OBIRCHとは
OBIRCHとは、電圧をかけたチップへ赤外レーザを走査しながら当て、当たった点の温度上昇による電流の変化を像にして、不良箇所を絞り込む解析手法です。 材料科学技術振興財団は、日本語名として光ビーム加熱抵抗変動法を使い、光を当てて生じる欠陥箇所の熱で抵抗が変化する性質を利用する手法だとしています。
配線が細って高抵抗になっていたり、ビアの底にボイドがあったり、隣の配線と触れていたりします。こうした不良は、チップの外から測ると電源電流の増加という1つの数字にまとまります。どの1本で起きているかは、その数字の内側に隠れたままです。
エミッション顕微鏡は、デバイスが自分で放つ光を待ちます。OBIRCHは逆の姿勢を取り、こちらから熱を与えて反応を起こさせます。ロームの品質・信頼性ハンドブックは、OBIRCH解析を、決められたバイアスをかけたままレーザを一点ずつ当て、温度が上がったことで生じる回路の抵抗変化、または温度に依存するリーク電流の変化を読み取り、走査像として描く手法だとしています。
温めて、電流の変化を輝度へ変換します
Section titled “温めて、電流の変化を輝度へ変換します”材料科学技術振興財団は、手順を3段階で記しています。レーザを観察領域へ走査すると、当たった配線の温度が上がって抵抗が変化します。走査と同期して電流値または電圧値を読み取ります。ボイドや析出物は正常な配線部と抵抗温度係数が異なるため、抵抗の変化量も異なり、特異な電流値として検出されます。
ルネサス エレクトロニクスの信頼性ハンドブックは、像の作り方をさらに具体的に書いています。定電圧をかけた状態でレーザを走査し、走査した領域の各点に対応する画面上の各点へ、電源電流の変化を明るさの違いとして映します。電流が増えた部分は明るく、減った部分は暗く表示します。配線へレーザが当たると温度が上がって抵抗が増え、その結果として電流が減るため、配線部は周囲より暗いコントラストになります。同社の公開資料の記述です。
同ハンドブックは、この装置で検出できるものとして、配線の表面に出ているボイドに加えて、配線膜の中に埋もれたボイドやSi析出、ビア部のボイド、ビア底部にできた数nm程度の薄い高抵抗層を挙げています。コンタクトプラグやビアの底のように、削って初めて姿が分かる場所を、削る前に指し示せる点が持ち味です。
上層の金属配線をよけて、裏面から当てます
Section titled “上層の金属配線をよけて、裏面から当てます”レーザは、欠陥までたどり着いて初めて仕事をします。ロームのハンドブックは、チップの表面側から当てる場合、上層の金属配線でレーザのエネルギーが吸収と拡散を受け、局所的な温度上昇の影響が欠陥位置まで届きにくくなり、電気応答が弱くなる場合があるとしています。リークが下層配線や接合の近くのような深い位置にあり、上層の金属配線が厚い構造ほど、その傾向が強くなるとも述べています。同社の公開資料の記述です。
波長も材料で選びます。ロームのハンドブックは、シリコンデバイスでは赤外レーザ、SiCのようなワイドバンドギャップデバイスでは532nmなどの短波長可視レーザを使うとしています。ルネサスのハンドブックは、可視レーザのほうが高い空間分解能を得られる一方、実デバイスではOBIC電流が電源電流として流れてOBIRCH像を妨げるため、OBIC信号の起きにくい1,300nmの近赤外レーザが実デバイスへ適用しやすいと述べ、チップを薄くする前でも約半分のレーザが配線へ到達するとしています。ウェーハ薄化の手間を抑えたまま裏面から進める根拠が、ここにあります。浜松ホトニクスは、PHEMOS-Xの仕様として、OBIRCHやDALS、EOP、レーザマーカ用の光源を最大7個まで搭載できるとしています。発光を待つ側の検出系と、熱をかける側の光源が、1台の中に同居する形です。
差し出すのは、電流を流し続ける条件です
Section titled “差し出すのは、電流を流し続ける条件です”得るものは位置の確度です。ソニーセミコンダクタソリューションズの半導体品質・信頼性ハンドブックは、IR-OBIRCHが故障箇所へ近赤外レーザが当たったときの電流変化そのものを検出する手法であるため、発光解析の場合と違って、反応が出た場所がほぼそのまま故障箇所になるとしています。ロームのハンドブックも、反応点が故障箇所そのもの、または故障に直結する異常部の近くになりやすいとしています。
差し出すものは3つあります。1つ目は測定の状態です。同ソニーのハンドブックは、解析がDCレベルに限られるため、半導体試験装置を使って初めて再現するような不具合モードには不向きだとしています。同社の公開資料の記述です。
2つ目は、デバイスへ電気と熱を与え続ける条件です。材料科学技術振興財団は、装置仕様として印加電圧をDC±25V/100μA、DC±10V/100mAとし、レーザ照射により電流や電圧が不安定になるデバイス、レーザ照射により損傷する試料、オーミック接触の取りにくい試料は測定へ悪い影響を及ぼすと注意点に挙げています。同財団の受託条件としての記述です。東芝デバイスソリューションも、IR-OBIRCH解析の温度環境を常温のみとしています。
3つ目は、届く範囲です。ソニーのハンドブックは、配線ビア起因の不良について、エミッションやIR-OBIRCHのような既存の解析手法では絞り込みが難しい場合があるとし、電子ビームの吸収電流を使うEBACを併用する構成を挙げています。1つの装置で決着する場面はむしろ少数で、複数の手法を重ねて絞り込みます。
材料科学技術振興財団は、同財団の装置で測定視野が0.26mm角から13mm角まで、位置精度が数μm程度、ロックイン機能のための変調周波数が5kHzまたは20kHzだとしています。広い視野で電流経路を追い、狭い視野で異常点まで絞り込む順番になります。この位置が決まって初めて、断面や表面を削る工程へ渡り、歩留まりや信頼性試験の結果を工程へ返せます。
よくある質問（FAQ）
Section titled “よくある質問（FAQ）”OBIRCHとは何ですか？
電圧をかけたチップへ赤外レーザを走査しながら当て、当たった点の温度上昇による電流の変化を像にして、不良箇所を絞り込む解析手法です。材料科学技術振興財団は、日本語名として光ビーム加熱抵抗変動法を使っています。
どんな不良を探せますか？
材料科学技術振興財団は、配線やビア内のボイドと析出物の位置、コンタクトの抵抗異常、配線ショート箇所、ゲート酸化膜の微小リークを挙げ、DC電流経路の可視化も挙げています。東芝デバイスソリューションは、IR-OBIRCH解析が有効な故障モデルとしてショート不良と微少リーク不良を挙げています。
なぜボイドが暗く写るのですか？
温度の上がり方が周囲と異なるからです。ルネサス エレクトロニクスの信頼性ハンドブックは、Alより熱伝導の悪いボイドやSi析出へレーザが当たると温度上昇が大きく、抵抗の増加も大きく、電流の減少も大きくなるため、その部分が暗い像になると述べています。
明るく写る箇所は何ですか？
同ハンドブックは、ビア底部にできた寄生高抵抗層が負の温度特性を持つことが多く、レーザが当たると抵抗が減って明るい像になると述べています。同社の公開資料の記述です。
表面と裏面のどちらから当てますか？
構造で選びます。ロームの品質・信頼性ハンドブックは、表面側から当てると上層の金属配線でレーザのエネルギーが吸収と拡散を受け、電気応答が弱くなる場合があるとし、赤外光がシリコンを透過する性質を使った裏面照射が有効になる場合を挙げています。
レーザの波長はどう選びますか？
材料で選びます。ロームのハンドブックは、シリコンデバイスでは赤外レーザ、SiCのようなワイドバンドギャップデバイスでは532nmなどの短波長可視レーザを使うとしています。ルネサスのハンドブックは、波長1,300nmの近赤外レーザではOBIC電流の妨害が起きにくく、実デバイスへ適用しやすいと述べています。
エミッション顕微鏡とどう使い分けますか？
ソニーセミコンダクタソリューションズのハンドブックは、IR-OBIRCHでは反応が出た場所がほぼそのまま故障箇所になるとし、一方で解析がDCレベルに限られるため、半導体試験装置を使って初めて再現するような不具合モードには不向きだとしています。
比較・違いを学ぶ
Section titled “比較・違いを学ぶ”- エミッション顕微鏡とは ── デバイスが自分で放つ光を待つ側で、AC・DCどちらの状態でも進む
- 欠陥検査とは ── 完成品の1個を追うかわりに、製造中のウェーハ表面を面で走査する側
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- 材料科学技術振興財団「［OBIRCH］光ビーム加熱抵抗変動法」（2026年9月2日にリンク生存を実測、200）── 日本語名と原理の3段階、検出対象の一覧、測定視野0.26mm角から13mm角、位置精度数μm程度、変調周波数5kHzまたは20kHz、印加電圧、測定へ悪い影響を及ぼす試料の条件
- ローム「品質・信頼性ハンドブック」（2026年9月2日にリンク生存を実測、200）── OBIRCH解析が検出する対象、表面照射で上層の金属配線が起こす吸収と拡散、裏面照射が有利になる条件、シリコンとSiCでのレーザ波長の選び方、反応点と故障箇所の近さ
- ルネサス エレクトロニクス「半導体信頼性ハンドブック」（2026年9月2日にリンク生存を実測、200）── 電流変化を輝度へ変換する表示方法、ボイドやSi析出が暗く写る理由、ビア底部の寄生高抵抗層が明るく写る理由、1,300nm近赤外レーザとOBIC信号の関係
- ソニーセミコンダクタソリューションズ「半導体品質・信頼性ハンドブック 第3版」（2026年9月2日にリンク生存を実測、200）── 反応箇所がほぼ故障箇所として検出される点、解析がDCレベルに限られる点、配線ビア不良でEBACを併用する構成
- 東芝デバイスソリューション「半導体故障解析」（2026年9月2日にリンク生存を実測、200）── IR-OBIRCH解析が有効な故障モデル、温度環境が常温のみである点
- 浜松ホトニクス「PHEMOS-X エミッション顕微鏡 C15765-01」（2026年9月2日にリンク生存を実測、200）── OBIRCH用を含む光源を最大7個まで搭載できる装置構成