JPH0337301B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

Ａ 産業上の利用分野 本発明は動作中の集積回路を非接触でモニタ
し、テストする装置、より具体的に言えば、集積
回路上の多数のノードの瞬間的な動作電圧が、チ
ツプのクロツクサイクルの間の特定な時間で、レ
ーザパルスで誘出されたホト放射により測定され
るような、チツプ全体をテストするためのテスト
方法及び装置に関する。 Ｂ 従来技術 機械的な接触プローブによつて遂行されるもの
であつても、また非接触技術によつて遂行される
ものであつても、集積回路の内部ノードをテスト
する従来の技術は、測定点から測定点への移動が
遅いという固有の弱点がある。加えて、これらの
殆んどの技術は、回路動作の状態を実時間ベース
の測定としての信頼性を与えるものではない。 従来の技術及び科学的背景の代表例を以下に述
べる。 1984年11月１日に出願された米国特許出願第
06／667506号は、交番スイツチ波形（ピコ秒の時
間単位）によるオンチツプの非接触測定と、高エ
ネルギホトン（約５〜6eV）を使う論理状態の測
定（ナノ秒の時間単位）とを含む、動作中の高速
度大規模集積（VLSI）回路のダイナミツク状態
とその性能を真空中でテストするテスト装置を開
示している。この技術は、固体回路から真空中
へ、ホトンで誘出される電子放射（ホト電子放
射）の現象に基礎を置いている。この技術におい
ては、ただ１個の回路ノードの電圧がチツプのク
ロツクサイクルの間で、時間の関数として測定さ
れる。 1985年３月29日に出願された米国特許出願第
06／717409号は、動作中の高速VLSI回路のダイ
ナミツクな状態とその性能を、空気中においてテ
ストするテスト装置を開示している。この技術
は、ホトンによつて助成される金属から酸化物へ
のトンネル効果に基づいて、モニタ信号を検出す
るために、回路の内部ノード上に多数存在する透
明絶縁パツシベーシヨン層と、その絶縁層上の金
属被覆とを使つている。この技術でも、ただ１個
の回路ノードの電圧がチツプクロツクサイクルの
間で、時間の関数として測定される。 1985年３月29日に出願された米国特許出願第
06／717407号は、動作中の高速VLSI回路のダイ
ナミツクな状態とその性能を、真空中でテストす
るテスト装置を開示している。入射レーザ光で線
焦点を結ばせることにより、そしてホト放射電子
の高速度電子屈折光学系（ストリーク（streak）
カメラで用いられているような）を用いることに
よつて、この技術は、１次元アレーの回路中の内
部ノードの電圧の同時測定を達成している。 チツプの内部ノードの電圧の実時間測定は、回
路ノードの２次元アレーの同時的な測定によつ
て、高いテスト速度を達成する近道になり、これ
が本発明の目的である。 米国特許第1957249号は電子ビーム励起による
電子放電を単に示している。電子ビームによるテ
スト方法は内部回路ノードの非接触的な測定手段
として知られている。然しながら、この方法は幾
つかの重大な弱点を持つている。この方法の第一
の弱点は、金属導体のテストポイントをチツプの
表面に設けなければならないので、パツシベート
された回路のテストには不向きである。第２の弱
点は、電子ビームが酸化膜などのパツシベート層
の材料を破損させるので、電気ビームがそのよう
に領域に差し向けられないよう慎重に配慮されね
ばならないことである。第３で且つ最も決定的な
弱点は、回路ノードのアレーに対する同時測定が
不可能なことである。 上述した米国特許出願はダイナミツク動作のテ
ストを行う技術を開示し、そして高速VLSI回路
の性能を記載していることを述べた。ハードウエ
アの設計の検査の一部として、交番スイツチ波形
（ピコ秒の時間単位）の測定に加えて、チツプの
論理動作が機能的に正しいことをチエツクするこ
とはまた、重要であり且つ有意義なことである。
論理状態をテストし且つ内部ノードにおける交番
スイツチ波形をテストする能力は、チツプの複雑
性が高まり且つウエハスケールの集積度が高まる
につれて益々重要になつている。これは、米国特
許出願第06／717409号及び06／717407号に開示さ
れたレーザテスト方法により達成することが出
来、これらの技術は、レーザビーム走査、チツプ
面上の金属テストポイント、チツプ上のプローブ
を走査することによる電子ビーム方法を含んでい
る。このような走査は、時間がかかり過ぎ、オン
ラインの製品テストが不便であり、そしてチツプ
内の回路の同時テストは不可能である。 Ｃ 発明が解決しようとする問題点 従来の技術は、大規模の２次元アレーの内部回
路ノード電圧をダイナミツクに実時間でテストす
ること、換言すれば、回路動作を迅速且つ正確に
評価するために、論理状態及び交番スイツチ波形
の“チツプ全体”（full−chip）テストを行うこ
とを可能とする本発明の技術の教示、示唆がな
い。 本発明の目的は集積回路の、高感度で非接触の
実時間テストを提供することにある。後述される
本発明の実施例はそのようなテストを空気中で
も、真空中でも可能とし、また、テストされるべ
き回路ノード上に絶縁性パツシベーシヨン層を有
するもの、又はそのような層を有しないもののテ
ストを可能とする。 本発明の他の目的は交番スイツチ波形及び論理
状態の“コツプ全体”の実時間テスト、即ち、２
次元アレーの内部回路ノードの同時テストを遂行
するため、上述したテストを集積回路に拡張する
ことにある。 本発明の特定の目的は金属のテストポイント上
にある酸化物絶縁被覆、又はパツシベーシヨン層
を有する集積回路にそのようなテストを可能と
し、結果的に、テストの環境が最終的な使用環境
と同じような動作状態にすることにある。 本発明の他の目的はそのようなテストを空気中
及び真空中で行わせることにある。 本発明の特徴はレーザで誘出されるホト放射の
閾値を与えることによつて、テストするチツプを
バイアスして識別電圧の増加を計ることにある。 本発明の他の特徴は、チツプのテストポイント
の電圧状態を表わす２次元アレーの情報に並列的
な光学的処理を行うことにある。従つて、維持さ
れたイメージはコンピユータによつて処理され、
コンピユータで使用可能な形式で必要なテスト結
果を与える。 本発明の２つの実施例の特徴はマイクロチヤネ
ルプレートと、けい光スクリーンを有する電子光
学系を使うことであり、これにより、２次元の電
子ビームパターンを発生し、そしてその電子ビー
ムパターンを対応する２次元の光学的なパターン
に変換する。 本発明の実施例の他の特徴は、２次元の電子信
号パターンを対応する光学的信号パターンに変換
するために、チツプのパツシベート絶縁層中にけ
い光材料を使用することである。 本発明の実施例の他の特徴は、結像させそして
測定するためのテスト信号の電子を薄膜金属被覆
を通して真空中へ通り抜けさせるように、チツプ
上に、透明なパツシベーシヨン絶縁層表面に薄膜
金属被覆を使うことである。 本発明の実施例の他の特徴は、テストを容易に
するために、窓の中に置かれて発光スクリーンを
備え、且つパツシベートされたテストポイントを
持つたチツプにある。 Ｄ 問題点を解決するための手段 本発明は、パルス型の紫外線レーザ光線で、集
積回路の表面を照射することによつて、集積回路
上の微小ポイントに、電圧の関数としてのホト電
子放射を発生させ、この２次元の電子パターン
を、発光ターゲツトによつて、相対的に長い持続
時間を持つ対応する発光パターンに転換し、そし
て、ビデオ／コンピユータ走査によつてテスト結
果を観察することを含むテストプローブを使わな
い非接触型の集積回路のテスト装置である。真空
中又は空気中の何れかでテストを行うこと、そし
て絶縁パツシベーシヨン層があるチツプ、又はそ
の層がないチツプに対するテストを行うことに関
する実施例を示す。本発明の装置は２次元のアレ
ー中の多数の微小ポイントを同時にテストするた
め、瞬間的な電圧（論理状態及び交番スイツチ波
形）をモニタする非接触のオシロスコープを含ん
でいる。テストを最適化するために、レーザを照
射して発光させるためのテストポイントに、適当
な窓が設けられているチツプを特別に設計するこ
とが出来る。 Ｅ 実施例 第１図は、投射式のパルス型レーザビームと、
テスト中のチツプと、２次元のオプチカルアレー
用のプロセツサを示す本発明の装置の模式図であ
る。 本発明の装置は、チツプ全体を覆つた２次元の
アレーにおいて、論理状態と交番スイツチ波形と
を同時に測定するものであり、これにより、テス
ト時間を顕著に減少する。チツプのすべての電圧
レベルはチツプクロツクの同じサイクル間で同時
に決定される。“チツプ全体”テストを行うこの
能力が著しい改良をもたらす。 “チツプ全体”のテスト方法に共通し且つ主要
な要素が第１図に示されている。テスト中のチツ
プ１は、チツプの種々の内部ノード、即ちテスト
ポイント３がテストのためアクセスしうるよう
に、基体、即ちホルダ２上に装着される。高レベ
ルのチツプ集積（代表的に言えば、１個のチツプ
当り１万乃至10万個のトランジスタ又は回路）に
対して、テストされるべき沢山の内部ノードがあ
る。チツプの回路系の動作は制御ユニツト４の駆
動回路により行われるので、チツプはテスト中、
設計された通りの最高速度で動作される。 特定の瞬間的な時間において、チツプのテスト
ポイント３からホト電子放射を誘出するのに充分
なホトンエネルギを有する非常に高速度のレーザ
パルスがレーザシステム５から発射される。レー
ザ光はチツプ全体を照射するように光学システム
６により拡大されて、すべてのテストポイントか
らホト電子放射信号を発生させ、ホト電子放射信
号は、その特定の瞬間的の時間において決定され
た電圧を表示する。レーザシステム５及び光学シ
ステム６は“付勢手段”として特徴付けることが
出来る。チツプ上の各テストポイントから放射す
るホト電子信号の量はレーザパルスの期間中の電
圧を表示する。 ホト電子パターンは発光ターゲツト７、評価手
段、又は処理システム８及び電圧識別度向上手段
９によつて処理され、テストポイントの電圧を表
示する。ここで電圧識別度向上手段９は、例えば
第２図の実施例に示す電子レンズ１０、加速グリ
ツド１１など、又は第３図の実施例に示す金属被
覆層１３、バイアス手段１４、パツシベーシヨン
層１５などを含む手段の線稲である。従つて、こ
れらのパターンは２次元の電圧情報を運び、この
２次元の電圧情報は発光ターゲツト７（りん光又
はけい光スクリーン）から、２次元の対応する光
放射パターンに転化される。次に２次元の光放射
パターンはビジコン（vidicon）システムに使わ
れているような並列光学的処理システム８によつ
て測定される。けい光体及びビデオシステムの応
答速度は特に速くはないけれども、その情報は速
いレーザパルスの間での、チツプの上のテストポ
イントの電圧パターンにのみ対応する。５ピコ秒
又はそれ以下のレーザパルス幅を使うことによつ
て、“チツプ全体”テストシステムの時間的解像
度を極めて高速度にすることが出来、交番波形テ
スト及び実時間の論理状態テストの両方を両立さ
せることが出来る。 チツプから放射されたホト電子パターンが発光
ターゲツト７から、２方向の光放射パターンに転
換されることによるメカニズムは、空気中でのア
プリケーシヨン、或は真空中でのアプリケーシヨ
ンに適合し、そしてまた、チツプのテストポイン
ト３の上部に存在するパツシベーシヨン層を有す
るもの、或は有さないものにも適合するよう充分
に変化することが出来る。 (a) 第１実施例 〔パツシベーシヨン層がないチツプの真空中で
のテスト〕 第２図は、パツシベーシヨン層がないチツプを
真空中でテストすることを指向する本発明の第１
の実施例を説明する模式図である。制御ユニツト
４からのチツプクロツクで同期してパルスされた
レーザ５から、光学系６を介した紫外線レーザビ
ームは、チツプ１全体上に投射する。チツプ１上
の金属テストポイント３の仕事関数Ｗを越えたレ
ーザのホトンエネルギＬによつて、ホト電子が発
生される（１次電子及び２次電子）。次に、これ
らのホト電子は電子レンズ１０によつて、１個又
はそれ以上のマイクロチヤネル・プレート１２上
に結像される。チツプ１の前の加速グリツド１１
は、チツプ１上の漂遊マイクロフイールドの影響
を減少し、且つ信号パターン中の電圧差を与える
ために使われる。マイクロチヤネル・プレート１
２は、電子密度に高利得（100万倍まで）を生ず
る電子増倍プレートの高密度アレーである。従つ
て、これらの増倍した電子流は、光学処理システ
ム８中の発光（けい光）ターゲツト７へ加速さ
れ、そして、チツプ１上のテスト電圧の発光表示
を発生する。与えられたテストポイントにおける
像の輝度はチツプ１上のテストポイント３におけ
る電圧の直接の関数である。この発光像は、ビジ
コン又は他のビデオ装置である光学処理システム
８によつて処理される。像はレーザパルスの幅よ
りも遥かに長い時間の間、発光ターゲツト（けい
光スクリーン）中に維持することが出来る。 この装置はチツプ上のすべてのポイントを同時
に測定するので、充分な強さの信号を発生するた
めに、高出力のレーザパルスが必要である。これ
は市販されているパルス型の紫外線エキサイマ
（excimer）レーザで達成することが出来る。そ
のようなレーザは、チツプの１クロツクサイクル
以内で電圧レベルを分析するのに充分である３ナ
ノ秒乃至20ナノ秒の範囲のパルス幅を持つてい
る。ルモニクス（Lumonics）TE−861T−４エ
キサイマレーザはこの１例である。３種類のガス
についてそのようなレーザの特性を第１表に示
す。10ミリ×10ミリ角のチツプ上にレーザビーム
が照射されると仮定して、第１表で予測されてい
るようなホトイールド（Photoyield）を用い、且
つパワー強度のピークを許容レベル（毎平方セン
チメートル当り10ｍＪ）に減少した場合、１ミク
ロン×１ミクロンのテストポイントの各々は毎レ
ーザパルス当り35000個乃至370000個の電子を与
えうることが見出された。これは、１つのレーザ
パルスで、チツプ上のすべてのポイントを測るた
めの妥当な電圧を生ずるのに要する量を充分に上
廻る量である。例えば、KrClの場合（第１表中
の３つのケース中で最も悪いケース）を取つても
上述のことが理解出来るであろう。ホト電子のエ
ネルギ配分が同じ場合（1eV）、信号対雑音比２
の１個のレーザパルスによつて、10ｍＶの電圧変
化がチツプの１ミクロンのテストポイントのすべ
てについて測定することが出来る。 下記の第１表は或る種の紫外線エキサイマレー
ザ（即ち、ルモニクスTE−861T−４）の特性
と、金（Au）パツド／内部接続テストポイント
からの予測されたテスト・ホト電流とを示す。 ホトイールドは、1970年のフイジカルレビユー
のB1478頁に記載されたクロリコフスキー（W.F.
Krolikowski）及びスパイサ（W.E.Spicer）の
（Au）データからの閾値以上のイールドから計算
されている。

【表】 電子数

〔パツシベーシヨン層があるチツプの真空中でのテスト〕

第３図はパツシベーシヨン層があるチツプを真
空中でテストすることを指向する本発明の第２の
実施例を説明する模式図である。パツシベーシヨ
ン層の存在は第１実施例に対して３つの基本的な
変更を要する。第１に、レーザ光線が打ち勝たね
ばならない閾値エネルギは、パツシベーシヨン層
の存在によつて減少される。第２に、ホト電子エ
ネルギの識別は、他の異なつた方法、即ち、静電
気グリツド及び真空中の電子光学系によるのでは
なく、ホトンで助成されるトンネル効果を使用す
ることによつて達成される。第３に、エネルギ分
析段を通過させる電子（絶縁層、又はパツシベー
シヨン層中へのホトンで助成されるトンネル効
果）は真空中に放出されねばならない。これは金
属被覆層を非常に薄くすることによつて達成され
る。 第３図に示したこの第２実施例の装置は第１実
施例（第２図）の装置と酷似しており、共通の素
子は同じ参照数字を用いてある。第３図に付加さ
れた素子は、金属被覆層１３、バイアス手段１４
及びパツシベーシヨン層１５である。然しなが
ら、この場合、レーザ５からのホトンエネルギ
は、チツプ１に存在する絶縁／パツシベーシヨン
層１５の導電帯中に、金属テストポイント３から
の電子のホトン助成のトンネル効果を達成するよ
うに、低下される。パツシベーシヨン層１５はレ
ーザ光線に対して透明であることが容易に達成す
る一つの条件である。 レーザ光線は非常に薄い金属被覆層１３を通過
することが出来るので、ホト電子は、パツシベー
シヨン層上にデポジツトされている非常に薄い金
属被覆層１３（数百オングストローム又はそれ以
下）で集められる。電圧供給源１４により金属被
覆層１３へ印加される電圧によつて、適当な静電
気がパツシベーシヨン層に跨がつて発生される。
金属被覆層１３に到達した或る量の電子は、金属
被覆１３が薄いので、金属層を通つて真空中に通
過する。次にこれらの電子は、加速され、そして
既に説明したマイクロチヤネルプレート１２上に
結像され（若し利得の増加が必要ならば）、結果
として発光ターゲツト７に結像され、所望のテス
ト情報を得るために処理することの出来る２次元
の光学的像を発生する。この実施例において、電
子オプチツクスの機能は加速し、且つ再結像する
ことにあり、第１実施例のように電圧識別機能で
はない。 (c) 第３実施例 〔パツシベーシヨン層があるチツプの空気中で
のテスト〕 第４図はパツシベーシヨン層があるチツプを空
気中でテストすることを指向する本発明の第３実
施例を説明する模式図である。第２実施例のよう
に、絶縁／パツシベーシヨン層１５の導電体中
へ、チツプのテストポイント３からのホトン助成
のトンネル効果によつて、電圧識別が達成され
る。然しながら、この第３実施例の場合、ホト電
子信号は、チツプ１上の窓中にある、絶縁層１５
と金属被覆層１３との間の発光ターゲツト層７で
の電子の相互作用によつて光信号に転換される。
この発光ターゲツト層７はエレクトロルミネツセ
ンス材料、又はりん光材料を含んでいる。各テス
トポイント間での電圧の相異は発光ターゲツト７
をホト電子で励起発光させ、そのホト電子励起発
光は投射するレーザパルスにより励起された均一
な発光とは異なつている。この第３実施例におい
て、ビジコン型の処理システム８により発光ター
ゲツト７の２次元の発光パターンを読み取ること
以外には他の処理は必要がない。テスト全体は空
気中で行うことが出来る。 Ｆ 発明の効果 本発明の１つの利点はチツプクロツクのただ１
個のパルス期間中で、チツプ全体を同時に読み取
ることが出来、そしてテストデータを得るため、
すべてのテストポイントの電圧状態を同時に読み
取ることが出来ることである。 本発明の装置はレーザで誘出するホト放射に対
して必要であり、且つ高性能集積回路の電圧状態
を読み取るのにも必要である、高速度で、すべて
のテスト読み取りを行うのにもかかわらず、コン
ピユータにより評価される読み取りの結果は遥か
に長時間維持されることが本発明の他の利点であ
る。従つて、非常に短時間内でレーザ走査を行つ
た後、余裕をもつてテスト結果を吟味し、テスト
結果についての必要な処置、即ち、不合格、修
理、合格などを決定することが出来る。 本発明は時間的に高い分解能（５ピコ秒又はそ
れ以下）と、寸法的に高い分解能（１ミクロン又
はそれ以下）と、高い電圧分解能（妥当な測定時
間内で１ミリボルトの程度）とを達成することが
本発明の他の利点である。 本発明の他の利点は、パツシベーシヨン層を有
するチツプの絶縁層を破壊することなく“チツプ
全体”テストが出来ること、パーソナリゼーシヨ
ンを行うのに使われるのと同じツールでテストが
出来ること、テスト時間及びテストの設定の選択
をより自由に行うことによつて、製造工程中での
テストを経済的に行うことが出来ることなどがあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の模式図、第２図はパツシベー
シヨン層がないチツプをテストすることに向けら
れた本発明の第１実施例を説明するための模式
図、第３図はパツシベーシヨン層を有するチツプ
を真空中でテストすることに向けられた本発明の
第２実施例を説明するための模式図、第４図はパ
ツシベーシヨン層があるチツプを空気中でテスト
することに向けられた本発明の第３実施例を説明
するための模式図である。 １……チツプ、３……テストポイント、５……
レーザシステム、６……光学システム、７……発
光ターゲツト、８……処理システム、９……電圧
識別手段、１２……マイクロチヤネル・プレー
ト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ テストされるべき複数個のテストポイント３
   を有する集積回路チツプ１を非接触でテストする
   方法であつて、 テストされるべき集積回路チツプに制御信号を
   与えて、チツプ上の選択されたテストポイント３
   に電圧を生じさせる段階と、 上記チツプ表面全体を同時にパルス型の紫外線
   レーザ光線で照射して、上記テストポイントにお
   ける電圧の関数としてのホト電子放射を生じさせ
   る段階と、 上記ホト電子を発光ターゲツト７に導いて発光
   パターンを生じさせる段階と、 上記発光ターゲツトの面上に形成された２次元
   的な発光パターンを処理システム８により解析し
   て、上記パルス型の紫外線レーザ光線で照射した
   瞬間の電圧パターンを得る段階と、 を含む集積回路のテスト方法。 ２ テストされるべき複数個のテストポイント３
   を有する集積回路チツプ１を非接触でテストする
   方法であつて、 上記集積回路のテストされるべき複数個のテス
   トポイントを紫外線レーザ光線に対して透明な材
   料のパツシベーシヨン層１５で覆い、且つその上
   に上記紫外線レーザ光線の通過を許す薄い金属被
   覆層１３を被着した集積回路チツプ１を用意する
   段階と、 テストされるべき集計回路チツプに制御信号を
   与えて、チツプ上の選択されたテストポイント３
   に電圧を生じさせる段階と、 上記チツプ表面全体を同時にパルス型の紫外線
   レーザ光線で照射して、上記テストポイントにお
   ける電圧の関数としてホト電子放射を生じさせる
   段階と、 上記金属被覆層にバイアス電圧手段１４を接続
   して、バイアス電圧を供給することにより上記ホ
   ト電子を加速し、発光ターゲツト７に導いて発光
   パターンを生じさせる段階と、 上記発光ターゲツトの面上に形成された２次元
   的な発光パターン２を処理システム８により解析
   して、上記パルス型の紫外線レーザ光線で照射し
   た瞬間の電圧パターンを得る段階と、 を含む集積回路のテスト方法。 ３ テストされるべき複数個のテストポイント３
   を有する集積回路チツプ１を非接触でテストする
   装置であつて、 テストされるべき集積回路チツプに制御信号を
   与えて、チツプ上の選択されたテストポイント３
   に電圧を生じさせる制御手段４と、 上記チツプ表面全体を同時にパルス型の紫外線
   レーザ光線で照射して、上記テストポイントにお
   ける電圧の関数としてホト電子放射を生じさせる
   ための付勢手段５，６と、 テストポイント３からのホト電子を受取つて発
   光値に転換する発光ターゲツト手段７と、 上記発光ターゲツトの面上に形成された２次元
   的な発光パターンを解析して、上記パルス型の紫
   外線レーザ光線で照射した瞬間の電圧パターンを
   得るための処理システムと、 を含む集積回路のテスト装置。