(57)【要約】【課題】集積回路は正常動作のときに正常電流によって発熱して変形することに着目して、この正常電流を集積回路表面の形状の変化として検出することができる集積回路試験装置及び方法を提供すること。【解決手段】レーザビームを、偏光ビームスプリッタ１１、１／４波長板１２、及び対物レンズ１３を介して集積回路サンプルの表面に照射して、その反射光を対物レンズ１３、１／４波長板１２、及び偏光ビームスプリッタ１１を介して４分割フォトダイオード１４で受光して、その出力の差分を差動増幅器１５によって検出することで、集積回路の表面が部分的に膨張したときにその周辺との境界の表面の傾きを検出することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験する集積回路の表面に光を照射する光照射手段と、
前記集積回路に試験信号を印加する信号印加手段と、
前記光照射手段によって照射された光が前記集積回路の表面で反射してくる反射光を受光する受光手段と、
前記試験信号の変化に応じる集積回路表面の形状の変化を測定して、試験信号が印加されることによって集積回路に流れる正常電流を検出する検出手段と
を備えることを特徴とする集積回路試験装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記試験信号の変化に応じる集積回路表面の傾きの変化を反射光の変化として測定して、試験信号が印加されることによって集積回路に流れる正常電流を検出することを特徴とする請求項１記載の集積回路試験装置。
【請求項３】
前記受光手段は、４分割フォトダイオードであることを特徴とする請求項２記載の集積回路試験装置。
【請求項４】
前記４分割フォトダイオードからの４つの信号の和を集積回路表面の画像信号として表示する表示手段を更に備えることを特徴とする請求項３記載の集積回路試験装置。
【請求項５】
前記試験信号が所定の周波数の正弦波であって、前記検出手段が該周波数の信号を検出する帯域フィルタを使用するものであることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の集積回路試験装置。
【請求項６】
前記試験信号がクロック信号であって、前記検出手段が集積回路の同期信号に同期した信号を検出するロックイン検出機能を使用するものであることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の集積回路試験装置。
【請求項７】
集積回路の正常電流が流れる所定の複数の位置を飛び飛びに順次測定することを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の集積回路試験装置。
【請求項８】
試験する集積回路の表面に光を照射する光照射ステップと、
前記集積回路に試験信号を印加する信号印加ステップと、
前記光照射ステップによって照射された光が前記集積回路の表面で反射してくる反射光を受光する受光ステップと、
前記試験信号の変化に応じる集積回路表面の形状の変化を測定して、試験信号が印加されることによって集積回路に流れる正常電流を検出する検出ステップと
を備えることを特徴とする集積回路試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路に流れる電流を光学的に非接触で検出して集積回路を試験する集積回路試験装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、集積回路の配線部分に通電を行ったときに発熱する故障箇所を、その発熱による膨張を試料表面の高さの変化としてとらえることで特定する故障箇所特定方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００６−３３７０３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述の故障箇所特定方法は、故障によって異常発熱する箇所を特定することはできるが、正常に流れる電流を検出することはできないので、故障によって全く電流が流れない又は異常に電流が少ない場合と、正常に電流が流れている場合とを区別することができない。
【０００４】
本発明は、上記問題点に鑑み、集積回路は正常動作のときに正常電流によって発熱して変形することに着目して、この正常電流を集積回路表面の形状の変化として検出することができる集積回路試験装置及び方法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】
【０００５】
本発明の集積回路試験装置は、試験する集積回路の表面に光を照射する光照射手段と、前記集積回路に試験信号を印加する信号印加手段と、前記光照射手段によって照射された光が前記集積回路の表面で反射してくる反射光を受光する受光手段と、前記試験信号の変化に応じる集積回路表面の形状の変化を測定して、試験信号が印加されることによって集積回路に流れる正常電流を検出する検出手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
また、前記検出手段は、前記試験信号の変化に応じる集積回路表面の傾きの変化を反射光の変化として測定して、試験信号が印加されることによって集積回路に流れる正常電流を検出することで、少ない電流を高い精度で検出することができる。
【０００７】
この点について若干の説明をすると、正常電流により発熱することに伴う集積回路表面の膨張はおよそ（１０^(−１３)ｍ）程度とわずかである。これに対して、ＸＹ走査ステージ上の集積回路と集積回路表面の高さを計測する光学系は互いに独立に、これよりはるかに大きい振幅で自然に振動している。したがって、通電前後、すなわち、異なる時点の高さの差分を検出すると、これら集積回路及び光学系の振動が雑音として混入することは避けられないが、集積回路表面の傾きは、同一時点における異なる位置の２点の高さの差分であるので、集積回路及び光学系の振動の影響を受けることなく検出することができるから、傾きの変化を検出してもはやりこれらの振動の影響を受けることなく高い精度で測定することができる。
【０００８】
また、前記受光手段は、４分割フォトダイオードであることで、集積回路表面の傾きを簡単な構成、かつ、高い精度で検出することができる。
【０００９】
また、前記４分割フォトダイオードからの４つの信号の和を集積回路表面の画像信号として表示する表示手段を更に備えることで、検出された電流の集積回路における位置を正確に把握することができる。
【００１０】
また、前記試験信号が所定の周波数の正弦波であって、前記検出手段が該周波数の信号を検出する帯域フィルタを使用するものであることで、アナログＩＣの試験をすることができる。
【００１１】
また、前記試験信号がクロック信号であって、前記検出手段が集積回路の同期信号に同期した信号を検出するロックイン検出機能を使用するものであることで、ディジタルＩＣの試験をすることができる。
【００１２】
また、集積回路の正常電流が流れる所定の複数の位置を飛び飛びに順次測定することで、高速に集積回路を試験することができる。
【００１３】
また、本発明の集積回路試験方法は、試験する集積回路の表面に光を照射する光照射ステップと、前記集積回路に試験信号を印加する信号印加ステップと、前記光照射ステップによって照射された光が前記集積回路の表面で反射してくる反射光を受光する受光ステップと、前記試験信号の変化に応じる集積回路表面の形状の変化を測定して、試験信号が印加されることによって集積回路に流れる正常電流を検出する検出ステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、集積回路に流れる正常電流を非接触で検出することができる。これにより、正常電流は所定の経路に沿って流れるので、その内の１箇所において正常電流が流れることを試験することで簡易に集積回路を試験することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１による集積回路試験装置の原理を説明する図である。本実施例では集積回路の表面の形状変化を、その傾きを測定することによって、検出する。レーザビームを、偏光ビームスプリッタ１１、１／４波長板１２、及び対物レンズ１３を介して集積回路サンプルの表面に照射して、その反射光を対物レンズ１３、１／４波長板１２、及び偏光ビームスプリッタ１１を介して４分割フォトダイオード１４で受光して、その出力の差分を差動増幅器１５によって検出することで、集積回路の表面が部分的に膨張したときにその周辺との境界の表面の傾きを検出することができる。より具体的に説明すると、電流は所定の経路を流れるが、その流れに沿って集積回路は発熱し熱膨張するから、その両側（電流を川にたとえれば、川の両岸に相当する部分）において集積回路の表面が傾くので、その傾きを検出する。したがって、１本の電流に沿って２本の傾き線（傾いていることを示す線）を観測することができる。逆に言うと、観測される２本の傾き線の中央に電流が流れていることになる。そして、その電流の大きさは傾き線における傾き角度として観測することができる。
【００１７】
図２は、本発明の実施例１による集積回路試験装置の構成を示す図である。本実施例の集積回路試験装置は、レーザ発振器２１、アイソレータ２２、偏光ビームスプリッタ２３、１／４波長板２４、対物レンズ２５、ＸＹ走査ステージ２６、試験信号源２７、４分割フォトダイオード２８、帯域フィルタ２９、整流器３０、及び加算器３１を備える。これらの構成要素はいずれも良く知られているものであるので、一般的な説明は割愛する。レーザ発振器２１は、例えば波長６３５ｎｍの光を出力２０ｍＷで発振する。レーザ発振器２１からのレーザ光は、アイソレータ２２、偏光ビームスプリッタ２３、１／４波長板２４、及び対物レンズ２５を介してＸＹ走査ステージ２６上の集積回路サンプルＳに照射される。試験信号源２７は、集積回路サンプルＳに試験信号を印加する。通電による集積回路表面の傾きを測定する際に、もともとの集積回路表面の傾きをキャンセルするために、試験信号は、変化する信号にする。アナログＩＣであれば、例えば４５５ｋＨｚの正弦波とする。ディジタルＩＣであれば、正常動作に必要なクロックを使用できる。ここでは、４５５ｋＨｚの正弦波を印加する例を示す。集積回路表面で反射した反射光を、対物レンズ２５、１／４波長板２４、及び偏光ビームスプリッタ２３を介して４分割フォトダイオード２８で受光する。４分割フォトダイオード２８の４つの出力ａ、ｂ、ｃ、ｄから、周波数４５５ｋＨｚの信号のみを通過させる帯域フィルタ２９、整流器３０、及び加算器３１によって、
Ｉsum＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ
Ｉx＝(ａ＋ｂ)−(ｃ＋ｄ)
Ｉy＝(ａ＋ｄ)−(ｂ＋ｃ)
Ｉsig＝｜Ｉx｜＋｜Ｉy｜
として、Ｉsum（反射光の合計強度、すなわち、集積回路表面の可視画像信号）、Ｉsig（傾き角度を表す信号）を算出することができる。これらＩsum、Ｉsigを画像として重ねて表示することで集積回路表面の画像に重ねて、流れる電流を表示することができる。その際に、これらＩsum、Ｉsigを色分けして表示すると、更に分かりやすい。
【実施例２】
【００１８】
図３は、本発明の実施例２による集積回路試験装置の構成を示す図である。本実施例の集積回路試験装置は、実施例１における偏光ビームスプリッタ２３から共焦点光学系３６を介して４分割フォトダイオード２８で受光するものである。共焦点光学系３６を採用することにより、空間分解能を向上することができる。
【実施例３】
【００１９】
図４は、本発明の実施例３による集積回路試験装置の構成を示す図である。本実施例の集積回路試験装置は、実施例１の構成に加えて、白色光源４１、ハーフミラー４２、ダイクロイックミラー４３、レンズ４４、及びビデオカメラ４５からなるモニター光学系を備える。実際に計測を行う場合、計測している場所の確認やフォーカス調整などを行うため、モニター光学系が必要である。
【００２０】
図５は、本発明による集積回路試験装置で試験をした結果を示す図である。ＣＭＯＳリニアイメージセンサＳ９２２７（浜松ホトニクス社製）を５００ｋＨｚのクロックパルスで駆動して、スタートパルスのダウンエッジで動作を開始するので、このときの時刻を０としてイメージセンサの１回の計測に要する時間１２８０μｓにわたって(1)〜(4)の４箇所において傾き信号Ｉsigの波形を記録した。そして、それぞれを５万回記録して積算した結果を示した（計測時間は６４ｓ）。図から、流れる電流は場所によってタイミングが異なったり、波形が異なったりしていることが分かる。
【００２１】
また、利得１１倍の非反転増幅器ＬＦ３５７（ナショナルセミコンダクター社製）に４５５ｋＨｚの正弦波を加え、出力に５００Ωの抵抗を接続して２５Ｖｐｐとなるようにした環境において、Ｉsum、Ｉsigを記録しながらＩＣチップ全面（２×１ｍｍ2）で計測を行った結果、電流経路と想定される線の両側に傾き線が観測された。
【００２２】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
【００２３】
上記実施例においては集積回路試験装置として説明したが、本発明は同一の原理で集積回路試験方法として実現することもできる。
【００２４】
また、実施例の説明ではアナログＩＣに正弦波を加える例を説明したが、ディジタルＩＣの場合は、図５で説明した計測環境においても触れたように、ディジタルＩＣの動作に同期して波形を記憶すると良い。そして、波形を積算記憶することで雑音を減らすことができる。また、波形を記憶しないまでも、集積回路の同期信号に同期して信号を検出するロックイン検出機能を使用することもできる。
【００２５】
また、実施例の説明では傾きの変化を４分割フォトダイオードを用いて検出する例を説明したが、微分干渉顕微鏡又は位相差顕微鏡を用いて、傾きの変化を顕微鏡観察画像信号の変化として検出することもできる。
【００２６】
また、正常電流は所定の経路に沿って流れるので、その内の１箇所において正常電流が流れることを試験することが可能であり、これに従い、１つの電流経路は１箇所で検出すれことにすれば、流れる電流経路の数だけの場所を飛び飛びで試験するだけで済む。
【００２７】
また、実施例の説明では集積回路表面の傾きを測定する例を説明したが、表面の高さを測定することによっても正常電流を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例１による集積回路試験装置の原理を説明する図である。
【図２】本発明の実施例１による集積回路試験装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例２による集積回路試験装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施例３による集積回路試験装置の構成を示す図である。
【図５】本発明による集積回路試験装置で試験をした結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１１  偏光ビームスプリッタ
１２  １／４波長板
１３  対物レンズ
１４  ４分割フォトダイオード
１５  差動増幅器
２１  レーザ発振器
２２  アイソレータ
２３  偏光ビームスプリッタ
２４  １／４波長板
２５  対物レンズ
２６  ＸＹ走査ステージ
２７  試験信号源
２８  ４分割フォトダイオード
２９  帯域フィルタ
３０  整流器
３１  加算器
３６  共焦点光学系
４１  白色光源
４２  ハーフミラー
４３  ダイクロイックミラー
４４  レンズ
４５  ビデオカメラ
Ｓ    集積回路サンプル
【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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