[发明专利]激光微束背部辐照芯片试验的聚焦平面定位装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光微束辐照试验技术领域，特别地，本发明涉及激光微束背部辐照芯片试验的聚焦平面定位装置及方法。

背景技术

在利用激光微束进行半导体器件的缺陷检测、故障注入及抗辐照能力测试时，需要将激光光束进行不同程度的聚焦，保证激光微束的聚焦平面能够定位于半导体器件及集成电路的灵敏区域响应范围内。激光试验有正面辐照和背部辐照两种入射方式。正面辐照主要应用于金属布线层相对不致密的简单结构器件和电路；对金属布线层较多的集成电路而言，多采用红外波段激光进行背部辐照试验。在背部辐照半导体器件及集成电路的过程中，激光通过红外显微物镜聚焦，在芯片硅衬底表面反射，并经过硅衬底的能量衰减及器件正面金属布线层的反射，最终注入特定测试区域产生光生载流子即电子-空穴对，可在器件特殊电路结构及电场的作用下，表现出特定的电学响应特征。激光从背部辐照器件时，可将多层金属布线及布线层间的介质等效为平滑的金属反射层，原因是在半导体集成电路工艺流程中，绝缘介质薄膜上淀积金属薄膜以及随后刻印图形并形成互联金属线的过程，各金属布线层均已进行了平坦化研磨抛光。器件背部辐射试验的灵敏区域即激光微束背部辐照试验的聚焦平面需要定位的位置或范围，则应主要分布于芯片的有源区附近，介于衬底上方与金属反射层之间。同时，芯片输出的电学特征包括各种电学响应，与聚焦平面定位的位置经过试验统计也存在很大的关联性。

试验研究表明，激光聚焦平面的位置将极大影响其有效能量的吸收方式及效果，进而影响微束背部辐照试验的准确性及有效性。文献[1](F.Darracq,H.Lapuyade,N.Buard,F.Mounsi,B.Foucher,P.Fouillat,M-C.Calvet,and R.Dufayel,“Backside SEU laser testing for commercial-off-the-shelf SRAMs,”IEEE Trans.Nucl.Sci.,vol.49,no.6,pp.2977–2983,Dec.02.)提出了一种便捷的脉冲激光单粒子效应背部辐照试验的焦平面调节方法：记激光微束聚焦于器件硅衬底表面时调节深度值为Z₀，器件硅衬底的厚度为e、硅衬底折射率为n，根据光学折射定律得到计算公式：Z₁＝Z₀+e/n，可计算得出聚焦到单粒子效应敏感区域需要调节的深度值Z₁。当前，激光微束的背部辐照试验多采用此种方法来实施操作。此方法的缺陷在于，需要准确测量相关中间参量如被测器件的硅衬底厚度e，缺少校准验证的方式；同时，传统进行大面积激光二维扫描辐照测试过程中，测试电路板平整度偏差、器件局部结构差异及器件硅衬底厚度不均等因素，也会导致不同辐照点的聚焦平面位置难以保持在同一水平面上。在激光微束背部辐照试验中，需要建立一种实时在线、操作直观且可自动校准的聚焦平面定位方法。

现代照相技术领域中自动聚焦技术及装置相对成熟，用光电元件来代替人眼，并通过自动控制系统，使像清晰落在成像平面上。文献[2](公开号CN 101750845B，中国专利,自动聚焦方法)，提供了一种针对相机模块中执行预定图像内的移动物体的自动跟踪的方法及装置，在穿透芯片硅衬底进行激光微束背部辐照器件试验过程中，需要实时对聚焦平面高度位置进行自动调整，该方法无法实现试验聚焦平面实时定位的技术需求。文献[3](公开号CN 101770076A,中国专利,一种激光聚焦的实现方法及装置)给出了一种激光聚焦的实现方法及装置，解决了聚焦激光光斑周围能量不足且能量密度梯度大对激光材料表面加工技术的影响问题。但是，该方法无法满足纵向上激光微束透过器件硅衬底进行辐照试验的聚焦平面定位的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有激光微束进行半导体器件及集成电路的背部辐照试验时，在聚焦平面调节定位上存在的上述缺陷，提出了一种根据器件金属反射层反射聚焦光斑成像进行自动聚焦定位的试验装置和方法。

为了实现上述目的，本发明提供了激光微束背部辐照芯片试验的聚焦平面定位装置，用于对被测器件进行聚焦平面定位，所述装置包括试验用激光源1、聚焦光路调节模块2、CCD成像模块3、三维移动台4及三维移动台控制模块5；

所述试验用激光源1，用于发射固定参数的脉冲激光；

所述聚焦光路调节模块2，用于对所述试验用激光源1发射的脉冲激光进行调节，使之成为试验用激光微束；

所述CCD成像模块3，用于对被测器件的激光反射光斑进行成像，并输出反射光斑成像信号到所述三维移动台控制模块5；