JPS6269630A - 集積回路のテスト方法及び装置 - 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７
−ドの瞬間的な動作電圧が、チップのクロックサイクル
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、チップ全体をテストするた
めのテスト装置に関する。

Ｂ、従来技術 機械的な接触プローブによって遂行されるものであって
も、また非接触技術によって遂行されるものであっても
、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ベる。

１９８４年１１月１日に出願された米国特許出願第０６
／６６７５０６号は、交番スイッチ波形（ピコ秒の時間
単位）によるオンチップの非接触測定と、高エネルギホ
トン（約５〜ａｅＶ’）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（Ｖ
ＬＳＩ）回路のダイナミッ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個の回路メートの電圧がチップのクロッ
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ｏ　
６／　７１７４０９号は、動作中の高速ＶＬＳＩ回路の
ダイナミッ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
によっ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」二に多数存在する透明絶縁パッシベーション層と
、その絶縁層上の金属被覆とを使っている。この技術で
も、ただ１個の回路メートの電圧がチップクロックサイ
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
ダイナミッ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）　ＩＪ−ク　（５ｔｒｅａｋ　）カメラ
で用いられているような）を用いることによって、この
技術は、］−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。

チップの内部／−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って、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。然しなから、この方法は幾つかの重大な弱点を持
っている。この方法の第一の弱点は、金属導体のテスト
ポイントをチップの表面に設けなければならないので、
パッ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ッシベート層
の材料を破損させるので、電子ビームがそのような領域
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ッ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。ハードウェアの設計の検査の一
部として、交番スイッチ波形（ピコ秒の時間単位）の測
定に加えて、チップの論理動作が機能的に正しいことを
チェックすることはまた、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メートにおける交番スイッ
チ波形をテストする能力は、チップの複雑性が高まり且
つウェハスケールの集積度が高まるにつれて益々重要に
なっている。これは、米国特許出願第０６　／　７１７
４０９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、チップ面上の金属テストポイント
、チッ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、そしてチッ
プ内の回路の同時テストは不可能である０ ０、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
電圧をダイナミッ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
状態及び交番スイッチ波形の′チップ全体“（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、敏感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ッシベ
ーション層を有するもの、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ッチ波形及び論理状態の“
チップ全体“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、又はパッシベーショ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
えることによって、テストするチッ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、チッ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。従って、維持されたイメージはコンピ
ュータによって処理され、コンピュ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ャネルプレー
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
ップのパッシベート絶縁１’ｆＦ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（ワ） を通して真空中へ通り抜けさせるように、チップ上に、
透明なパッシベーショ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、窓の中に置かれた発光スクリーンが設けられ、且つ
パッシベートされたテストポイントを持ったチップにあ
る。

Ｄ０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って、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、発光ターゲットによって、
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、ヒテオ／コンピュータ走査によってテス
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、そして絶縁パッシベ
ーション層があるチップ、又はその層がないチップに対
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
ッチ波形）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
れているチッ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
のチップと、２次元のオプチカルアレー用のプロセッサ
を示す本発明の装置の模式図である。

本発明の装置は、チップ全体を被った２次元のアレーに
おいて、論理状態と交番スイッ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。チップのすべての電圧レベルはチップクロックの同
じサイクル間で同時に決定される。′チップ全体“テス
トを行うこの能力が著しい改良をもたらす。

“チップ全体“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。テスト中のチップ１は、チップ
の種々の内部ノード、即ちテストポイント３がテストの
ためアクセスしつるように、基体、即ちホルダ２上に装
着される。高レベルのチップ集積（代表的に言えば、１
個のチップ当り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。

チップの回路系の動作は制御ユニット４の駆動回路によ
り行われるので、チップはテスト中、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、チップのテストポイント
６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。レーザ光はチップ全体を照射する
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“とじて特徴付けることが出来る。チッ
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
はレーザパルスの間での電圧の表示量である。

ホ）を子パターンは発光ターゲット７、評価手段、又は
処理システム８及び電圧識別手段９によって処理され、
テストポイントの電圧を表示する。

従って、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ット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によって測定される。はい
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、チップ
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
って、′チップ全体“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
。

チップから放射されたホト電子パターンが発光ターゲッ
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ョン、或は
真空中でのアプリケーションに適合し、そしてまた、チ
ップのテストポイント乙の上部に存在するパッシベーシ
ョン層を有するもの、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ｍ例〔パッシベーション層がナイチッ
プの真空中でのテスト〕 第２図は、パッシベーション層がないチップを真空中で
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。制御ユニット４からのチップクロッ
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、チップ１全体上に投射する
。チップ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によって、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によって、１個又はそれ以上の
マイクロチャネル・プレート１２上に結像される。チッ
プ１の前の加速グリッド１１は、チップ１上の漂遊マイ
クロフィ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。マイクロチャネル・プ
レート１２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。従って
、これらの大きい電子流は、光学処理システム８中の発
光（けい光）ターゲット７へ加速され、そして、チップ
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ップ１上のテストポ
イント乙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によって処理される。像はレーザパルスの幅よりも
遥かに長い時間の間、発光ターゲット（けい光スクリー
ン）中に維持することが出来る。

この装置はチッ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（θｘｃｉｍｅｒ　）レーザで
達成することが出来る。そのようなレーザは、チップの
クロックサイクル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って
いる。ルモニクス（Ｌｕｍｏｎｉ、ａａ　）　Ｔｌ−８
６１Ｔ−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ＩＪ　Ｘ　Ｉ　Ｏミリ角のチップ上にレーザビ
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ｌ　ＯｍＪ　）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３’７００００個の電子を与え
うろことが見出された。これは、１つのレーザパルスで
、チッ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
、Ｋｒ　０１の場合（第１表中の３つのケース中で最も
悪いケース）を取っ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（１θ■）、信
号対雑音比２の１個のレーザパルスによって、１０ｍＶ
の電圧変化がチップの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表は成る種の紫外線エキサイマレーザ（即ち
、ルモニクスＴｌ−８６１Ｔ−４）の特性と、金（Ａｕ
）バッド／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年のフィジカルレビューのＢ
ｌ、４７８頁に記載されたクロリコフスキ−（Ｗ　Ｆ、
　Ｋｒｏｌｉｌｃｏｗｋｉ　）及びスパイサ（ｖｔ　ｗ
　Ｓｐｊ、−ｃｅｒ　）の（Ａｕ）データからの閾値以
」二のイールドから計算されている。

第　　　１　　　表 レーザガス　　　　　ＡｒＦ　　　Ｆ２　　　　Ｋｒ０
１波長（ｎｎ）　　　　　　　　１９３．　　１５７．
　　２２２゜ホトイールド（θｖ）　　　６．４２　　
７．９０　　５．５９最小パルス幅（ｎｓ）　　　　１
ｏ、　　　　６．　　　　６゜最大パルスエネルギ（ｉ
ｎＪ）　１４０．　　１２．　’　　　２５゜最大パル
ス速度（ピコ秒）２００．　　２００．　　２００゜パ
ルス期間中のホトン フラックス（毎秒当り のホトン数）　　　　　　　１ノに＋２５　１．５に＋
２４　４ＤＢ＋２４ル−ザ波長ごとの予 測されたホトイール ド パルス期間中の電子フ ラックス（毎秒当りの 電子数）　　　　　　　　　　　ａＤｖ−Ｈｌ　４りＥ
＋２１８βＥ−ｆ−２０１パルス当りの電子数　　８Ｄ
Ｅｉ＋１３　４βに＋１３　８７３に＋１２各テストポ
イントにお けるパルス毎の電子数 （各テストポイントは １平方ミクロンであり、 チップ及びレーザビー ムのサイズは１０ミリ ×１０ミリと仮定する）　　８Ｊ）Ｋ＋０５　４，５１
１ｔ＋０５　８Ｊ３Ｅｉ−１−０４毎平方センチメート
ル 当り１０　ｍＪに減らさ れたビークパワー強度 に対して、各テストポ インドでのｌパルス当 りの電子数　　　　　　　５．７に＋０４　３．７に＋
０５　３，５Ｂ＋〇４（ｂ）　　第２’Ｊ１例（／”ッ
シベーション層があるチップの真空中でのテスト〕 第３図はパッシベーション層があるチップを真空中でテ
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。パッシベーション層の存在は第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ヌルギは、パッシ
ベーション層の存在によって減少される。第２に、ホト
電子エネルギの識別は、他の異なった方法、即ち、静電
気グリッ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っ
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、又はパッシベ−ジョ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って達
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
字を用いである。第３図に付加された素子は、金属被覆
層１６、バイアス手段１４及びパッシベーション層１５
である。然しなから、この場合、レーザ５からのホトン
エネルギは、チップ１に存在する絶縁／パッシベーショ
ン層１５の導電帯中に、金属テストポイント６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。パッシベーション層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１６を通過すること
が出来るので、ホト電子は、パッシベーション層上にデ
ポジットされている非常に薄い金属被覆層１６（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１６へ印加される電圧によって
、適当な静電気がパッシベーション層に跨がって発生さ
れる。

金属被覆層１６に到達した成る量の電子は、金属被覆１
３が薄いので、金属層を通っ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
ロチャネルブレー）１２１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ット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〔パッシベーション層があるチップの
空気中でのテスト〕 第４図はパッシベーション層があるチップを空気中でテ
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／パッシベー
ション層１５の導電体中へ、チップのテストポイント６
からのホトン助成のトンネル効果によって、電圧識別が
達成される。然しなから、この場合、ホト電子信号は、
チップ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ット層７での電子の相互作用によっ
て光信号に転換される。この発光ターゲット層７はエレ
クトロルミネッセンス材料、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ッ
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
は異なっている。この第３実施例において、ビジフン型
の処理システム８により発光ターゲット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。

Ｆ１発明の効果 本発明の１つの利点はチップクロックのただ１個のパル
ス期間中で、チッ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、コンピュ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。従って、非常に短時間内でレーザ走査
を行った後、余裕をもっ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、パッシベーション層を有するチッ
プの絶縁層を破壊することなく“チップ全体“テストが
出来ること、パーソナリゼーショ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って、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図はパッシベーション層
がないチッ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図はパッシベー
ション層を有するチッ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図はパッシベーション層があるチップを空気中でテ
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・・・・チップ、３・・・・テストポイント、５・・
・・レーザシステム、６・・・・光学システム、７・・
・・発光ターゲット、８・・・・処理システム、９・・
・・ｉｌ！圧識別手段、１２・・・・マイクロチャネル
・プレート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 テストされるべきテストポイント（３）を有する集積回
   路チップ（１）を非接触でテストするテスト装置であつ
   て、 （ａ）動作の関数として、選択されたテストポイント（
   ３）において瞬間的な動作電圧を発生させるために、チ
   ップ（１）にダイナミックな動作信号を誘起する制御手
   段（４）と、 （ｂ）チップ（１）上のテストポイント（３）の電圧の
   関数としてのホト電子放射を発生させるために、パルス
   型の紫外線レーザ光線でチップ表面を照射する付勢手段
   （５、６）と、 （ｃ）テストポイント（３）からのホト電子放射を発光
   値に転換する発光ターゲット手段（７）と、（ｄ）チッ
   プ（１）及び上記発光ターゲット（７）との間に位置し
   、テストポイント電圧を表わすため、ホト電子パターン
   を修正する電圧識別手段（９）と、を具備することを特
   徴とする集積回路のテスト装置。