[发明专利]使用双光子吸收的激光辅助设备改造

说明书

相关申请

本申请要求享有2010年9月8日提交的、申请号为61/381023的美国临时专利申请的优先权，该专利申请揭示的全部内容均被援引纳入于本申请中。

技术领域

本发明涉及基于激光的集成电路缺陷定位分析的领域，并且，更具体地，涉及利用激光照射进行集成电路的设计调试和/或缺陷分析的领域。

背景技术

激光辅助设备改造(LADA)是应用于芯片设计的测试和调试阶段的技术。它尤其被用于在复杂的、无缺陷集成电路中隔离出关键性能限制节点。还发现因为LADA效应容易以与工艺缺陷相同的方式调节晶体管的特性而被广泛用于定位工艺缺陷。

LADA技术是基于连续波(CW)激光器的能力从而在集成电路的背面产生定位光电流，并由此改变在“敏感”晶体管上的测试激励的通过/失败结果，并识别缺陷位置。该激光典型地具有在1064nm处的短波长变化，由此光子能量位于硅间接带隙(大约1107nm)之上。需要这一光子能量来引发用于改变晶体管的行为的单光子效应。由于激光波长选择的限制，目前定位缺陷的空间分辨率为大约240nm。

图1示出常规的LADA系统，该LADA系统使用连续波激光器以使得从芯片的背面在被测设备(DUT)内诱生出单光子电子-空穴对。DUT 110耦合到诸如常规的自动测试设备(ATE)的测试器115，该测试器115连接到计算机150。在常规方式下使用ATE，以利用测试向量来激励DUT，并研究DUT对于测试向量的响应。可使用该LADA来进一步的研究DUT对于测试向量的响应。例如，如果DUT未通过特定测试，可以使用LADA来研究DUT是否能在特定条件下通过测试，如果可以，则该设备，即晶体管，就是造成故障的原因。相反，当DUT通过特定测试，可以使用LADA研究在哪些条件下DUT将无法通过这些测试，如果是这样，则该设备，即晶体管，就是造成故障的原因。

LADA系统的工作原理如下。可倾斜的反射镜130和135以及物镜140用于将来自CW激光器120的光束聚焦至DUT 110上并进行扫描。这使得激光器120在DUT的硅中产生光载流子而不会导致设备的局部加热。因此产生的电子-空穴对会影响附近的晶体管的时序，即减少或增加晶体管的切换时间。测试器配置为通过应用选定电压和频率的循环测试回路将被测设备的工作点设置于临界(marginal)状态。然后，使用激光激励来改变测试器的通过/失败状态的结果。每一点处的光束位置与测试器的通过/失败结果相关，从而当检测到变化时，即先前通过的晶体管现在失败，或者反之亦然，在那个时间点的激光束的坐标指向“边界”晶体管的位置。

当前的激光辅助缺陷定位技术发展现状具有大约240nm的分辨率。单光子LADA分辨率的进一步提高受激光波长的限制。小于1064nm时硅的光吸收成为通过背面发送光至晶体管的主要障碍。然而由于芯片设计规模的持续增加，为实现现有技术的芯片的缺陷定位需要更高的分辨率。例如，在22nm设计规则下传统的LADA系统能够分辨四个相邻晶体管是值得怀疑的。

光束诱生电流(OBIC)是另一种以激光束照射DUT的测试和调试分析手段。然而，与LADA不同，OBIC是静态测试，这意味着没有激励信号施加到DUT。而是，激光束用于在DUT内诱生电流，然后使用低噪音、高增益电压或电流放大器来测量该诱生电流。已经在单光子模式和双光子吸收模式下使用OBIC，有时称为TOBIC或2P-OBIC(双光子光束诱生电流)。

双光子吸收(TPA)是为了将分子从一种状态(通常是基态)激励到更高能量的电子状态而对两个具有相同或不同频率的光子的同时吸收。可选择波长使得同时到达的两个光子的光子能量之和等于分子所涉及的低能级状态和高能级状态之间的能量差。双光子吸收是二阶过程，小于线性(单光子)吸收数个量级。其与线性吸收的区别在于吸收强度取决于光强度的平方，因此它属于非线性光学过程。

图3示出位于左侧的单光子吸收和位于右侧的双光子吸收的对比。因为双光子吸收是二阶过程，其实现了高于单光子吸收1.4(√2)倍的分辨率。然而，它需要更高的峰值电源和脉冲束，以使得两个光子正好同时到达的可能性被大大提高。因此，在本领域使用脉冲宽度大约100fs的飞秒激光脉冲来产生双光子吸收。

发明内容

包括以下所公开的内容是为了提供本发明的一些方面和一些特征的基本理解。发明内容不是本发明的详尽概括，因此并不是用于特别确定本发明的关键或要紧的部分或者用于限定本发明的范围。其唯一目的是以简洁的形式提出本发明的一些概念、而作为下文提出的更详细的描述的前序。