JP2002303654A - 集積回路デバイス検査のための光結合システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検査対象の半導体ＩＣデバイス（ＤＵ
Ｔ）の互いに異なるターゲットを同時並行的にまたは高
速逐次的に顕微鏡の再整合を要することなく低コストで
レーザ光照射するＩＣデバイス試験方法・システムを提
供する。 【解決方法】 光結合により集積回路（ＩＣ）を試験す
る方法およびシステム。この光学式システムは光ファイ
バと、取付具と、集束素子とを含む。また、集積回路を
取り付けた取付具にこの光学式システムの収容のための
チャネルを設ける。この取付具はヒートシンクとして作
用する。ＩＣ上の一つ以上の感光素子／ターゲットを、
各ターゲットに集束するように導いた光により精査す
る。この光により、試験プログラムの影響下で作動中の
ＩＣにデータがラッチされ、そのＩＣからテストパター
ン出力が得られ、そのテストパターン出力によってＩＣ
が正しい動作状態にあるか否かを判定する。

Description

【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（Ｉ
Ｃ）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、Schlumberg
er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。ＤＵ
Ｔ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２００１−３０３
４６１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。ＤＵＴ１
２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１
６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２
８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２
８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−ＨＯ
Ｅ）、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、Ｄ
ＵＴ４０はシリコンその他の半導体材料から成るダイ５
２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５
５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２００１−３０３４６
１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６
０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、ＤＵＴ４
０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ＤＵＴ４
０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５
２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４
２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−Ｈ
ＯＥ／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ＤＵ
Ｔ６２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４
６（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、ＤＵ
Ｔ４０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８
７にテスト系列信号を送り、この試験ヘッド８７からＤ
ＵＴソケット８５取付先の負荷ボード８４経由でＤＵＴ
４０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２００
１−３０３４６１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−Ｈ
ＯＥ／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ＨＯ
Ｅ４８の実施例を示している。この構成では、取付具６
０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４
８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 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。 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４
８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Ｄ
ＵＴ４０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４
８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４
８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１
００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１
００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Ｄ
ＵＴ４０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６
２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１
００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１
００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Ｄ
ＵＴ４０とを示す。より詳細に述べると、図９ｂはＤＵ
Ｔ４０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、Ｉ
Ｃ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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スティーヴン エイ．カサピ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94114 サンフランシスコ，カストロ ス トリート 651 Ｆターム(参考） 2G011 AA01 AB10 AE03 AF06 AF07 2G132 AA00 AC14 AF14 AF15 AG00 AH04 AL00 AL11

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【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た取付具と、 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。
2. 【請求項２】前記取付具が前記集積回路のためのヒート
   シンクとして作用する請求項１記載の光学式試験システ
   ム。
3. 【請求項３】前記光源がレーザである請求項１記載の光
   学式試験システム。
4. 【請求項４】前記集束素子がコンピュータの発生したホ
   ログラフィ光学素子（ＣＧ−ＨＯＥ）である請求項１記
   載の光学式試験システム。
5. 【請求項５】前記集束素子がゾーン板である請求項１記
   載の光学式試験システム。
6. 【請求項６】前記集束素子がレンズである請求項１記載
   の光学式試験システム。
7. 【請求項７】前記集積回路上の感光性ターゲットに前記
   ビームを集束させるように前記集束素子と組み合わせて
   位置づけた一つ以上のレンズをさらに含む請求項１記載
   の光学式試験システム。
8. 【請求項８】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。
9. 【請求項９】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１記載の光
   学式試験システム。
10. 【請求項１０】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１記載の光学式試験
    システム。
11. 【請求項１１】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
    ９記載の光学式試験システム。
12. 【請求項１２】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９記載の光学式試験システム。
13. 【請求項１３】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。
14. 【請求項１４】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１３記載の光学式試験システム。
15. 【請求項１５】前記第２のレンズが浸漬レンズである請
    求項１３記載の光学式試験システム。
16. 【請求項１６】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。
17. 【請求項１７】前記光集束素子がＣＧ−ＨＯＥ板である
    請求項１６記載の装置。
18. 【請求項１８】前記光集束素子がゾーン板である請求項
    １６記載の装置。
19. 【請求項１９】前記光集束素子がレンズである請求項１
    ６記載の装置。