JPS61225831A - 集積回路の非接触全ライン動的テスト装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は集積回路の非接触テスト装置に関し、さらに具
体的には瞬間的な回路の動作電圧によって変調されたレ
ーザ誘起光電子放射を使用する極めて高速で、極めて分
解能の高い、集積回路の全ラインの動的ＡＣテスト装置
に関する。

Ｂ、開示の概要 本発明により、テストされるチップのライン上に収束さ
れるパルス・レーザによって誘導される光電子放射、及
び収束ラインに垂直な高速静電偏向を使用して、高い時
間的分解能でテストされる集積回路チップ上のテスト位
置の全ラインに及ぶ電圧の同時非接触テストが可能にな
る。パルス・レーザー光の収束ラインから発生する光電
子は検出器配列体上のライン上に結像される。このライ
ンに沿う配列点の光電子の測定強度は収束レーザによっ
て照射されたライン上の対応する点の電圧を表わしてい
る。レーザ・パルスの接続時間中に収束ラインの方向に
垂直に印加される高速度静電偏向が一連のテスト位置に
またがる、検出器配列体上の線像（列）を直角（行方向
）に移動させる二〇、従来技術 出願中の成る米国特許明細書はパスル紫外線レーザによ
って誘起される光放射を使用して、極めて高い時間的分
解能（約１０ピコ秒もしくはそれ以下）で実時間でＶＬ
ＳＩもしくはＶＨ８ＩＣチップ上の特定の点の電圧を測
定する技法を開示している６測定された光電流はテスト
されるチップ上の点の電圧を直接反映している。それは
この電圧が電子の加速もしくは減速電界に影響を与え。

放射電子によって感知されるからである。ピコ秒の範囲
（それ以下）のパルス幅のレーザを発生出来る特殊なレ
ーザ装置が提案され、その実施例も与えられていて、単
一の点の実際のＡＣスイッチング波形がピコ秒の時間分
解能、即ち進歩した高速回路にとって十分な高速で測定
出来ている。

この様なレーザ装置は、すでに現在の実験室で使用され
ていて、レーザ・ビームを走査する事によって全チップ
上でこの種の測定を順次行うのに使用出来るが、今日の
この様なレーザ装置（ピコ秒の範囲で動作する）のパワ
ーは、製造及び他の応用にとって望まれている。チップ
上の多くの点の同時測定、即ち点の２次元配列体の全チ
ップ・テストを行うには十分ではない。

米国特許第３１２４７９０号はビット値に依存して偏向
方向を変化させる事による記録データのパターンの電子
ビーム走査装置を開示している。

この従来技術は、動的テスト動作及び線像に収束するレ
ーザ・ビームに応答してテストされる集積回路チップに
よって発生される電子放射パターンを検出器配列体にま
たがって列走査し、次に視覚的に行走査に応答して検出
器配列体の閾値電圧の交差点の選択によってチップのテ
スト時間中の各員なる瞬間に良好な空間的時間的分解能
を与えるところの本発明を示唆していない。

Ｄ１発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、チップに複雑なもしくは破壊的探針動
作を与える事なく高速に全集積回路をテストする装置を
与える事にある。

本発明に従えば、ＡＣスイッチング波形をモニタするの
に十分な時間的分解能で、テスト点の一次元配列体を非
破壊的に動的に同時にテストする装置が与えられる。

本発明に従えば、テストされるチップ上にパルス紫外線
レーザ・ビームをライン状に収束させて、該ラインに沿
うテスト点の列から光電子を同時に放射させるテスト装
置が与えられる。

本発明に従えば、減速及び加速格子もしくは他の電子光
学装置を使用して、電子放出テスト点から反射する光電
子信号電流をその初期エネルギ分布に従って変調するテ
スト装置が与えられる。

本発明に従えば、上述の様に変調された光電子線像を光
電子信号のための検出器配列体上の列ライン上に再結像
させるテスト装置が与えられる。

本発明に従えば、レーザ・ビームの焦点列ラインに垂直
な方向に、時間の関数として、検出器配列体を空間的に
横切って光電子を分散するためにストリーク・カメラ（
Ｓｔｒｅａｋ　ｃａａ＋ｅｒａ）の場合の様な高速電子
偏向を使用し、ＡＣスイッチ波形の測定に十分なピコ秒
範囲の高い時間的分解能でラインに沿う、チップのテス
ト点の電圧の時間依存性を明らかにするテスト装置が与
えられる。

Ｅ０問題点を解決するための手段 パルス・レーザ・ビームがテストされる集積回路チップ
上のテスト点の列に沿うライン上に収束される。このパ
ルス・レーザ・ビームによって発生した光電子は検出器
配列体上のラインに結像される。このラインに沿う配列
点の光電子の測定強度が収束レーザによって照射された
ラインに沿う対応点の電圧を表わす、レーザ・パルスの
持続時間中、収束列ラインの方向に垂直に加えられる高
速静電偏向によって検出器配列体上の列像を一連の行に
沿う様に分散し、これによって高い時間的分解能（ピコ
秒の範囲）でテスト点の列中の電圧の時間依存性が明ら
かになる。

Ｆ、実施例 本発明のテスト装置は集積回路上の一次元配列をなす多
くの点の各々の電圧の同時実時間動的測定を与える。測
定はＡＣスイッチング波形を観測するに必要なピコ秒範
囲の時間的分解能で行われるが、しかも好ましい実施例
の標準のエキシマ・レーザの様な現在入手可能なレーザ
装置を使用する。

第１図は本発明の動作原理を示す概略図である。

テストされるチップ上の多くのテスト点の電圧を時間の
関数として、高速集積回路のＡＣスイッチング波形を観
測するのに十分な高い測定速度及び同時に高い時間的分
解能で測定出来る事が好ましい、テストされるチップ１
は真空室９に挿入され、保持器上に取付けられ、チップ
の入／出力端子がチップに十分な電力を与え、設計速度
でチップを動作させる駆動回路に接続される。テストさ
れるチップ１上のテスト点は概略的に領域２で示されて
いる。

各測定サイクル中に、チップ上のテスト点の単一ライン
に沿う電圧の時間依存性は次の様に決定される。パルス
・レーザ３のビームは第１図に示された如く、チップの
最上部のいくつかのテスト点２（第１図にはＡ、Ｂ及び
Ｃで示されている）より成るライン４上に収束される。

テスト点（位置）２は一定のパターンをなす必要はない
が、説明の都合上１点Ａ、Ｂ及びＣのラインを列、これ
に垂直な方向を行とする。

このレーザ・ビームは光電子を真空中に放射させるに十
分短い波長（即ち光子エネルギが十分高い）紫外線でな
ければならない。その代表的な閾値はエネルギで約４．
ＯｅＶ即ち波長で３０００人である。さらにレーザの強
度はラインに沿う多くのテスト点に対して妥当な信号を
同時に発生出来るのに十分でなければならない、レーザ
・パルスの持続時間は偏向用の勾配電圧の間隔ｔｌ−ｔ
２よりも長くされている０例えばエキシマ装置は１０＋
１秒の間隔ｔｌ−ｔ２に対して２０＋１秒のパルス幅を
有する。

電子光学格子１２及びおそらく追加の電子レンズ（図示
されず）を含む装置を使用して、チップ上の線像４から
放射した光電子信号は変調され、二次元の電子検出器配
列体５上のライン６に沿って再収束される。各点の光電
子の測定強度はレーザ・パルスの持続時間中のチップ上
の線像（列ライン）４に沿う対応テスト点に存在する電
圧を表わす、使用される信号変調過程は上記の出願中の
米国特許明細書に説明されているものと同じである。

現在の技術水準のレーザでは、これ等の要件は市販のエ
キシマ・レーザ（ＫｒＦ等）の様なナノ秒のレーザ・パ
ルスを使用した妥当なテスト速度だけで満足される。ナ
ノ秒の時間的分解能はしばしばチップの電圧の異なるタ
イミング（フロック）状態の電圧を区別するのに十分で
あるが、高速度集積回路上の電圧のためのＡＣスイッチ
ング波形の形状を解像出来るには十分でない、後者の問
題を解決するために、ピコ秒の範囲の増強された時間的
分解能がストリーク・カメラに使用されているものと類
似の高速度の静電偏向手段を開発する事によって得られ
る。

電子像走査装置として一組の静電偏向板７を使用し、光
電子線像６を検出器配列体５を横切って、線像６自体に
垂直、即ち行方向に走査する。

間隔約１００ピコ秒の反対極性の極めて高速な勾配電極
を偏向板７に印加し、検出器配列体５上の相継ぐ線像６
を時間の分解能で数ピコ秒に対応する検出器配列体上の
空間分解能に従って分解する。

偏向パルスをレーザ・パルスの開始時に一致させると、
レーザ・パルスの持続時間中にチップ電圧の高い時間的
分解能が望み通り達成される６パルス・レーザ３のパル
スは円柱レンズでよい結像装置８によって結像され、走
査線を発生し、パルス・レーザ走査装置を形成するレー
ザ及び走査結像走査がテストされるチップ上上に線像を
形成する。

図には単一の勾配電圧波形ｔｌ−ｔ２が示されている。

この波形を延長するためには、発振電界の一部を使用し
て、高い変化率の波形を得ればよい。

従って第１図でチップ上のテスト点Ａ、Ｂ及びＣのだめ
の電圧は検出器配列体５上の一連の光電子の強度として
反映される。即ち検出器配列体５上のＡｌ、Ｂｌ及びＣ
１の強度は時刻１の電圧を反映し、Ａ２．Ｂ２及びＣ２
の強度は時刻２のチップ上の点Ａ、Ｂ及びＣの電圧を反
映している等々である。

二次元検出器配列体５からの関連信号を得て処理するの
に高速並列検出電子装置が与えられる。

各測定で、チップ上のラインに沿う一組のテスト点のチ
ップ電圧はピコ秒の時間的分解能の範囲で時間の関数と
して決定される。チップ上の他の列に沿うテスト点の電
圧の時間依存性を測定するためには、レーザはチップ上
の他の列上に収束され。

上述の測定が再び遂行される。レーザ３及び関連光学装
置は真空室９の外部にあってもよいが、全動作は真空室
の中で遂行される事が好ましい、取付は装置１０は任意
の適切な保持器、簡単なコンベアもしくは機械的支持の
ための接続手段及び回路を動作させる電気的入出力接続
部を有する。テストされるチップを繰返し提示するコン
ベアである。

計算機（ｃ）１１は全動作を制御し分析して、テストす
べきチップ１のための制御された動作、パルス・レーザ
走査装置３，８の制御、偏向板７に印加される偏向勾配
電圧の制御及びエネルギ分析格子１２に印加される加速
バイアスもしくは閾値バイアスの制御を与え、テストの
決定及び印加される正規の電圧に関する測定電圧の分析
を制御する。

第２図はビジコン像としての第１図の検出器配列体５上
の時間ｔ１・・・・・・ｔ２間の結果を示す。偏向は矢
印で示された様にレーザ走査に垂直に行われ面状の結果
を与える。

テストすべきチップ１上のテスト点２は集積回路の動作
のために既に存在する特定の相互接続線もしくはコンタ
クトであってよい。又は上述のテストを行うために、特
定のテスト・パッドをチップ上に形成する事が出来る。

テストすべきチップ１は単一の集積回路チップ或いは多
くのチップが得られる全半導体ウェハのすべてもしくは
一部でよい。テストすべきチップは電子装置を相互接続
するための簡単な実装ビイクルもしくは種々の点で電圧
をテストする事が望まれている他の電子装置を有するビ
ークルでもよい。

Ｇ１発明の効果 本発明の利点はテストすべきチップ上の多くの点、即ち
レーザの焦点ラインに沿う多くの点を同時に測定する事
によってテスト速度を増大する点にある。

本発明の他の利点は現在の技術段階の集積回路゛のＡＣ
スイッチング波形を測定出来る極めて高い時間的分解能
でテスト速度の増大が得られる点にある。

本発明の他の利点は高速走査及び計算機による評価のた
めの走査結果の記憶によって複雑な集積回路の自動テス
トに利用出来る点にある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の動作原理を説明する概略図である。第
２図は代表的なテスト結果を示す図である。 １・・・・テストされるチップ、２・・・・テスト領域
、３・・・・パルス・レーザ、４・・・・線像、５・・
・・検出器配列体、６・・・・光電子線像、７・・・・
偏向板、８・・・・結像装置、９・・・・真空室、１０
・・・・取付は装置、１１・・・・計算機、１２・・・
・エネルギ分析格子。 出願人　　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 代理人　　弁理士　　山　　本　　仁　　朗（外１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数のテスト位置を有するテストすべき半導体チップ上
   の集積回路を非接触的に全ラインにわたって動的にテス
   トするための装置であって、 （ａ）テストすべきチップをテスト動作のために少なく
   共一つの表面がレーザ・ビームで照射される様に機械的
   及び電気的に取付ける、真空室内の取付け装置と、 （ｂ）上記テストすべきチップ上に線像を形成し、該線
   像内のすべてのテスト位置を励起して、瞬間的電圧の関
   数として光電子放射を発生するパルスレーザ走査装置と
   、 （ｃ）上記テストすべきチップ上の表面に面して取付け
   られた二次元検出器配列体と、 （ｄ）テストすべきチップ上の線像のテスト位置から放
   射する光電子を上記二次元検出体上の対応するライン上
   に指向する電子像走査装置と、 （ｅ）放射テスト位置から放射され電圧で変調された光
   電子電流に関連してテスト結果を決定する制御及び分析
   装置とより成る、 集積回路の非接触全ライン動的テスト装置。