本申請(qǐng)主張要求于2015年10月5日提交的序列號(hào)為62/237,399的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，其所有的公開(kāi)內(nèi)容作為整體被并入本文。

政府許可授權(quán)

本發(fā)明是基于由美國(guó)國(guó)家情報(bào)總監(jiān)辦公室(ODNI)、高級(jí)情報(bào)研究技術(shù)署(IARPA)經(jīng)由美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室(AFRL)合同編號(hào)FA8650-11-C-7150所資助的工作。在本文中所包含的構(gòu)思和結(jié)論屬于發(fā)明人，不應(yīng)當(dāng)被理解為必須具有ODNI、IARPA、AFRL或美國(guó)政府的明示或暗示的官方背書。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)屬于光子發(fā)射顯微鏡的領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

背側(cè)光子發(fā)射顯微鏡檢查(PEM)常常被用于對(duì)VLSI(超大規(guī)模集成電路)設(shè)備(晶片)的電路診斷和分析。PEM的前提是，在VLSI電路內(nèi)的個(gè)體邏輯門在切換狀態(tài)時(shí)發(fā)射“熱載流子”(HC)光子。這些光子通常位于波譜的紅外線(IR)部分，而由于硅在這些波長(zhǎng)處是透明的，能夠通過(guò)背側(cè)(基底側(cè)，與金屬層側(cè)相對(duì))觀察動(dòng)作中的電路(待測(cè)試電路，或者DUT)。

電子空穴復(fù)合是在正向偏置的p-n結(jié)中占主導(dǎo)地位的機(jī)制；這會(huì)出現(xiàn)在雙極或雙CMOS(BiCMOS)電路、閉鎖CMOS、某些類型的門或電源短路、以及某些多晶硅縱梁條件中，僅以這些為例。發(fā)射在波譜上是相對(duì)窄的，并且中心在1150nm附近。正向偏置的p-n結(jié)二極管即使在不存在強(qiáng)電場(chǎng)的情況下也發(fā)射該光線。所述發(fā)射來(lái)源于雙極復(fù)合，而并非來(lái)源于熱載流子。因此，該信號(hào)發(fā)生在低電壓處。通常，由于將獲得極高的電流密度，不能夠具有超過(guò)1-2V的p-n結(jié)正向偏置。因此，高電壓的情況不是特別重要的；但是，如果可以實(shí)現(xiàn)高正向偏置電壓，波譜將與低電壓情況接近相同。

容易獲得跨IR范圍的敏感的相機(jī)(探測(cè)器陣列)，其具有在圖1中所示的頻率響應(yīng)。通常，MCT相機(jī)(碲化鎘汞，HgCdTe)被用于該目的，因?yàn)槠湓跀U(kuò)展至LWIR(大約18um)的寬的波譜范圍內(nèi)的響應(yīng)是均勻的。也通常使用其他類型的探測(cè)器，諸如MOS CCD、銻化銦(InSb)或銦鎵砷(InGaAs)。

來(lái)自半導(dǎo)體門的發(fā)射的波譜特性取決于許多因素，諸如激勵(lì)電壓、缺陷類型和制作技術(shù)。所述發(fā)射的重要部分在于波長(zhǎng)超過(guò)常規(guī)閾值1.55um(通常由在液氮溫度下工作的InGaAs相機(jī)觀察到)。

然而，對(duì)于普通的VLSI設(shè)備，HC發(fā)射是非常微弱的，并且因?yàn)樵从跓岚l(fā)射(其伴隨黑體發(fā)射波譜分布)的噪音的量隨著波長(zhǎng)而增加，在這些較長(zhǎng)波長(zhǎng)處對(duì)觀察造成更多的干擾。

因此，在波譜的每個(gè)帶中，存在如下兩者：來(lái)自DUT的構(gòu)成信號(hào)的HC發(fā)射，以及來(lái)自DUT和顯微鏡的光學(xué)器件兩者的對(duì)噪音有貢獻(xiàn)的源自熱的發(fā)射。具有大的信噪比(SNR)對(duì)于實(shí)現(xiàn)好的觀察非常重要。

弱的HC發(fā)射還導(dǎo)致曝光時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)百秒，這使得觀察復(fù)雜化。縮短這樣的曝光時(shí)間的一種方式是增加SNR。

一些現(xiàn)有的設(shè)計(jì)將觀察的范圍限制到1.5um(其符合InGaAs相機(jī)的靈敏度)，并且因?yàn)闊嵩肼曉谶@些波長(zhǎng)處相當(dāng)微弱，所以對(duì)于工作電壓高于800mV的設(shè)備而言，這樣的系統(tǒng)工作良好。

對(duì)于這樣的波長(zhǎng)，被動(dòng)設(shè)計(jì)被用于減少在顯微鏡的標(biāo)定光學(xué)路徑之外產(chǎn)生的熱噪聲，但是其不能夠完全消除噪聲，也不能夠消除在光學(xué)路徑內(nèi)所產(chǎn)生的熱噪聲。在現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中，在物鏡與探測(cè)器之間放置延遲透鏡，并且在延遲透鏡與探測(cè)器之間在對(duì)應(yīng)于物鏡的光圈的成像位置的地方(如由延遲透鏡所成像的)放置冷光圈。這種布置使由相機(jī)的主體發(fā)射的雜散熱輻射最小化。對(duì)于進(jìn)一步的信息，讀者可參考例如美國(guó)專利6,825,978。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

下文包括了本發(fā)明的概要，以便提供對(duì)本發(fā)明的某些方面和特征的基本理解。該概要不是對(duì)本發(fā)明的廣泛概述，并且這樣，其并不意圖具體識(shí)別本發(fā)明的關(guān)鍵或重要元件或者限定本發(fā)明的范圍。其唯一目的是以簡(jiǎn)化的形式呈現(xiàn)本發(fā)明的某些概念，作為下文呈現(xiàn)的更加詳細(xì)的描述的前言。

所公開(kāi)的各方面使得能夠使用視場(chǎng)中的IC晶體管的發(fā)射的波譜強(qiáng)度來(lái)識(shí)別由于工藝、設(shè)計(jì)或操作問(wèn)題而不能恰當(dāng)工作的晶體管。

在本文中所描述的是用于測(cè)試集成電路DUT的方法。所述方法可以包括如下步驟，包括：將DUT放置在具有定義光學(xué)路徑的光學(xué)布置的工作臺(tái)上；將在截止波長(zhǎng)之外具有高阻擋能力的至少一個(gè)光學(xué)濾波器插入到光學(xué)路徑中；對(duì)來(lái)自DUT的通過(guò)一個(gè)或多個(gè)短通濾波器的光子發(fā)射進(jìn)行成像；在沒(méi)有濾波器的情況下對(duì)來(lái)自DUT的光子發(fā)射進(jìn)行成像；并且對(duì)在有和沒(méi)有濾波器的情況下的成像進(jìn)行比較，從而識(shí)別具體的故障類型。所選擇的濾波器被配置為對(duì)大于設(shè)定波長(zhǎng)的傳送進(jìn)行截?cái)嗟亩掏V波器，或者被配置為使得中心大約為1150nm的光通過(guò)、具有300nm帶寬的帶通濾波器。當(dāng)該濾波器是短通濾波器時(shí)，光學(xué)傳感器被配置為長(zhǎng)通濾波器，截?cái)嘈∮?00nm的傳送。

公開(kāi)了一種用于對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備(DUT)進(jìn)行發(fā)射測(cè)試的方法，包括如下步驟：將DUT安裝到發(fā)射測(cè)試器的測(cè)試工作臺(tái)上，所述發(fā)射測(cè)試器具有光學(xué)探測(cè)器；將DUT電連接到電測(cè)試器；將電測(cè)試信號(hào)施加至DUT，同時(shí)保持測(cè)試參數(shù)恒定；將短通濾波器插入到發(fā)射測(cè)試器的光學(xué)路徑中，并收集來(lái)自光學(xué)探測(cè)器的發(fā)射測(cè)試信號(hào)；將短通濾波器從發(fā)射測(cè)試器的光學(xué)路徑中移除，并收集來(lái)自光學(xué)探測(cè)器的發(fā)射測(cè)試信號(hào)；并且比較在有和沒(méi)有短通濾波器的情況下所獲得的發(fā)射測(cè)試信號(hào)，以識(shí)別DUT中的故障電路元件。

公開(kāi)了用于對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備(DUT)進(jìn)行發(fā)射測(cè)試的另一種方法，包括如下步驟：將DUT安裝到發(fā)射測(cè)試器的測(cè)試工作臺(tái)上，該發(fā)射測(cè)試器具有光學(xué)探測(cè)器；將DUT電連接至電測(cè)試器；將電測(cè)試信號(hào)施加至DUT，同時(shí)保持測(cè)試參數(shù)恒定；將短通濾波器插入到發(fā)射測(cè)試器的光學(xué)路徑中，并收集來(lái)自所述光學(xué)探測(cè)器的發(fā)射測(cè)試信號(hào)；將短通濾波器從發(fā)射測(cè)試器的光學(xué)路徑中移除，并將熱濾波器插入到光學(xué)路徑中；收集來(lái)自光學(xué)探測(cè)器的熱圖像信號(hào)；并且對(duì)利用短通濾波器獲得的發(fā)射測(cè)試信號(hào)與利用熱濾波器獲得的熱圖像進(jìn)行比較，以識(shí)別DUT中的故障電路元件。所述短通濾波器被配置用于使小于2000nm的光通過(guò)，而所述熱濾波器被配置為阻擋具有小于2000nm的波長(zhǎng)的光。所述短通濾波器可以是抑制具有大于大約1850nm的波長(zhǎng)的光的傳輸?shù)臑V波器。

在本文中還描述了，通過(guò)將合適的濾波器插入光學(xué)路徑中，自適應(yīng)地選擇最優(yōu)波長(zhǎng)用于觀察VLSI設(shè)備的相機(jī)的各方面。波長(zhǎng)是根據(jù)諸如使SNR最大化、或者高SNR和高分辨率的組合(其使優(yōu)化朝向較短波長(zhǎng)偏置)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)優(yōu)化的。相機(jī)也可以具有多個(gè)可交換的物鏡和多個(gè)冷光圈，并且冷光圈的位置和尺寸必須根據(jù)每個(gè)物鏡進(jìn)行調(diào)整。這能夠通過(guò)在選擇器輪盤上具備多個(gè)光圈來(lái)實(shí)現(xiàn)。

盡管先有技術(shù)已經(jīng)描述了在光學(xué)路徑中對(duì)濾波器的引入，但是其并沒(méi)有以自適應(yīng)的方式并且在考慮使SNR最大化的情況下這樣做。因?yàn)閬?lái)自VLSI設(shè)備的光學(xué)信號(hào)非常微弱，這樣的濾波器通常具有寬的帶寬，以便允許更多的光進(jìn)入，并且因此，縮短了所需的曝光時(shí)間。

根據(jù)所公開(kāi)的各方面，使用一組短通濾波器，并且根據(jù)正在研究的設(shè)備的類型以及施加到所述設(shè)備的電壓來(lái)選擇不同的短通濾波器(短通(SP)濾波器是在目標(biāo)波譜的有效范圍上減弱較長(zhǎng)波長(zhǎng)并傳輸(通過(guò))較短波長(zhǎng)的光學(xué)干涉儀或有色玻璃濾波器)。然而，為了這樣做，所述系統(tǒng)首先需要在可能的觀察波譜上對(duì)SNR進(jìn)行表征。所公開(kāi)的實(shí)施例使得能夠調(diào)查在較長(zhǎng)波長(zhǎng)上展現(xiàn)HC發(fā)射、具有高達(dá)3um的有用信號(hào)的設(shè)備的最近的VLSI技術(shù)。

因?yàn)镠C光子發(fā)射取決于DUT的固有特性以及諸如電壓和溫度的操作參數(shù)兩者，最優(yōu)濾波器選擇逐設(shè)備地改變，并且因此，提前確定最優(yōu)濾波器選擇可能是不現(xiàn)實(shí)的。

根據(jù)另一實(shí)施例，提供了一種用于對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備(DUT)進(jìn)行發(fā)射測(cè)試的方法，包括如下步驟：將DUT安裝到發(fā)射測(cè)試器的測(cè)試工作臺(tái)上，所述發(fā)射測(cè)試器具有光學(xué)探測(cè)器；將DUT電連接到電測(cè)試器；將電測(cè)試信號(hào)施加到DUT，同時(shí)保持測(cè)試參數(shù)不變；將多個(gè)短通濾波器中的一個(gè)序列地插入到發(fā)射測(cè)試器的光學(xué)路徑中，并收集來(lái)自光學(xué)探測(cè)器的發(fā)射測(cè)試信號(hào)，直到所有可用的短通濾波器已經(jīng)被插入到光學(xué)路徑中；確定提供發(fā)射信號(hào)的最高信噪比的合適的短通濾波器；將合適的短通濾波器插入到光學(xué)路徑中；并且在DUT上執(zhí)行發(fā)射測(cè)試。所述方法還可以包括：改變電壓Vdd；并選擇不同的短通濾波器；并且之后執(zhí)行對(duì)DUT的第二發(fā)射測(cè)試。

根據(jù)另一實(shí)施例，提供了一種用于對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備(DUT)進(jìn)行發(fā)射測(cè)試的方法，包括：提供能夠誘發(fā)所述DUT的門中的狀態(tài)改變的電測(cè)試器；提供具有用于將來(lái)自所述DUT的發(fā)射成像到光探測(cè)器上的光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)射測(cè)試器；提供能序列地插入到光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)路徑中的多個(gè)短通濾波器；使用所述電測(cè)試器激勵(lì)DUT；通過(guò)所述濾波器中的每個(gè)濾波器序列地收集來(lái)自所述DUT的光學(xué)發(fā)射，同時(shí)保持所有測(cè)試參數(shù)恒定；測(cè)量通過(guò)每個(gè)濾波器收集的光學(xué)發(fā)射的信噪比(SNR)；選擇使SNR最大化的一個(gè)濾波器；使用電測(cè)試器激勵(lì)所述DUT；并且收集通過(guò)所述一個(gè)濾波器的來(lái)自所述DUT的光學(xué)發(fā)射。

附圖說(shuō)明

附圖，其被并入在說(shuō)明書中并且構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分，舉例說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施例，并且連同說(shuō)明書一起，用于解釋和圖示說(shuō)明本發(fā)明的原理。附圖并非以圖解方式圖示示范性實(shí)施例的主要特征。附圖也并非意圖描繪實(shí)際實(shí)施例的每個(gè)特征，也不意圖描繪所描述的元件的相對(duì)尺寸，并且其不是按比例繪制的。

圖1：各種相機(jī)傳感器技術(shù)的響應(yīng)函數(shù)。

圖2：根據(jù)所描述的實(shí)施例的具有多個(gè)濾波器和自適應(yīng)控制器的相機(jī)。

圖3：根據(jù)所描述的實(shí)施例的具有多個(gè)物鏡、多個(gè)短通濾波器、多個(gè)冷光圈、以及可移除延遲透鏡的相機(jī)。

圖4圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的過(guò)程的流程圖。

圖5圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的信噪比相對(duì)于波長(zhǎng)的圖的范例。

圖6是示出了SP 1800短通濾波器的傳輸?shù)膱D。

圖7A-7C圖示了通過(guò)比較光學(xué)圖像和熱圖像來(lái)檢測(cè)缺陷的范例。

具體實(shí)施例

在本文中所描述的是用于針對(duì)各種缺陷來(lái)測(cè)試半導(dǎo)體芯片(IC)的方法。所述測(cè)試是在將測(cè)試信號(hào)施加到IC并在測(cè)試期間對(duì)IC執(zhí)行不同類型的成像的同時(shí)來(lái)完成的。對(duì)所獲得的不同圖像進(jìn)行比較以識(shí)別缺陷。所述方法采用在成像系統(tǒng)的光學(xué)路徑中插入和移除各種濾波器的能力。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)比較在有和沒(méi)有濾波器的情況下拍攝的圖像能夠識(shí)別特定的缺陷。發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將光學(xué)發(fā)射圖像與熱圖像進(jìn)行比較能夠識(shí)別特定的缺陷。

根據(jù)一個(gè)范例，測(cè)試信號(hào)被施加至IC，使得開(kāi)關(guān)晶體管發(fā)射光子。發(fā)射濾波器，例如，使波長(zhǎng)小于2000nm或小于1600nm(如果信號(hào)足夠強(qiáng))的光通過(guò)的帶濾波器，被用于獲得發(fā)射圖像。該圖像將基本上包括光的“斑”一每個(gè)指示開(kāi)關(guān)晶體管。然后，移除發(fā)射濾波器，并且插入熱濾波器。所述熱濾波器可以是抑制具有波長(zhǎng)小于大約1850nm或2000nm的光的傳輸?shù)臑V波器。然后，獲得熱圖像。所述熱圖像將基本上包括開(kāi)關(guān)晶體管的光線的“斑”，但光線的斑也指示過(guò)熱位置，例如，過(guò)熱觸點(diǎn)或線。因此，當(dāng)比較發(fā)射圖像和熱圖像時(shí)，在熱圖像上、而未出現(xiàn)在發(fā)射圖像中的“額外的”斑指示過(guò)熱位置。在其他實(shí)施例中，并非使用帶通濾波器，而是使用短通濾波器，其截?cái)啻笥?850nm或大于2000nm的波長(zhǎng)的傳輸。

根據(jù)另一范例，測(cè)試信號(hào)被施加至IC以使該設(shè)備偏置。通過(guò)缺省，設(shè)備不應(yīng)當(dāng)變?yōu)檎蚱?。如果在DUT中的任意設(shè)備變?yōu)檎蚱茫敲匆馕吨鳧UT中存在缺陷。為了檢測(cè)該缺陷，在光學(xué)路徑中沒(méi)有任何濾波器的情況下獲得第一發(fā)射圖像。該圖像是具有相對(duì)噪聲的，并且將包括在任何頻率下的設(shè)備發(fā)射。然后，正向偏置濾波器，例如，使得具有中心波長(zhǎng)在大約1150nm處的光通過(guò)、帶寬為300nm的帶通濾波器，被用于獲得經(jīng)濾波的發(fā)射圖像。該圖像比未濾波的圖像的噪聲較小，并且應(yīng)當(dāng)基本上僅包括指示正向偏置設(shè)備的光的“斑”。因此，當(dāng)經(jīng)濾波的圖像示出光強(qiáng)度的下降時(shí)，其指示設(shè)備不是正向偏置的，即，處于典型的工作狀況中。在一些實(shí)施例中，替代地使用截?cái)啻笥?300nm的波長(zhǎng)的傳輸?shù)亩掏V波器。

所公開(kāi)的實(shí)施例還描述了，通過(guò)在光學(xué)路徑中插入適當(dāng)?shù)亩掏V波器，自適應(yīng)地選擇最優(yōu)波長(zhǎng)用于觀察VLSI設(shè)備的相機(jī)的各方面。波長(zhǎng)是根據(jù)諸如使SNR最大化、或者高SNR和高分辨率的組合(其使優(yōu)化朝向較短波長(zhǎng)偏置)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)優(yōu)化的，從而獲得針對(duì)給定待測(cè)設(shè)備(DUT)最佳的發(fā)射圖像。

盡管先有技術(shù)已經(jīng)描述了在光學(xué)路徑中的寬帶濾波器的引入，但是其并沒(méi)有以自適應(yīng)的方式并且在考慮使SNR最大化的情況下這樣做。因?yàn)閬?lái)自VLSI設(shè)備的光學(xué)信號(hào)非常微弱，這樣的濾波器通常具有寬的帶寬，以便允許更多的光進(jìn)入，并且因此，縮短了所需的曝光時(shí)間。

相反地，所公開(kāi)的實(shí)施例使用短通濾波器，因?yàn)榧词雇ㄟ^(guò)濾波器的光的總量較小，當(dāng)其與DUT的特定發(fā)射波長(zhǎng)以及所施加的電壓匹配時(shí)，高的SNR仍給出較短的曝光時(shí)間。在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)首先需要在整個(gè)可能的觀察波譜上對(duì)SNR進(jìn)行表征。

因?yàn)镠C光子發(fā)射取決于DUT的固有特性以及諸如電壓和溫度的操作參數(shù)兩者，最優(yōu)濾波器選擇會(huì)逐設(shè)備地改變，并且因此，提前確定最優(yōu)濾波器選擇可能是不現(xiàn)實(shí)的。

在本文中所描述的是通過(guò)在光學(xué)路徑中插入合適的濾波器來(lái)自適應(yīng)地選擇最優(yōu)帶寬以用于觀察VLSI設(shè)備的顯微鏡的各方面。所述方法包括如下步驟：確定最佳的短通濾波器，從而在每個(gè)特定的施加的電壓處，例如Vdd，獲得來(lái)自每個(gè)特定DUT的最佳發(fā)射圖像。

本發(fā)明的各方面并入了一種利用具有在圖2中描述了其實(shí)施例的相機(jī)的發(fā)射顯微鏡，用于DUT的發(fā)射顯微鏡檢查的方法。所述相機(jī)包括電子探測(cè)器陣列[21]，所述電子探測(cè)器陣列位于熱殼體[22]內(nèi)并且被連接到控制器[23]。同樣處在熱殼體內(nèi)的是冷光圈[24]，具有若干短通濾波器[25a，25b...]的濾波器選擇器輪盤[25]。光學(xué)路徑的其他部分包括延遲透鏡[26]和物鏡[27]?？刂破鬟€被連接到濾波器選擇器輪盤[25]上。測(cè)試器[28]，例如，自動(dòng)測(cè)試儀器(ATE)，被用于向DUT供應(yīng)激勵(lì)信號(hào)以誘導(dǎo)其操作和改變狀態(tài)。ATE激勵(lì)信號(hào)包括在給定電壓Vdd處的信號(hào)。不同的電壓使得發(fā)射具有不同的波長(zhǎng)，因此，濾波器輪盤被用于根據(jù)發(fā)射來(lái)選擇最佳的短通濾波器。

在該實(shí)施例中，相機(jī)使用MCT(碲化鎘汞，HgCdTe)探測(cè)器陣列，因?yàn)槠淇缍毯椭蠭R波譜具有良好的(均勻的和寬的)響應(yīng)，但也能夠使用其他類型的探測(cè)器(例如，InGaAs，擴(kuò)展的InGaAs或InSb)。在一些實(shí)施例中，探測(cè)器通過(guò)截?cái)嘈∮诖蠹s900nm波長(zhǎng)的任何傳輸而被用作長(zhǎng)通濾波器。因此，通過(guò)包括截?cái)嘣谥T如1300nm的波長(zhǎng)處的發(fā)射的短通濾波器，所述系統(tǒng)有效的變?yōu)椴ㄩL(zhǎng)在900nm至1300nm之間的帶通濾波器，使得其中心大約在1150nm處。

在本文中所描述的本發(fā)明的各個(gè)方面中，當(dāng)工作時(shí)，控制器工作在兩種模式的一種模式中。

“特征”或校準(zhǔn)模式：在該模式中，控制器使用測(cè)試器以創(chuàng)建測(cè)試信號(hào)，所述測(cè)試信號(hào)創(chuàng)建來(lái)自DUT的魯棒發(fā)射。然后，控制器整合來(lái)自探測(cè)器陣列的多個(gè)測(cè)量結(jié)果(足夠以形成統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)測(cè)量)，比較DUT工作和不工作時(shí)的時(shí)間，以找出所述系統(tǒng)的噪聲本底水平。在找出該水平的過(guò)程中，控制器能夠集合和比較來(lái)自多個(gè)像素的測(cè)量結(jié)果?？刂破髦貜?fù)該過(guò)程，但使用不同的短通濾波器，并且因此，能夠列表顯示針對(duì)每個(gè)濾波器的SNR，并選擇最優(yōu)的濾波器。

“觀察”或測(cè)試模式：在該模式中，控制器切換到最優(yōu)濾波器，并且使用測(cè)試器運(yùn)行真實(shí)的測(cè)試矢量以觀察DUT。

在一些實(shí)施例中，物鏡[27]具有平的前表面，并且其折射率與DUT的基底的折射率匹配，這樣，其能夠被用于與DUT接觸，增加相機(jī)的數(shù)值孔徑。像這樣的透鏡被稱作固體浸沒(méi)透鏡(SIL)，并且其能夠與標(biāo)準(zhǔn)集合的物鏡一起操作。

在一些實(shí)施例中，相機(jī)的特征在于若干可相互交換的物鏡，其通常被安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上。所述物鏡中的一個(gè)物鏡能夠是微距透鏡，其性質(zhì)在于直徑較大，并且需要較大的延遲透鏡，在這樣的情況下，變得有利的是，不使用延遲透鏡配置，而使用微距透鏡，并且將延遲透鏡安裝在允許其從光學(xué)路徑中被移除的底座上。

圖3描繪了本發(fā)明的實(shí)施例。探測(cè)器[32]和短通濾波器選擇器[30]與先前的實(shí)施例未改變。轉(zhuǎn)臺(tái)[34]承載多個(gè)物鏡[34a，34b，34c]。所述透鏡[34a]中的一個(gè)透鏡是微距透鏡，并且比其他透鏡(其是微距透鏡)更大。延遲透鏡[33]被安裝在樞軸或玻片上，其允許延遲透鏡被移動(dòng)到光學(xué)路徑外部的位置[33a]處，其在使用微距透鏡[34a]時(shí)完成。光圈輪盤[31]包含不同尺寸的若干冷光圈[31a]，每個(gè)冷光圈與所述物鏡中的一個(gè)物鏡相匹配。光軸[35]由水平虛線指示。將濾波器選擇器[30]和光圈輪盤[31]旋轉(zhuǎn)到不同的位置提供了濾波器和光圈的多種組合。在一個(gè)實(shí)施例中，在單個(gè)輪盤中提供所有這些組合，諸如在圖2中所示出的輪盤[25]。換言之，在這樣的情況下，輪胖[25]具有等于輪盤[30]的位置的數(shù)量乘以輪盤[31]的位置的數(shù)量的多個(gè)位置。因此，每個(gè)位置[25a，25b...]是濾波器和冷光圈的組合，使得省去了光圈[24]。

DUT 39(或晶片上的管芯)被安裝到工作臺(tái)36上。工作臺(tái)36可以包括溫度控制機(jī)構(gòu)，以在測(cè)試期間將DUT維持在恒定溫度。這樣的機(jī)構(gòu)可以包括，例如，熱電制冷器(TEC)、噴霧制冷器等。DUT接收來(lái)自測(cè)試器38(例如，ATE)的測(cè)試信號(hào)(矢量)，包括電壓Vdd。測(cè)試器ATE可以是標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試儀器，并且不是發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)的部分。控制器37被配置為控制發(fā)射測(cè)試器的操作。控制器37可以被編程為操作短通濾波器選擇器30以及對(duì)來(lái)自光學(xué)探測(cè)器32的發(fā)射信號(hào)的收集。

圖4圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的過(guò)程的流程圖。在步驟40中，從可用的物鏡中選擇物鏡。在一個(gè)實(shí)施例中，該步驟包括將SIL安裝在DUT上以收集來(lái)自感興趣區(qū)域的發(fā)射。同樣地，在一些實(shí)施例中，該步驟包括選擇對(duì)應(yīng)的冷濾波器。在步驟41中，在多個(gè)短通濾波器中選擇第一濾波器。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)短通濾波器具有在不同波長(zhǎng)處的截止頻率，使得能夠覆蓋從大約1200nm至大約2200nm的波長(zhǎng)。每個(gè)短通濾波器具有上截止波長(zhǎng)，其實(shí)際上消除了大于其截止的任何傳輸，由此避免大于所選擇的截止頻率的噪聲，但是允許波長(zhǎng)小于所指示的截止波長(zhǎng)的光通過(guò)。在備選實(shí)施例中，短通濾波器可以被窄帶濾波器替換，其中，每個(gè)窄帶濾波器具有大約100nm的帶寬，并且可用濾波器被分配以覆蓋從大約1200nm至大約2200nm的波長(zhǎng)范圍中的頻率。然而，與帶通濾波器相比，短通濾波器使得更多的信號(hào)能夠通過(guò)，因此，優(yōu)選使用短通濾波器。同樣地，因?yàn)闊岜尘鞍l(fā)射以及其相關(guān)聯(lián)的噪聲兩者都會(huì)隨著波長(zhǎng)而增加，因此使用短通濾波器而不是帶通濾波器有效地截?cái)嗔诉@些有害效應(yīng)，而使得較高的信號(hào)水平能夠在比截止更低的波長(zhǎng)處通過(guò)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，使用四個(gè)短通濾波器。在一個(gè)范例中，所使用的短通濾波器是SP 1550(其被用于模擬InGaAs相機(jī)一即，截?cái)鄻?biāo)準(zhǔn)InGaAs傳感器不能夠檢測(cè)到、但是諸如HgCdTe或者擴(kuò)展InGaAs的任何其他探測(cè)器能夠檢測(cè)到的較長(zhǎng)的波長(zhǎng))、SP 1800、SP 1900和SP 2000。每個(gè)短通濾波器傳輸具有在規(guī)定截止之下的波長(zhǎng)的光，但是阻擋具有在規(guī)定截止之上的波長(zhǎng)的光。例如，SP 1800傳輸小于1800nm的任何光，但阻擋大于1800nm的所有光，如在圖6中所示。因?yàn)樘綔y(cè)器自身僅吸收大于900nm的光，因此，在SP 1800的范例中，該系統(tǒng)有效地捕獲從900nm至1800nm的光。

在步驟42中，當(dāng)保持所有參數(shù)恒定時(shí)，向DUT施加測(cè)試向量。重要的是，DUT的溫度和電壓Vdd應(yīng)當(dāng)保持恒定，而在步驟43中，收集并存儲(chǔ)發(fā)射信號(hào)。然后，在步驟44中，確定是否還有更多的濾波器要測(cè)試，并且如果是的話，回到步驟41，其中，選擇下一濾波器。然后，將相同的測(cè)試向量施加到DUT，并且在保持所有參數(shù)恒定的同時(shí)，收集并存儲(chǔ)另一組發(fā)射信號(hào)。當(dāng)在步驟44中確定所有濾波器已經(jīng)被測(cè)試時(shí)，過(guò)程繼續(xù)步驟45，從而確定最佳的濾波器以用于DUT的實(shí)際發(fā)射測(cè)試。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在該步驟中，所檢測(cè)到的發(fā)射和噪聲相對(duì)于所使用的濾波器中的每個(gè)濾波器被量化。在一個(gè)特定實(shí)施例中，這是通過(guò)對(duì)信噪比相對(duì)于波長(zhǎng)進(jìn)行繪圖而得到的。在圖5中描繪了這樣的圖的范例。在圖5的范例中，上述測(cè)試對(duì)于所有可用的濾波器并且對(duì)于不同的Vdd(每個(gè)系列的測(cè)試具有保持不變的Vdd)重復(fù)進(jìn)行。虛線指示當(dāng)Vdd下降時(shí)針對(duì)最佳SNR的優(yōu)化濾波器漂移至較長(zhǎng)波長(zhǎng)。然后，針對(duì)實(shí)際的發(fā)射測(cè)試，根據(jù)將被用于發(fā)射測(cè)試中的最佳SNR和電壓Vdd來(lái)確定要使用什么濾波器。在圖5的范例中，示出了針對(duì)較低的Vdd可以使用較長(zhǎng)波長(zhǎng)的濾波器，而針對(duì)較高的Vdd則可以使用較短波長(zhǎng)的濾波器。另一方面，利用不同設(shè)備的其他測(cè)試已經(jīng)表明，這樣的行為不是典型的，并且當(dāng)測(cè)試設(shè)備在mV范圍(即，低于1伏特)操作時(shí)，表現(xiàn)是相反的，即，較低的Vdd在較長(zhǎng)波長(zhǎng)處產(chǎn)生發(fā)射，因此對(duì)于最佳SNR需要較長(zhǎng)波長(zhǎng)的濾波器。因此，該測(cè)試應(yīng)當(dāng)針對(duì)所測(cè)試的每個(gè)新的設(shè)備執(zhí)行。然后，在步驟46處使用適當(dāng)選擇的短通濾波器執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射測(cè)試。

根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施例，在待測(cè)設(shè)備在兩種不同的電測(cè)試條件下被刺激時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。目的是找出是否所述條件中的一個(gè)條件使得晶體管在正向偏置模式下運(yùn)行。在該實(shí)施例中，在光學(xué)路徑中加入帶通濾波器，其中，該濾波器使中心為大約1500nm的光通過(guò)，具有300nm帶寬，或者利用使得波長(zhǎng)小于1150nm、1200nm或1550nm的波長(zhǎng)的光通過(guò)的短通濾波器。較大的帶寬將開(kāi)始引入無(wú)關(guān)信號(hào)，并且因此降低分辨率，而較窄的帶寬將降低靈敏度。為了得到最佳的結(jié)果，濾波器被液氮冷卻。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述系統(tǒng)被用于識(shí)別在DUT內(nèi)的缺陷元件。具體地，提出了一種測(cè)試方法，以識(shí)別由于電子空穴復(fù)合而處在正向偏置狀態(tài)中的元件。在受控制的測(cè)試條件下對(duì)DUT進(jìn)行偏置，并且發(fā)展了一種測(cè)試流程以識(shí)別由于所施加的偏置條件而導(dǎo)致的假設(shè)正向偏置的晶體管。正向偏置將指示缺陷。然后，捕獲兩幅圖像：一幅是在光學(xué)路徑中具有中心大約為1150nm的帶通濾波器的情況下，而第二幅是在濾波器被移除的情況下。結(jié)果指示，在光學(xué)路徑中有(12505計(jì)數(shù))或沒(méi)有(15388計(jì)數(shù))濾波器的情況下，給定塊(block)的發(fā)射強(qiáng)度都是相同的。強(qiáng)度上輕微減少僅僅是濾波器的透射率的函數(shù)。因?yàn)樵谟谢驔](méi)有濾波器的情況下在塊內(nèi)部的強(qiáng)度是相同的，所以得出結(jié)論，濾波器對(duì)這種類型的發(fā)射不起作用。所有的發(fā)射都處于濾波器內(nèi)部。因?yàn)闉V波器是在1150nm周圍的帶通濾波器，所以我們能夠斷定在所述塊內(nèi)部的晶體管處于正向偏置模式，因?yàn)檎蚱媚Ｊ街械木w管在大約1150nm波長(zhǎng)處發(fā)射。

然后，使用不同的測(cè)試條件重復(fù)所述測(cè)試。再次捕獲兩幅圖像：一幅是在光學(xué)路徑中有濾波器的情況下，而一幅是在濾波器被移除的情況下。在這些不同的測(cè)試條件下，當(dāng)濾波器處在光學(xué)路徑中時(shí)，相同塊的強(qiáng)度顯著下降。這意味著大多數(shù)發(fā)射處在濾波器的波譜范圍之外，即，不在由正向偏置所生成的光的波長(zhǎng)中。因此，在所述塊中的晶體管被認(rèn)為不處于正向偏置模式中，并且很可能被熱載流子發(fā)射驅(qū)動(dòng)。

根據(jù)以上過(guò)程，我們能夠斷定，第一種測(cè)試條件是迫使晶體管在正向偏置模式下工作，這是反常的。亦即，存在設(shè)計(jì)、過(guò)程或測(cè)試程序問(wèn)題。該過(guò)程表明，通過(guò)比較在有和沒(méi)有帶通濾波器的情況下的兩幅圖像，能夠隔離DUT內(nèi)的正向偏置設(shè)備。如上文所指出的，帶通濾波器能夠由短通濾波器替換，諸如1300nm短通濾波器，因此，所述系統(tǒng)實(shí)際上變?yōu)椴ㄩL(zhǎng)在900nm(探測(cè)器截止波長(zhǎng))至1300nm之間、中心在大約1150nm處的帶通濾波器。

已經(jīng)提出了識(shí)別DUT內(nèi)的缺陷的另一種方法。具體地，如上文所指出的，由于熱發(fā)射，在較長(zhǎng)波長(zhǎng)處(例如，大于1850nm)的信號(hào)會(huì)遭受高的噪聲。因此，常規(guī)地，技術(shù)人員試圖限制在這些波長(zhǎng)處的光線的收集。然而，該實(shí)施例利用這種情況。具體地，向DUT施加測(cè)試向量。然后，在光學(xué)路徑中沒(méi)有任何濾波器或者具有短通濾波器(例如，短通濾波器具有在1850nm或2000nm處的截止)的情況下，獲得發(fā)射圖像。在施加相同的測(cè)試信號(hào)時(shí)，獲取另一圖像，這次利用長(zhǎng)通濾波器，例如，阻擋小于1850nm或2000nm的任何信號(hào)的濾波器。這意味著，第二圖片將包括熱發(fā)射，并且因此，在本公開(kāi)中，被稱為熱圖片。然后，比較發(fā)射圖像和熱圖像以識(shí)別區(qū)別。

在圖7A-7C中示出了上文所描述的方法的結(jié)果的范例。圖7A是DUT中的感興趣區(qū)域的發(fā)射圖像。其示出六個(gè)發(fā)射位置。這些對(duì)應(yīng)于在圖7C的電路中圖示的節(jié)點(diǎn)。相反地，在圖7B中所示的熱圖像中，出現(xiàn)了額外的光。該光對(duì)應(yīng)于源自電路中的缺陷造成的熱發(fā)射，如在圖7C中所圖示的。

已經(jīng)關(guān)于具體范例描述了本發(fā)明，其意圖在所有方面進(jìn)行示例而非限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，硬件、軟件和固件的許多不同的組合將適于實(shí)踐本發(fā)明。此外，通過(guò)在本文中所公開(kāi)的本發(fā)明的說(shuō)明書和實(shí)踐，本發(fā)明的其他實(shí)施對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的。其意圖是，說(shuō)明書和范例僅僅被認(rèn)為是示范性的，其中本發(fā)明的真正范圍和主旨由隨附的權(quán)利要求指示。