的に、または高速逐次的に精査する低コストのシステム／方法が得られれば有用である。また、良好なヒートシンクをつけた状態でＤＵＴを試験できるシステムおよび方法が求められている。ＬＳＭおよび複雑なヒートシンクを不要にすると、ＤＵＴをコンピュータボードなど実際のシス動作環境で動作させながら光による精査を行うことができる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の諸点を考慮して、この発明の方法および装置はＤＵＴ上の多様なターゲットを個々に精査できる試験システムを提供する。実施例は、顕微鏡の向きの再整合を要することなくＤＵＴ上の多様なターゲットを同時並行的にまたは高速逐次的に精査できる試験システムを提供する。
【００１３】
上述の利点およびそれら以外の利点を光によるＩＣ試験のための本発明の方法および装置はもたらす。この光による試験システムは光ファイバ、機械式軸合わせ取付具、および光集束素子を含む。この試験システムの光ファイバは基部端で光源に光結合する。ファイバは整合取付具に区画した孔を通じて延びるようにしてあり、それによってＩＣ上の一つ以上の感光性ターゲットとほぼ位置整合するようになっている。コンピュータにより作成したホログラフィ光学素子（ＣＧ−ＨＯＥ）、ＤＵＴに近接配置したレンズ、ファイバの末端などの集束素子は、ファイバから出てくる光ビームをＩＣ上の感光素子に集束する形状を備える。
【００１４】
光ファイバと軸合わせ取付具と光学素子の組合せから成る集束素子とを含む光による試験装置もこの発明は対象としている。より詳細にいうと、光素子の組合せは一つ以上のレンズと、ゾーン板と、一つ以上のレンズと、ＣＧ−ＨＯＥまたは二つ以上のレンズとを含む。それら光素子はＤＵＴ内部にもＤＵＴとは別個にも形成できるが、いずれも感光素子と軸合わせした状態で形成する。
【００１５】
ＤＵＴの中のＩＣの試験をそのＤＵＴのヒートシンクに設けたファイバ軸合わせ孔に光ファイバを挿入することによって行うＩＣ試験方法もこの発明は想定している。光源からの光をファイバの基部端に加える。ファイバの末端から光が放射される際に集束素子でその光をコリメートし、そのコリメートした光をＩＣ上の感光性ターゲットに集束させる。ＤＵＴにデータをラッチし、テストパターンを形成してＩＣの正規動作の確認に用いる。
【００１６】
基部表面と末端部表面とを備える半導体基板を含む電気部品も本願発明の対象物として想定している。一つ以上の相互接続コンタクトおよびその関連の感光性素子をその基板の末端部表面に配置する。また、一つ以上の光集束素子をその基板の基部表面に接して感光素子と位置合わせして保持する。そのデバイスの使用中または試験中に生じた熱を消散させるために基部表面にヒートシンクを接触させて保持することができる。
【００１７】
上述の光学系は固体光学系、ゾーン板、屈折素子、汎用コンピュータにより形成したホログラム板またはこれらの組合せで構成できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図２ａはこの発明の一つの実施例によるＤＵＴ４０および光学式ＩＣ試験システム４２の一部の断面を示す。光学式ＩＣ試験システム４２は光ファイバ４４と、透明基板４６と、集束素子４８と、ファイバ４４の末端を強固に保持して軸合わせ取付具６０へのファイバ４４の挿入を円滑化する管または口環５０とを備える。軸合わせ取付具６０はＤＵＴ４０のターゲット部位５８に対応し軸合わせした一つ以上の孔６２を備える（あとで詳述する）。ファイバ４４を通す管５０は取付具６０の孔６２に正確にはめ合わされる。集束素子４８はファイバ４４の末端の近傍に配置し、光源（図示してない）はファイバ４４の基部端の近傍に位置づける。管の外形は約０.５乃至２.０ｍｍである。
【００１９】
光ファイバ４４は一般にガラス、溶融シリカ、プラスチックなどの慣用の透明材料で構成する。ファイバ４４は、光源（図示してない）から集束素子４８への光の伝達のための導管として用いる。光源は連続はレーザまたはパルス動作レーザで構成できるが、それらに限られない。
【００２０】
ＤＵＴ４０はＩＣダイと一つ以上の相互接続用金属配線層とを通常含む。より詳細に述べると、ＤＵＴ４０はシリコンその他の半導体材料から成るダイ５２と、パッケージ５６上に形成したボールボンドその他の相互接続コンタクト５４と、金属コンタクトパッド５５と、ターゲット５８（コンプライアント相互接続および印刷配線板は図示してないがＩＣの動作には必要となる）。ターゲット５８の各々はＤＵＴ４０内のＩＣ側の被検接続点またはノードに接続した感光素子に対応する。ＤＵＴ４０の詳細は上記特願２００１−３０３４６１明細書に記載してある（その記載内容をこの明細書に組み入れる）。
【００２１】
この発明の感光素子、すなわちターゲットは、シュミットトリガ回路（図示してない）の入力端子に電気的に接続したダイオード（図示してない）で構成できる。このトリガ回路の出力端子はＤフリップフロップ回路その他のラッチデバイスのクロック入力端子に接続する。そのＤフリップフロップその他のデータラッチデバイスのＤ入力端子には慣用のＩＣ回路（図示してない）の論理回路（ノード）からの信号を加える。Ｄフリップフロップ回路のＱ出力端子はスキャンチェーンなどの出力デバイスに接続する。
【００２２】
ＤＵＴ４０に関連づけた軸合わせ取付具６０は良好なヒートシンクとしても作用する。すなわち、軸合わせ取付具６０はアルミニウム、銅その他の熱伝導率の大きい材料で構成する。基板５２で発生した熱は透明基板４６を通じて取付具／ヒートシンク６０に伝導する必要がある。したがって、基板４６にはサファイアやダイアモンドなど熱伝導率の大きい材料が望ましい。しかし、このデバイスの取付具６０も、ヒートシンク６０の末端部表面６４から基部表面６６に延びる一つ以上のスルーホールまたはチャネル６２を区画している。一つの実施例では、この発明の試験デバイスを収容できるように一つ以上の孔６２を備えた形でヒートシンク６０を製造する。それら孔６２の各々の位置は後述のとおりターゲット５８の位置にほぼ対応する。
【００２３】
一つの実施例では、集束素子４８はゾーン板構成または位相板構成を備える。ゾーン板は、入射光のごく一部だけが伝搬するように不透明領域および透明領域を備えるほぼ平面状の光学層から成る。位相板は、特定の領域の透過光がそれ以外の領域の透過光に比べて大きい位相遅延を受けるように形成した複数の領域を備えるほぼ平面状の光学層から成る。ゾーン板または位相板４８は当業者に周知のスクライビング手法で作成できる。ゾーン板または位相板４８はコンピュータ利用によるホログラム光学素子（ＣＧ−ＨＯＥ）で作成することもできる。この光学素子は回折光学素子（ＤＯＥ）としても周知である。ＣＧ−ＨＯＥを光伝達素子として用いた場合の一つの利点は、ダイアモンドヒートシンク／基板４６と協動してＤＵＴ４０上の任意の一点または複数の点に光を集束できることである。、したがって、いくつかのターゲット部位５８を単一のレーザビームまたはパルスで同時並行的に照射できる。なお、ＣＧ−ＨＯＥが正しく機能するには光ビーム伝達用の光ファイバケーブル４４は単一モード光ファイバで構成しなければならない。
【００２４】
ゾーン板または位相板の作成は、ＤＵＴ４０でほぼ任意の形状に光を集束するコンピュータ作成ホログラム光学素子の利用により一般化できる。回折光学素子の作成は、ホログラム板の量産に用いるマスタホログラムの作成による。
【００２５】
コンピュータ利用によるホログラムは、単一モード光ファイバ４４の出力ビームとターゲット部位５８とにより形成される回折または干渉パターンを計算することによって形成する。そのパターンを、当業者に周知のとおり、単一のターゲット部位について計算する。所要のターゲット点の各々について、回折像を計算する。個々の回折像の振幅を加算して全ターゲット点を符号化する回折像を形成する。全体の回折像を計算したのち、振幅の各々を２乗して干渉パターンを形成し、次に当業者に周知の離散的閾値処理手法を適用する。一つの実施例では、適当なレジストに電子ビームマスク描画手法を適用してホログラムマスクをまず作り、次にそのレジストをエッチングして不透明材料にパターンを作る。最新のＩＣ製造技術との両立性を確保するようにシリコンの直接エッチング手法を用いることもできる。
【００２６】
直接エッチング手法は、電子ビームまたはレーザビームのフォトレジストへの照射によりホログラムを基板に直接に描画する過程を含む。しかし、電子ビームによる直接描画は、とくにホログラム作成量が多い場合は、長時間を要する。代替手段として、マスクをまず作成しそれによって多数のＨＯＥを複製することもできる。電子ビームによりマスクパターンを基板上に描画し、それによってマスタマスク組を作成する。そのマスク組は２進式でもグレースケールでも差し支えない。次に、そのマスタマスク組によって、ポリマ材料でホログラムを作る。パターンを描画したあとフォトレジストを現像する。次に、現像したパターンをマスタとして用いてコンピュータ利用によるホログラムの多数の複製をポリマーまたはプラスチック基板に形成し、それをシリコン表面に接着する。
【００２７】
図２ｂに示した代わりの実施例では、ホログラムをＤＵＴ４０のシリコン基板５２への直接エッチングにより形成する。マスク６８を電子ビーム描画その他の周知の手法により作成したのち、ホログラムパターン７０を通常のシリコンエッチング手法によりＤＵＴ４０の基板５２に転写する。周知のシリコンエッチング手法は薄くして鏡面仕上げしたＤＵＴ４０にレジスト７０をスピン塗布する過程を含む。パターンをレジスト７２に集束するのにレンズ系７４を用いる。フォトレジスト７２を紫外線７６に露光したのち適宜現像する。材料５２の部分をエッチングで除去してホログラム７０を形成し、残余のレジスト７２を除去する。このようにして形成されたエッチングずみのパターン（図４ｂにその一例を示す）は、単一モード光ファイバ４４（図示してない）からのビームで直接に、または光ファイバによる拡散のあとコリメートして照射すると所望の結像点を生ずる。
【００２８】
図２ａを参照すると、ＨＯＥ基板４６におけるＨＯＥ４８をＤＵＴ基板５２と接触状態で保持した一つの実施例が示してある。シリコン基板５２は、ダイアモンドやサファイアなど光透過率も熱伝導率もともに大きい材料で構成したＨＯＥ基板４６と良好な接触を保つように、薄くして鏡面仕上げしてある。光システム４２は互いに独立に制御した単一モード光ビームを伝達する。この光は光ファイバ４４経由でシステム４２に送り込まれる。光はファイバ４４を通ってＨＯＥ基板４６に導かれる。図２ａに示すとおり、ＨＯＥ４６通過中に拡がる。ＨＯＥ基板４６の表面にパターン形成されたＣＧ−ＨＯＥ／ゾーン板４８がファイバ４４からの光を回折させて、ＤＵＴ４０ターゲット部位５８に集束させる。
【００２９】
上記ＣＧ−ＨＯＥ／ゾーン板パターンおよび基板４６はダイ５２上で組み立ててあるが、ＣＧ−ＨＯＥ／ゾーン板パターンはダイ５２から取付具６０への熱の伝達を妨げることはない。すなわち、その厚さはマイクロメータのオーダであり、しかも熱抵抗はごく小さいからである。銅やアルミウムなど適切な材料を選ぶことによって、取付具６０の全体の構造および機能でＤＵＴ６２試験時の熱放散を確保できる。取付具６０に多数のファイバ軸合わせ用孔６２を設けた場合も同じである。
【００３０】
図３はこの発明による試験装置および方法の全体の構成を示す。正しく軸合わせしたＨＯＥ基板４６（図示してない）を取り付けたＤＵＴ４０を試験用取付具８６のソケット８５に保持してある。一般に、ＤＵＴ４０にはワークステーション（コンピュータ）Ａの制御下のシステムメモリに格納したデータで定まるテスト系列を送り込む。ワークステーションＡはテスト系列発生器８８にコマンドを送る。発生器８８は試験ヘッド８７にテスト系列信号を送り、この試験ヘッド８７からＤＵＴソケット８５取付先の負荷ボード８４経由でＤＵＴ４０に正しい時間信号および振幅信号を送る。電子回路９０の中の遅延発生器をワークステーションＢでセットアップし、遅延値をテスト系列発生器８８からの出力でトリガする。この遅延発生器の出力でレーザ９２をトリガし、それによって軸合わせ取付具６０の中の孔６２に挿入した一つ以上の光ファイバ４４経由で光パルスを供給し、これら光パルスでＤＵＴ４０内部の感光素子を活性化する。これら光ファイバ４４の内の一つの光ファイバ９４は電子回路９０に帰還して遅延発生器出力とレーザパルスとの間のジッタを測定し最終測定値から誤差を除去できるようにしている。光パルスはＤＵＴ４０の内部のノードのいくつかを内部ラッチの状態にラッチする。これら内部ラッチの状態はワークステーションＡからスキャンチェーン経由で読み出すことができる。レーザパルスでラッチしたノードの論理出力波形は、ワークステーションＡまたはＢで種々の遅延設定によるテスト系列の反復により再構成して表示できる。試験用取付具８６および周辺部品の詳細については上述の特願２００１−３０３４６１明細書に記載してある。
【００３１】
慣用の試験システムと対照的に、この発明の光システム４２は多様な構成で利用できる。例えば、図２ａに示した（縮尺表示ではない）比較的厚い取付具６０はこの取付具６０の特徴が光学的な制約を受けることがなくしたがって実効的なヒートシンクとしても作用することを示している。
【００３２】
ＣＧ−ＨＯＥ／ゾーン板構成４８はシリコン基板５２の表面上の原位置または薄い基板上のターゲット５８のすぐ上の位置に形成できる。ターゲット部位５８全部の位置をＤＵＴ４０のレイアウトファイルを調べることにより見出すことができるので、上述の機能は容易に達成できる。
【００３３】
ＤＵＴ４０の製造過程において、ＣＧ−ＨＯＥ／ゾーン板４８の各々はＤＵＴ４０のダイ５２の一部として形成することもでき、上述のとおり別個の部品としてダイ５２に付けることもできる。ゾーン板４８はＤＵＴ４０のターゲット５８と目合せして配置する。慣用のＤＵＴ４０を上述のとおり一つ以上のＣＧ−ＨＯＥ／ゾーン板４８を含むように変形することもできる。より詳しくいうと、ＤＵＴ４０のヒートシンクを除去して、一つ以上のファイバ目合せ孔６２を備えるように変形することもできる。また、一つ以上のＣＧ−ＨＯＥ／ゾーン板４８を上述の製造技術によりダイ５２に加えることもできる。次にヒートシンクをダイ５２に移動させてヒートシンクの孔６２がＣＧ−ＨＯＥ／ゾーン板４８およびＤＵＴ４０のターゲット５８と目合わせされるようにするのである。その場合のＤＵＴは試験用に適宜加工変形した標準ＩＣで差し支えないものと理解されたい。ＣＧ−ＨＯＥ／ゾーン板およびその関連の目合せ取付手段を標準ＩＣ全部に設けて実際の試験はそれらＩＣの一部について行うようにすることもできる。
【００３４】
図２ａの光学式試験システムの構成はファイバ４４からの光を感光素子５８に集束させる単一ＨＯＥ４８の実施例を示している。この構成では、取付具６０の中のファイバの端の正確な位置がビーム集束の位置をほぼ決める。ファイバからの光を予め正確にコリメートしてある場合はファイバ位置定めの誤差許容度はずっと大きくなる。
【００３５】
この光学式試験システムの代替的実施例を図４ａに示す。この実施例はファイバ軸合わせ管５０に付けたレンズまたはＨＯＥ９３を備える。ファイバ４４および管の組立体の取付具６０への挿入の前に、正確にコリメートした光ビームを得るように管５０内におけるファイバ端およびレンズの位置定めを慎重に行う。ファイバ４４から出る光ビームをレンズまたはＨＯＥ板９３により平行ビーム９５にする。単純な幾何光学で周知のとおり、取付具６０の軸合わせ孔６２の横方向の小幅な動きはビーム焦点の位置に何ら影響しないことは明らかである。同様に、孔６２内におけるファイバ／管組立体の縦方向の偏位もビーム焦点の縦方向の位置にはほとんど影響しない。
【００３６】
ゾーン板を用いたこの発明の一つの実施例では、ゾーン板４８の環８２および８０の量および寸法が図４ｂに示すとおりダイ５２の厚さに応じて変動する。すなわち、ダイ５２が焦点までの距離を左右するからである。一般に、環の寸法および量は特定のダイ５２に基づいて計算する。ゾーン板については、ゾーン板４８の透明領域８２全体からの光が同相でターゲットに到達して、ゾーンパターンの中心でダイ５２の厚さ方向のある深さの点で焦点を結ぶように寸法を定める。
【００３７】
例えば、ＤＵＴ４０のダイ５２が屈折率３.５のシリコンから成り、光がコリメートずみのレーザ光パルスであり、その波長が空気中で１.０６４マイクロメートル、シリコン中で０.３０４マイクロメートルであるとする。また、ダイの厚さは４００マイクロメートルであり、ゾーン板４８がダイ５２の末端表面で焦点を結ぶような形状を備えるものとする。図４ｃに示すとおり、ゾーン端は半径Ｒであり、光経路長は直接経路の場合のｄから１／４λ、３／４λ、５／４λ、・・・、ｎ／４λのように半波長ピッチで変わる。したがって、半径Ｒはピタゴラスの定理により次式、すなわち
0004260393.tif 000002
で与えられる。ここで  ｎ＝１，３，・・・，１５、λ＝０.３０５、ｄ＝４００である。
【００３８】
算出結果は次のとおりである。
0004260393.tif 000003
これらの算出結果は半径Ｒをマイクロメートルで示し、Ｒ１は内側透明領域の半径であり、Ｒ２は第１の不透明領域の外径であり、Ｒ３は第２の透明領域の外径で以下同様となる。
【００３９】
上述のとおり、ＣＧ−ＨＯＥ／ゾーン板４８は光を回折させ、その光がダイ５２を通過して感光素子５８の焦点に達するように作用する。感光素子５８は入射光に応答して電流出力を生じ、その出力ＤＵＴまたはその中の特定の回路と関連づけられた出力となる。集束素子、すなわちＣＧ−ＨＯＥ／ゾーン板４８には上記以外の構成も可能である。例えば、図５に示すとおり、単一のＣＧ−ＨＯＥ／板４８と一つ以上のレンズ９６とを用いて回折光をＤＵＴ４０に集束することもできる。コリメートずみのレーザ回折光ビームをレンズ９６で入射させる。ＣＧ−ＨＯＥ板４８で一次回折光ビームを生じ、それら一次回折光ビームをレンズ９６でＤＵＴ４０上の拡散層のターゲット部位５８に対応する一連のスポットに変換するようにＣＧ−ＨＯＥ板４８を構成する。ＣＧ−ＨＯＥ４８を傾けることによって、互いに異なる回折像、したがって互いに異なるスポットパターンをＤＵＴ４０上に形成できる。互いに異なるスポットパターンを、入力レーザビーム９８に対してＣＧ−ＨＯＥ板４８を傾けることによりＣＧ−ＨＯＥ４８内で符号化できる。
【００４０】
図５においてはＣＧ−ＨＯＥ板４８をレンズ９６の手前に配置しているが、このＣＧ−ＨＯＥ板４８はレンズ９６の後段に配置することもできる。また、光ファイバからの光をコリメートずみのレーザ光ビーム９８の代わりに用いることもできる。その場合は光学素子の特性を必要に応じて変える。
【００４１】
図６に示したもう一つの実施例においては、ＣＧ−ＨＯＥ／ゾーン板構成の代わりに集束素子として追加のレンズ１００を用いる。好ましくはシリコンで構成したこのレンズ１００をＤＵＴ４０のダイ５２に付ける。この種のレンズ６８の一例は浸漬レンズである。浸漬レンズは光学的結合の相手の光学素子と同じ屈折率を有するレンズである。この種のレンズは光効率（開口数）を高め描画の画質を高める。シリコン製浸漬レンズをここには開示しているが、浸漬ゾーン板など同様の種類の多様な素子を利用できる。
【００４２】
一つの実施例のデバイスでは浸漬レンズ１００の屈折率はＤＵＴ４０のダイ５２の屈折率と同じである。浸漬レンズ１００を薄い粘着剤層（図示してない）によりＤＵＴ４０のダイ５２に接着する。レンズ１００は性能最適化のためにＤＵＴ４０の感光素子５８に対して正確に位置定めする。上述の場合と同様にヒートシンク６０をダイ５２に付着させてヒートシンク６０のファイバ軸合わせ孔６２が各浸漬レンズ１００およびＤＵＴ４０の感光素子５８と軸合わせされるようにする。ＤＵＴ４０の試験のために、ファイバ４４およびコリメーション用レンズ９６を含む管５０を上述のとおり孔６２の各々に挿入して光パルスを伝達する。この光によってＤＵＴ４０の多様な部位を精査して回路性能および動作性能を試験する。
【００４３】
さらにもう一つの実施例では浸漬レンズ１００をダイ５２の一部として構成する。図７に示すとおり、浸漬レンズ１００をダイ５２の基部１０２に形成する。ダイ５２に直接にレンズ１００を形成するには、研磨プロセスその他のプロセスを用いる。ＤＵＴ４０のダイ材料からレンズ１００を研磨で形成するプロセスは、材料変動に起因する不都合な散乱光の発生を最小に抑えるだけでなく、レンズ１００の光学的特性を用途に適合させる。また、このプロセスによって形成したレンズ１００は、ＤＵＴ４０の製造組立時に周囲のダイ５２により保護され損傷を受けない。
【００４４】
図８に示したさらにもう一つの実施例では、浸漬レンズ１００を光ファイバ４４収容の管５０の末端に付けてある。一滴の高屈折率油（図示してない）をシリコンダイ５２の基部表面に付けてある。この油の屈折率をシリコンの屈折率とほぼ等しくするのが好ましい。浸漬レンズ１００をこの油滴に浸漬してその油の大部分がレンズ１００とシリコンダイ５２との間から除かれるようにする。したがって、試験システム内で光パルスを伝達する際にこの構成は伝達効率を高め解像度を高めることができる。
【００４５】
光の大部分はＤＵＴ４０で吸収されるが一部はターゲット５８で反射されて入射光ビームの経路沿いに戻る。より詳細に述べると、反射された光はレンズによりファイバ４４に再集束されそのファイバ４４の末端から出る。この反射光を光検出器などの適当な手段に集めて分析することもできる。例えば、反射光の強度を予め捕捉ずみの反射光レベルと比較してターゲットにおける集束が正しいか否かをチェックできる。また、レーザ光源とファイバとの間の光結合が正しいか否かの判定にも上記反射光を利用できる。上記以外の分析も可能である。
【００４６】
上述のとおり、ＣＧ−ＨＯＥ／ゾーン板は一つの入力光ビームをいくつかの位置に集束させたりいくつかのスポットに分割したりすることを可能にする。管５０の末端とヒートシンク６０とは基板４６と密着させる。管５０およびヒートシンク６０の表面は平坦であって表面４６との良好な接触を確保する鏡面仕上げが可能である。界面の影響を抑えるように光学接着剤や屈折率整合油を用いることもできる。
【００４７】
図９ａおよび図９ｂは多ファイバ光試験システム１０４と複数の感光性ターゲット５８を有するＤＵＴ４０とを示す。より詳細に述べると、図９ｂはＤＵＴ４０のダイの表面に配置したターゲット部位５８の平面図を示す。この構成においては、複数の光トリガ信号を複数のファイバ４４経由でダイ上の複数の部位に伝達する。この多ファイバ光試験装置は、光パルスサブシステム（図示してない）などの光源に基部端を結合した一つ以上の光ファイバを含む。この実施例における個々の光システムの各々は上述の光システムまたはそれら光システムの組合せで構成できる。したがって、図９ａに示すとおり、ＤＵＴ４０のヒートシンク構造６０に位置する各ファイバ軸合わせ孔６２に各光システムを挿入する。これら光システムのトリガ動作は、試験フォーマットおよび手順に応じて同時並行的にも、区画ごとにも、個々にも行うことができる。上述のとおり、光は各光システム内を伝搬しＤＵＴ４０の感光素子５８に集束される。光パルスによりＤＵＴ４０にデータをラッチし、ＩＣ動作確認のためのテストパターンの発生をトリガする。
【００４８】
この発明の方法および装置を特定の実施例および応用分野について上に述べてきたが、当業者にはこの出願の請求項記載の発明の範囲から逸脱することなく上記以外の実施例や変形を想到できよう。したがって、明細書および図面の記載は例示だけを目的とするものであって限定を意図するものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】代替のヒートシンク構成を有する被検デバイス（ＤＵＴ）と光学式ＩＣ試験システムの一例の概略的断面図。
【図２ａ】この発明によるＤＵＴおよび光学式ＩＣ試験システムの断面図。
【図２ｂ】この発明による試験用取付具および光システムの斜視図。
【図３】この発明による試験システムの概略図。
【図４ａ】この発明によるＤＵＴおよび光学式試験システムの代わりの実施例の断面図。
【図４ｂ】この発明によるゾーン板の上面図。
【図４ｃ】ゾーン板環計算の図解。
【図５】この発明によるＤＵＴおよび光学式試験システムのもう一つの実施例の断面図。
【図６】この発明によるＤＵＴおよび光学式試験システムのさらにもう一つの実施例の断面図。
【図７】この発明によるＤＵＴおよび光学式試験システムのさらにもう一つの実施例の部分断面図。
【図８】この発明によるＤＵＴおよび光学式試験システムのさらにもう一つの実施例の断面図。
【図９ａ】この発明によるＤＵＴおよび光学式試験システムの断面図。
【図９ｂ】この発明によるＤＵＴの上面図。
【符号の説明】
１０              光による半導体集積回路デバイス試験装置
１２              検査対象の半導体集積回路デバイス（ＤＵＴ）
１４              半導体デバイス
１６              多層基板
１８              ボールボンド
２０              半導体基板
２２              感光素子／ターゲット
２４              顕微鏡
２６              レンズ
２８              光ビーム
３０              ヒートシンク構造
４０              ＤＵＴ
４２              光システム
４４              光ファイバ
４６              透明基板
４８              集束素子
５０              管
５２              ダイ
５４              相互接続コンタクト
５６              パッケージ
５８              ターゲット
６０              取付具
６２              軸合わせ孔
６８              マスク
７０              ホログラムパターン
７２              フォトレジスト膜
７４              レンズ系
７６              紫外光線
８０、８２        ゾーン板４８のリング
８４              負荷ボード
８６              試験用取付具
８８              試験系列発生器
９０              電子回路装置
９２              レーザ装置
９３              レンズまたはホログラフィ光学素子（ＨＯＥ）
９５              平行ビーム
９６              レンズ
９８              レーザ光ビーム
１００            追加のレンズ
１０２            基部
１０４            多ファイバ光学式試験システム
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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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９ａ】
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【図９ｂ】
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