特許 7186934 半導体故障解析装置及び半導体故障解析方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-01

(45)【発行日】2022-12-09

(54)【発明の名称】半導体故障解析装置及び半導体故障解析方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/311 20060101AFI20221202BHJP

   G01R 31/28 20060101ALI20221202BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20221202BHJP

【ＦＩ】

G01R31/311

G01R31/28 L

H01L21/66 A

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022549628

(86)(22)【出願日】2022-03-15

(86)【国際出願番号】 JP2022011686

【審査請求日】2022-08-25

(31)【優先権主張番号】P 2021118430

(32)【優先日】2021-07-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(72)【発明者】

【氏名】活洲 政敬

(72)【発明者】

【氏名】中村 共則

【審査官】田口 孝明

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－１６８７９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１９２４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第５７５０９８１（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２１７７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－１４０２０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１４３３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１４６４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－３１２８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

ＩＰＣ Ｇ０１Ｒ ３１／２８－３１／３１９３、

３１／２６－３１／２７、

Ｈ０１Ｌ ２１／６４－２１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体デバイスの第１主面に設定された第１経路に沿って第１照射光を照射する第１解析部と、
前記第１主面の裏側である第２主面に設定された第２経路に沿って第２照射光を照射する第２解析部と、
前記第１照射光及び前記第２照射光が照射されている前記半導体デバイスが出力する電気信号を受ける電気信号取得部と、
前記第１解析部及び前記第２解析部の少なくとも一方を制御する制御部と、を備え、
前記第２照射光によって前記第２主面に形成される第２照射領域の大きさは、前記第１照射光によって前記第１主面に形成される第１照射領域の大きさより小さく、
前記制御部は、前記第２照射領域の全体が前記第１照射領域に重複した状態を維持しながら、前記第１照射光及び前記第２照射光を照射させる制御信号を前記第２解析部に出力する半 導体故障解析装置。

【請求項2】

前記第１解析部は、前記第１経路に沿って前記第１照射領域が移動するように、前記第１照射光を反射する第１光走査部を有し、
前記第２解析部は、前記第２経路に沿って前記第２照射領域が移動するように、前記第２照射光を反射する第２光走査部を有し、
前記制御部は、前記第１照射領域の大きさと前記第２照射領域の大きさとに基づく比率を利用して、前記第１光走査部及び前記第２光走査部を制御する、請求項１に記載の半導体故障解析装置。

【請求項3】

前記第１解析部は、
前記第１照射光を発生させる第１光源と、
前記第１照射光を前記第１光源から前記第１主面に導く第１光学部材と、を有し、
前記第２解析部は、
前記第２照射光を発生させる第２光源と、
前記第２照射光を前記第２光源から前記第２主面に導く第２光学部材と、を有し、
前記第１照射領域の大きさと前記第２照射領域の大きさとの相違は、前記第１光学部材の光学特性と前記第２光学部材の光学特性との相違によって生じる、請求項１又は２に記載の半導体故障解析装置。

【請求項4】

前記第１解析部は、前記第１経路に沿って前記第１照射領域が移動するように、前記第１照射光を反射する第１光走査部を有し、
前記第２解析部は、前記第２経路に沿って前記第２照射領域が移動するように、前記第２照射光を反射する第２光走査部を有し、
前記第１照射領域の大きさと前記第２照射領域の大きさとの相違は、前記第１経路と前記第２経路の相違によって生じる、請求項１又は２に記載の半導体故障解析装置。

【請求項5】

半導体デバイスの第１主面に設定された第１経路に沿って第１照射光を照射する第１解析部と、
前記第１主面の裏側である第２主面に設定された第２経路に沿って第２照射光を照射する第２解析部と、
前記第１照射光及び前記第２照射光が照射されている前記半導体デバイスが出力する電気信号を受ける電気信号取得部と、
前記第１解析部及び前記第２解析部の少なくとも一方を制御する制御部と、を備え、
前記第１照射光によって前記第１主面に形成される第１照射領域の大きさは、前記第２照射光によって前記第２主面に形成される第２照射領域の大きさと異なり、
前記制御部は、前記第１照射領域及び前記第２照射領域の一方の全体が、前記第１照射領域及び前記第２照射領域の他方に重複した状態を維持しながら、前記第１照射光及び前記第２照射光を照射させる制御信号を出力し、
前記第１解析部は、前記第１照射領域の大きさが所定の大きさとなるように前記第１照射光を前記第１主面に集光する第１レンズを有し、
前記第２解析部は、前記第２照射領域の大きさが、前記第１照射領域の大きさとは異なる大きさとなるように前記第２照射光を前記第２主面に集光する第２レンズを有し、
前記第１レンズの倍率は、前記第２レンズの倍率とは異なる半導体故障解析装置。

【請求項6】

半導体デバイスの第１主面に設定された第１経路に沿って第１照射光を照射する第１解析部と、
前記第１主面の裏側である第２主面に設定された第２経路に沿って第２照射光を照射する第２解析部と、
前記第１照射光及び前記第２照射光が照射されている前記半導体デバイスが出力する電気信号を受ける電気信号取得部と、
前記第１解析部及び前記第２解析部の少なくとも一方を制御する制御部と、を備え、
前記第１照射光によって前記第１主面に形成される第１照射領域の大きさは、前記第２照射光によって前記第２主面に形成される第２照射領域の大きさと異なり、
前記制御部は、前記第１照射領域及び前記第２照射領域の一方の全体が、前記第１照射領域及び前記第２照射領域の他方に重複した状態を維持しながら、前記第１照射光及び前記第２照射光を照射させる制御信号を出力し、
前記第１解析部は、
前記第１照射光を発生させる第１光源と、
前記第１照射光を前記第１光源から前記第１主面に導く第１光学部材と、を有し、
前記第２解析部は、
前記第２照射光を発生させる第２光源と、
前記第２照射光を前記第２光源から前記第２主面に導く第２光学部材と、を有し、
前記第１照射領域の大きさと前記第２照射領域の大きさとの相違は、前記第１光学部材の配置と前記第２光学部材の配置との相違によって生じる半導体故障解析装置。

【請求項7】

前記第１解析部は、前記第１経路に沿って前記第１照射領域が移動するように、前記第１照射光を反射する第１光走査部を有し、
前記第２解析部は、前記第２経路に沿って前記第２照射領域が移動するように、前記第２照射光を反射する第２光走査部を有し、
前記制御部は、前記第１照射領域の大きさと前記第２照射領域の大きさとに基づく比率を利用して、前記第１光走査部及び前記第２光走査部を制御する、請求項５又は６に記載の半導体故障解析装置。

【請求項8】

半導体デバイスを解析する半導体故障解析方法であって、
前記半導体デバイスの第１主面に設定された第１経路に沿って照射される第１照射光を発生する第１解析部のための第１照射条件と、前記第１主面の裏側である第２主面に設定された第２経路に沿って照射される第２照射光を発生する第２解析部のための第２照射条件と、を準備する設定工程と、
前記設定工程で設定した前記第１照射条件及び前記第２照射条件に基づく制御信号を前記第２解析部に対して出力することによって、前記半導体デバイスに対して前記第１照射光及び前記第２照射光を照射しながら、前記半導体デバイスが出力する電気信号を取得する解析工程と、を有し、
前記設定工程では、前記第２照射光によって前記第２主面に形成される第２照射領域の大きさが、前記第１照射光によって前記第１主面に形成される第１照射領域の大きさより小さくなるように、前記第１照射条件及び前記第２照射条件を設定し、
前記解析工程では、前記第２照射領域の全体が前記第１照射領域に重複した状態を維持しながら、前記第１照射光及び前記第２照射光を照射する、半導体故障解析方法。

【請求項9】

前記設定工程では、前記第１照射領域の大きさと前記第２照射領域の大きさとに基づく比率を利用して、前記第１解析部及び前記第２解析部を制御し、
前記解析工程では、前記第１経路に沿って前記第１照射領域が移動するように、前記第１解析部が有する第１光走査部によって前記第１照射光を反射させながら前記第１照射光を照射し、前記第２経路に沿って前記第２照射領域が移動するように、前記第２解析部が有する第２光走査部によって前記第２照射光を反射させながら前記第２照射光を照射する、請求項８に記載の半導体故障解析方法。

【請求項10】

前記第１解析部は、
前記第１照射光を発生させる第１光源と、
前記第１照射光を前記第１光源から前記第１主面に導く第１光学部材と、を有し、
前記第２解析部は、
前記第２照射光を発生させる第２光源と、
前記第２照射光を前記第２光源から前記第２主面に導く第２光学部材と、を有し、
前記解析工程では、前記第１光学部材の光学特性と前記第２光学部材の光学特性との相違によって、前記第２照射領域の大きさが前記第１照射領域の大きさより小さい状態が生じる、請求項８又は９に記載の半導体故障解析方法。

【請求項11】

前記解析工程では、前記第１経路と前記第２経路の相違によって、前記第２照射領域の大きさが前記第１照射領域の大きさより小さい状態が生じる、請求項８又は９に記載の半導体故障解析方法。

【請求項12】

半導体デバイスを解析する半導体故障解析方法であって、
前記半導体デバイスの第１主面に設定された第１経路に沿って照射される第１照射光を発生する第１解析部のための第１照射条件と、前記第１主面の裏側である第２主面に設定された第２経路に沿って照射される第２照射光を発生する第２解析部のための第２照射条件と、を準備する設定工程と、
前記設定工程で設定した前記第１照射条件及び前記第２照射条件に従って、前記半導体デバイスに対して前記第１照射光及び前記第２照射光を照射しながら、前記半導体デバイスが出力する電気信号を取得する解析工程と、を有し、
前記第１解析部は、前記第１照射光を前記第１主面に集光する第１レンズを有し、
前記第２解析部は、前記第２照射光を前記第２主面に集光する第２レンズを有し、
前記第１レンズの倍率が前記第２レンズの倍率とは異なることによって、前記第１照射光によって前記第１主面に形成される第１照射領域の大きさは、前記第２照射光によって前記第２主面に形成される第２照射領域の大きさと異なり、
前記解析工程では、前記第１照射領域及び前記第２照射領域の一方の全体が、前記第１照射領域及び前記第２照射領域の他方に重複した状態を維持しながら、前記第１照射光及び前記第２照射光が照射される、半導体故障解析方法。

【請求項13】

半導体デバイスを解析する半導体故障解析方法であって、
前記半導体デバイスの第１主面に設定された第１経路に沿って照射される第１照射光を発生する第１解析部のための第１照射条件と、前記第１主面の裏側である第２主面に設定された第２経路に沿って照射される第２照射光を発生する第２解析部のための第２照射条件と、を準備する設定工程と、
前記設定工程で設定した前記第１照射条件及び前記第２照射条件に従って、前記半導体デバイスに対して前記第１照射光及び前記第２照射光を照射しながら、前記半導体デバイスが出力する電気信号を取得する解析工程と、を有し、
前記第１解析部は、
前記第１照射光を発生させる第１光源と、
前記第１照射光を前記第１光源から前記第１主面に導く第１光学部材と、を有し、
前記第２解析部は、
前記第２照射光を発生させる第２光源と、
前記第２照射光を前記第２光源から前記第２主面に導く第２光学部材と、を有し、
前記第１光学部材の配置と前記第２光学部材の配置との相違によって、前記第１照射光によって前記第１主面に形成される第１照射領域の大きさは、前記第２照射光によって前記第２主面に形成される第２照射領域の大きさと異なり、
前記解析工程では、前記第１照射領域及び前記第２照射領域の一方の全体が、前記第１照射領域及び前記第２照射領域の他方に重複した状態を維持しながら、前記第１照射光及び前記第２照射光が照射される、半導体故障解析方法。

【請求項14】

前記設定工程では、前記第１照射領域の大きさと前記第２照射領域の大きさとに基づく比率を利用して、前記第２解析部を制御し、
前記解析工程では、前記第１経路に沿って前記第１照射領域が移動するように、前記第１解析部が有する第１光走査部によって前記第１照射光を反射させながら前記第１照射光を照射し、前記第２経路に沿って前記第２照射領域が移動するように、前記第２解析部が有する第２光走査部によって前記第２照射光を反射させながら前記第２照射光を照射する、請求項１２又は１３に記載の半導体故障解析方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体故障解析装置及び半導体故障解析方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの微細化が進んでいる。半導体デバイスの微細化には、半導体デバイスを製造するための露光技術の向上及びパターニング技術の向上が望まれる。これらの露光技術及びパターニング技術を用いて製造された半導体デバイスが正常に動作するか否かを明らかにする技術も重要である。半導体デバイスが正常に動作しない場合には、不具合を生じている原因を明らかにする技術も重要である。

【0003】

特許文献１は、半導体集積回路の内部に形成された配線を検査する装置を開示する。特許文献１の検査装置は、電流の供給を受けている半導体集積回路チップの表面に、レーザビームを照射する。レーザビームの照射に起因して、半導体の内部に電子－正孔対が発生するので、半導体集積回路の配線には電流が流れる。特許文献１の装置は、この電流を用いて配線の検査を行う。

【0004】

特許文献２は、いわゆるレーザプロービング技術を用いて集積回路マイクロチップをテストする技術を開示する。テスト電気信号によって駆動されたテストデバイスにレーザビームを照射する。レーザビームは、テストデバイスによって反射する。反射光は、テスト電気信号に対するテストデバイスの応答状態を示す信号成分を含む。特許文献２の技術では、反射ビームに対応する波形を電気信号に変換する。そして、電気信号を分析する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平７－１６７９２４号公報

【文献】特開２００７－６４９７５公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

半導体故障解析装置の技術分野では、半導体デバイスの故障箇所を良好に検出する技術が望まれている。本発明は、半導体デバイスの故障箇所を良好に検出する半導体故障解析装置及び半導体故障解析方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一形態である半導体故障解析装置は、半導体デバイスの第１主面に設定された第１経路に沿って第１照射光を照射する第１解析部と、第１主面の裏側である第２主面に設定された第２経路に沿って第２照射光を照射する第２解析部と、第１照射光及び第２照射光が照射されている半導体デバイスが出力する電気信号を受ける電気信号取得部と、第１解析部及び第２解析部の少なくとも一方を制御する制御部と、を備える。第１照射光によって第１主面に形成される第１照射領域の大きさは、第２照射光によって第２主面に形成される第２照射領域の大きさと異なる。制御部は、第１照射領域及び第２照射領域の一方の全体が、第１照射領域及び第２照射領域の他方に重複した状態を維持しながら、第１照射光及び第２照射光を照射させる制御信号を出力する。

【0008】

本発明の別の形態である半導体デバイスを解析する半導体故障解析方法は、半導体デバイスの第１主面に設定された第１経路に沿って照射される第１照射光のための第１照射条件と、第１主面の裏側である第２主面に設定された第２経路に沿って照射される第２照射光のための第２照射条件と、を準備する設定工程と、設定工程で設定した第１照射条件及び第２照射条件に従って、半導体デバイスに対して第１照射光及び第２照射光を照射しながら、半導体デバイスが出力する電気信号を取得する解析工程と、を有する。設定工程では、第１照射光によって第１主面に形成される第１照射領域の大きさが、第２照射光によって第２主面に形成される第２照射領域の大きさと異なるように、第１照射条件及び第２照射条件を設定する。解析工程では、第１照射領域及び第２照射領域の一方の全体が、第１照射領域及び第２照射領域の他方に重複した状態を維持しながら、第１照射光及び第２照射光を照射する。

【0009】

半導体故障解析装置及び半導体故障解析方法は、半導体デバイスが備える第１主面及び第２主面のそれぞれに、第１照射光及び第２照射光を照射する。第１照射領域の大きさは、第２照射領域の大きさと異なっている。その結果、第１照射領域と第２照射領域とのうち、小さい方の照射領域の全体を、大きい方の照射領域に重複させることが可能になる。つまり、第１照射領域の大きさと第２照射領域の大きさとを互いに異ならせながら、半導体デバイスの検査面を走査することが可能である。従って、半導体デバイスに対して、第１主面と第２主面の両側から確実に光刺激を与えることができる。その結果、光刺激の影響を受けた電気信号が半導体デバイスから出力される。従って、故障箇所を確実に顕在化できる。つまり、半導体故障解析装置及び半導体故障解析方法は、半導体デバイスの故障箇所を良好に検出することができる。

【0010】

上記の半導体故障解析装置において、第２照射領域の大きさは、第１照射領域の大きさより小さくてもよい。制御部は、制御信号を第２解析部に対して出力してもよい。この構成によれば、第２照射領域の全体を第１照射領域に対して確実に重複させることができる。

【0011】

上記の半導体故障解析装置の第１解析部は、第１経路に沿って第１照射領域が移動するように、第１照射光を反射する第１光走査部を有してもよい。第２解析部は、第２経路に沿って第２照射領域が移動するように、第２照射光を反射する第２光走査部を有してもよい。制御部は、第１照射領域の大きさと第２照射領域の大きさとに基づく比率を利用して、第１光走査部及び第２光走査部を制御してもよい。これらの構成によっても、第２照射領域の全体を第１照射領域に対して確実に重複させることができる。

【0012】

上記の半導体故障解析装置の第１解析部は、第１照射光を発生させる第１光源と、第１照射光を第１光源から第１主面に導く第１光学部材と、を有してもよい。第２解析部は、第２照射光を発生させる第２光源と、第２照射光を第２光源から第２主面に導く第２光学部材と、を有してもよい。第１照射領域の大きさと第２照射領域の大きさとの相違は、第１光学部材の光学特性と第２光学部材の光学特性との相違によって生じてもよい。これらの構成によれば、光学部材の選択によって、第１照射領域の大きさと第２照射領域の大きさとの相違を生じさせることができる。

【0013】

上記の半導体故障解析装置の第１解析部は、第１照射領域の大きさが所定の大きさとなるように第１照射光を第１主面に集光する第１レンズを有してもよい。第２解析部は、第２照射領域の大きさが、第１照射領域の大きさとは異なる大きさとなるように第２照射光を第２主面に集光する第２レンズを有してもよい。第１レンズの倍率は、第２レンズの倍率とは異なってもよい。これらの構成によれば、対物レンズの倍率の選択によって、第１照射領域の大きさと第２照射領域の大きさとの相違を生じさせることができる。

【0014】

上記の半導体故障解析装置の第１解析部は、第１照射光を発生させる第１光源と、第１照射光を第１光源から第１主面に導く第１光学部材と、を有してもよい。第２解析部は、第２照射光を発生させる第２光源と、第２照射光を第２光源から第２主面に導く第２光学部材と、を有してもよい。第１照射領域の大きさと第２照射領域の大きさとの相違は、第１光学部材の配置と第２光学部材の配置との相違によって生じてもよい。これらの構成によれば、光学部材の配置によって、第１照射領域の大きさと第２照射領域の大きさとの相違を生じさせることができる。

【0015】

上記の半導体故障解析装置の第１解析部は、第１経路に沿って第１照射領域が移動するように、第１照射光を反射する第１光走査部を有してもよい。第２解析部は、第２経路に沿って第２照射領域が移動するように、第２照射光を反射する第２光走査部を有してもよい。第１照射領域の大きさと第２照射領域の大きさとの相違は、第１経路と第２経路の相違によって生じてもよい。これらの構成によれば、第１経路と第２経路の相違によって、第１照射領域の大きさと第２照射領域の大きさとの相違を生じさせることができる。

【0016】

本発明のさらに別の形態である半導体故障解析装置は、半導体デバイスの第１主面に設定された第１経路に沿って第１照射光を照射する第１解析部と、第１主面の裏側である第２主面に設定された第２経路に沿って第２照射光を照射する第２解析部と、第１照射光に応じて発生する半導体デバイスからの第１応答光を受ける第１光検出部と、第２照射光に応じて発生する半導体デバイスからの第２応答光を受ける第２光検出部と、第１解析部及び第２解析部の少なくとも一方を制御する制御部と、を備える。第１照射光によって第１主面に形成される第１照射領域の大きさは、第２照射光によって第２主面に形成される第２照射領域の大きさと異なる。制御部は、第１照射領域及び第２照射領域の一方の全体が、第１照射領域及び第２照射領域の他方に重複した状態を維持しながら、第１照射光及び第２照射光を照射させる制御信号を出力する。

【0017】

本発明のさらに別の形態である半導体デバイスを解析する半導体故障解析方法は、半導体デバイスの第１主面に設定された第１経路に沿って照射される第１照射光のための第１照射条件と、第１主面の裏側である第２主面に設定された第２経路に沿って照射される第２照射光のための第２照射条件と、を準備する設定工程と、設定工程で設定した第１照射条件に従って半導体デバイスに対して第１照射光を照射しながら半導体デバイスからの第１応答光を取得すると共に、設定工程で設定した第２照射条件に従って半導体デバイスに対して第２照射光を照射しながら半導体デバイスからの第２応答光を取得する解析工程と、を有する。設定工程では、第１照射光によって第１主面に形成される第１照射領域の大きさが、第２照射光によって第２主面に形成される第２照射領域の大きさと異なるように、第１照射条件及び第２照射条件を設定する。解析工程では、第１照射領域及び第２照射領域の一方の全体が、第１照射領域及び第２照射領域の他方に重複した状態を維持しながら、第１照射光及び第２照射光を照射する。

【0018】

半導体故障解析装置及び半導体故障解析方法は、半導体デバイスが備える第１主面及び第２主面のそれぞれに、第１照射光第２照射光を照射する。第１照射領域の大きさは、第２照射領域の大きさと異なっているから、第１照射領域と第２照射領域とのうち、小さい方の照射領域の全体を、大きい方の照射領域に重複させることが可能になる。その結果、半導体デバイスに対して、第１主面と第２主面の両側から確実に光刺激を与えることができる。従って、光刺激の影響を受けた第１応答光と第２応答光とを得ることが可能であるから、故障箇所を確実に顕在化できる。つまり、半導体故障解析装置及び半導体故障解析方法は、半導体デバイスの故障箇所を良好に検出することができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、半導体デバイスの故障箇所を良好に検出する半導体故障解析装置及び半導体故障解析方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、第１実施形態の半導体故障解析装置の構成図である。

【図2】図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、第１照射領域と第２照射領域との重複を説明するための概念図である。

【図3】図３は、第１照射領域の大きさと第２照射領域の大きさとを互いに異ならせる構成を説明するための図である。

【図4】図４は、半導体デバイスへのレーザマーキングイメージを説明するための図である。図４（ａ）はレーザマーキングされた半導体デバイスの第１主面を示す図である。図４（ｂ）はレーザマーキングされた半導体デバイスの第２主面を示す図である。図４（ｃ）は図４（ｂ）のＩＩ（ｃ）－ＩＩ（ｃ）に沿った断面図である。

【図5】図５は、図１の解析装置におけるマーキング制御を説明するための図である。

【図6】図６は、ターゲットを平面視して示す図である。

【図7】図７は、図１の解析装置を用いた半導体故障解析方法の主要な工程を示すフロー図である。

【図8】図８は、第２実施形態の半導体故障解析装置の構成図である。

【図9】図９は、図２の解析装置を用いた半導体故障解析方法の主要な工程を示すフロー図である。

【図10】図１０は、変形例１の故障解析装置が備える第１光学系及び第２光学系の構成図である。

【図11】図１１は、変形例２の故障解析装置が備える第１光学系及び第２光学系の構成図である。

【図12】図１２は、変形例３の故障解析装置が備える第１光学系及び第２光学系の構成図である。

【図13】図１３は、変形例４の故障解析装置が備える第１光学系及び第２光学系の構成図である。

【図14】図１４は、変形例５の故障解析装置が備える第１光学系及び第２光学系の構成図である。

【図15】図１５は、変形例６の故障解析装置が備える第１光学系及び第２光学系の構成図である。

【図16】図１６は、変形例７の故障解析装置が備える第１光学系及び第２光学系の構成図である。

【図17】図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、変形例８の故障解析装置における第１経路と第２経路とを説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図１に示すように、第１実施形態の半導体故障解析装置は、被検査デバイス（DUT:Device Under Test）である半導体デバイスＤを解析する。半導体故障解析装置は、例えば、倒立型のエミッション顕微鏡であってもよい。以下の説明において、第１実施形態の半導体故障解析装置は、単に「解析装置１」と称する。半導体デバイスＤの解析とは、例えば、半導体デバイスＤが含む故障箇所の位置の特定が挙げられる。半導体デバイスＤの解析は、故障箇所の位置の特定に限定されない。半導体デバイスＤの解析は、半導体デバイスＤに関するその他の解析及び検査などを含む。以下、本実施形態の解析装置１は、半導体デバイスＤが含む故障箇所の位置を特定するものとして説明する。

【0022】

解析装置１は、故障箇所の位置を特定する機能に加えて、故障箇所の周囲に故障箇所を示す印（マーク）を付す機能を付加的に有してもよい。この印を付す動作を「マーキング」と称する。マークは、故障解析の後に行われる工程において、解析装置１が特定した故障箇所を容易に把握するためのものである。

【0023】

半導体デバイスＤは、トランジスタ等のＰＮ接合を有する集積回路（IC:Integrated Circuit）、大規模集積回路（LSI:LargeScale Integration）であるロジックデバイス、メモリデバイスおよびアナログデバイスである。半導体デバイスＤは、上記のデバイスを組み合わせたミックスドシグナルデバイスであってもよい。半導体デバイスＤは、大電流用ＭＯＳトランジスタ、高圧用ＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタ及びＩＧＢＴ等の電力用半導体デバイス（パワーデバイス）等であってもよい。半導体デバイスＤは、基板及び金属層を含む積層構造を有する。半導体デバイスＤの基板としては、例えばシリコン基板が用いられる。

【0024】

解析装置１は、故障箇所を特定するために、電気信号画像を得る。解析装置１が取得する電気信号画像には、いくつかの種類がある。解析装置１が取得する電気信号画像には、例えば、光起電流画像であるＯＢＩＣ（Optical Beam Induced Current）画像、電気量変化画像であるＯＢＩＲＣＨ（Optical Beam Induced Resistance Change）画像、正誤情報画像であるＳＤＬ（Soft Defect Localization）画像、及びＬＡＤＡ（LaserAssisted Device Alteration）画像等が例示できる。

【0025】

ＯＢＩＣ画像は、光の照射によって生じた光起電流に基づく。ＯＢＩＣ画像は、光起電流の電流値又は電流変化値を電気信号特性値として画像化したものである。

【0026】

半導体デバイスＤにレーザといった光が照射されると、光が照射された位置に熱が発生する。熱の発生に伴う温度の変化によって、半導体デバイスＤを構成する配線及びコンタクト、トランジスタのチャンネル、故障箇所等では抵抗値の変化が生じる。ＯＢＩＲＣＨ画像は、熱に起因して生じる抵抗値の変化に基づく。より詳細には、熱に起因して生じる抵抗値の変化は、温度、温度変化量、元々の抵抗値等に依存する。熱に起因して生じる抵抗値の変化は、電圧値又は電流値の変化として得ることができる。従って、ＯＢＩＲＣＨ画像は、電圧値の変化又は電流値の変化を示す電気信号特性値を画像化したものである。例えば、一定の電圧を受けている半導体デバイスＤに光が照射された場合には、光の照射に起因する抵抗値の変化は、電流値の変化として得ることができる。故障箇所が大きな抵抗値を有している場合には、故障箇所から顕著な電気信号特性値を得ることができる。

【0027】

ＳＤＬ画像は、誤作動状態に関する情報（例えばＰＡＳＳ／ＦＡＩＬ信号）に基づく。テストパターンなどの刺激信号が印加された半導体デバイスＤに光を照射する。この光は、電荷といったキャリアを励起しない。半導体デバイスＤに光が照射されると、光が照射された位置に熱が生じる。刺激信号の印加と光の照射に起因する発熱とによって、発生させた誤作動状態を検出することができる。その結果、照射位置の情報と誤作動の情報とに基づいてＳＤＬ画像を得ることができる。誤作動の情報は、輝度値として取得できる。ＳＤＬ画像は、輝度値に基づく画像である。

【0028】

ＬＡＤＡ画像も、誤作動状態に関する情報（例えばＰＡＳＳ／ＦＡＩＬ信号）に基づく。ＬＡＤＡ画像を得る場合の光は、電荷といったキャリアを励起する。キャリアを励起する光を照射する点において、ＬＡＤＡ画像を得る動作は、ＳＤＬ画像を得る動作と異なる。刺激信号の印加と光の照射位置の情報とによって、誤作動の情報を輝度値として取得する点と、輝度値及び光の照射位置に基づき画像データを生成する点は、ＳＤＬ画像と同様である。

【0029】

解析装置１は、第１解析部１０と、第２解析部２０と、デバイス配置部３０と、計算機４０と、電気信号取得部６１と、を含む。第１解析部１０は、半導体デバイスＤの下側に配置されている。第１解析部１０が照射する第１照射光Ｌ１は、半導体デバイスＤの第１主面Ｄ１に照射される。第２解析部２０は、半導体デバイスＤの上側に配置されている。第２解析部２０が照射する第２照射光Ｌ２は、半導体デバイスＤの第２主面Ｄ２に照射される。解析装置１は、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２を照射したときに半導体デバイスＤから出力される電気信号を利用して、半導体デバイスＤの故障箇所を特定する。

【0030】

第１解析部１０は、故障箇所を特定するための構成要素を有する。具体的には、第１解析部１０は、第１照射光光源１１（第１光源）と、第１光学系１２と、第１ＸＹＺステージ１３と、第１カメラ１４（第１光検出部）と、を有する。

【0031】

第１照射光光源１１は、半導体デバイスＤに照射する第１照射光Ｌ１を発生する。第１照射光光源１１の詳細は、解析の手法に応じて決まる。例えば、半導体デバイスＤにレーザのようなコヒーレントな光を照射する解析では、第１照射光光源１１として、固体レーザ源又は半導体レーザ源等を採用してよい。ＯＢＩＲＣＨ画像又はＳＤＬ画像を取得する解析では、第１照射光光源１１は、半導体デバイスＤが電荷（キャリア）を発生しない波長帯のレーザを出力する。例えば、シリコンにより構成される半導体デバイスＤの解析では、第１照射光光源１１は、１２００ｎｍより大きい波長帯のレーザを出力する。第１照射光光源１１は、１３００ｎｍ程度の波長帯のレーザを出力する。ＯＢＩＣ画像又はＬＡＤＡ画像を取得する解析では、第１照射光光源１１は、半導体デバイスＤが電荷（キャリア）を発生する波長帯の光を出力する。ＯＢＩＣ画像又はＬＡＤＡ画像を取得する解析では、第１照射光光源１１は、１２００ｎｍ以下の波長帯の光を出力する。例えば、第１照射光光源１１は、１０６４ｎｍ程度の波長帯のレーザを出力する。半導体デバイスＤにインコヒーレントな光を照射する解析では、第１照射光光源１１として、スーパールミネッセントダイオード（SLD:Super Luminescent Diode）、自然放射増幅光（ASE:AmplifiedSpontaneous Emission）、及び発光ダイオード（LED:Light Emitting Diode）等を採用してよい。

【0032】

第１光学系１２は、光カプラ及び光ファイバを介して第１照射光光源１１から出射された第１照射光Ｌ１を受ける。第１光学系１２は、第１光走査部１２ｓと、第１対物レンズ１２ａ（第１光学部材、第１レンズ）と、第１ビームスプリッタ１２ｂと、を有する。第１光走査部１２ｓは、半導体デバイスＤの裏面である第１主面Ｄ１に対して第１照射光Ｌ１をあらかじめ定めた第１経路Ｒ１（図２参照）に沿って照射する。第１光走査部１２ｓは、例えばガルバノミラー又はＭＥＭＳミラー等の光走査素子である。第１光走査部１２ｓは、外部から提供される制御信号に基づいて、制御される。制御信号を提供する装置には、計算機４０、第２解析部２０、パルスジェネレータ及びテスタなどが挙げられる。第１対物レンズ１２ａは、第１光走査部１２ｓから受けた第１照射光Ｌ１を第１主面Ｄ１に集光する。

【0033】

第１光学系１２は、第１ＸＹＺステージ１３に載置されている。第１ＸＹＺステージ１３は、第１対物レンズ１２ａの光軸方向であるＺ軸方向に第１光学系１２を移動させる。さらに、第１ＸＹＺステージ１３は、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向及びＹ軸方向にも第１光学系１２を移動させる。第１ＸＹＺステージ１３は、計算機４０よって制御される。第１ＸＹＺステージ１３の位置によって観察エリアが決定される。

【0034】

第１カメラ１４は、第１主面Ｄ１を撮像する。第１カメラ１４は、撮像によって得た画像データを計算機４０に出力する。第１カメラ１４は、例えば、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、光電子増倍管、又はエリアイメージセンサ等である。

【0035】

第２解析部２０は、故障箇所を特定するための構成要素を有する。具体的には、第２解析部２０は、第２照射光光源２１（第２光源）と、第２光学系２２と、第２カメラ２４（第２光検出部）と、第２ＸＹＺステージ２３と、を有する。第２照射光光源２１は、第１照射光光源１１と同様の構成を有する。第２光学系２２は、第２光走査部２２ｓと、第２対物レンズ２２ａ（第２光学部材、第２レンズ）と、第２ビームスプリッタ２２ｂと、を有する。第２光走査部２２ｓは、第１光走査部１２ｓと同様の構成を有する。第２カメラ２４は、第１カメラ１４と同様の構成を有する。

【0036】

ところで、解析装置１が故障箇所を特定する動作を行うとき、第１光学系１２は、第１照射光Ｌ１を半導体デバイスＤの第１主面Ｄ１に照射する。第２光学系２２は、第２照射光Ｌ２を半導体デバイスＤの第２主面Ｄ２に照射する。第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２の照射は、時間的に並行する。

【0037】

図２（ａ）に示すように、第１照射光Ｌ１は、第１照射領域Ａ１を形成する。第１光学系１２は、第１照射領域Ａ１があらかじめ設定された第１経路Ｒ１に沿って移動するように、第１照射光Ｌ１を照射する。第２照射光Ｌ２は、第２照射領域Ａ２を形成する。同様に、第２光学系２２は、第２照射領域Ａ２があらかじめ設定された第２経路Ｒ２に沿って移動するように、第２照射光Ｌ２を照射する。

【0038】

例えば、第１光学系１２の光軸の方向から半導体デバイスＤを見たとき、第１照射領域Ａ１は、第２照射領域Ａ２と重複する。半導体デバイスＤは、第１主面Ｄ１側から照射された第１照射光Ｌ１と、第２主面Ｄ２側から照射された第２照射光Ｌ２によって、エネルギーを受ける。その結果、第１主面Ｄ１及び第２主面Ｄ２の両面からエネルギーの入力を受けた部分は、故障箇所を特定するための状態の変化を生じる。例えば、発熱に起因する抵抗値の変化をとらえるＯＢＩＲＣＨ解析の場合には、第１主面Ｄ１から第１照射光Ｌ１の照射を受けると共に第２主面Ｄ２から第２照射光Ｌ２の照射を受けた部分は、所定量の発熱を生じる。その結果、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２が照射された箇所に故障箇所が存在する場合には、故障の状態を顕在化できる。

【0039】

ところで、図２（ａ）に示すように、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２が照射される位置（つまり、第１照射領域Ａ１及び第２照射領域Ａ２）は、時間の経過と共に移動する。第１照射領域Ａ１は、第１経路Ｒ１に沿って移動する。第２照射領域Ａ２は、第２経路Ｒ２に沿って移動する。第１照射光Ｌ１の移動は、第１光走査部１２ｓによって実現される。第２照射光Ｌ２の照射位置の移動は、第２光走査部２２ｓによって実現される。

【0040】

図２（ａ）に示すように、理想的な動作であるとき、第１照射光Ｌ１が実際に照射された領域と、第２照射光Ｌ２が実際に照射された領域と、が互いに完全に重複することによって、重複領域ＡＬ１２が形成される。しかし、様々な要因によって、図２（ａ）のような理想的な動作とはならない場合がある。図２（ｂ）は、第１照射光Ｌ１は第１経路Ｒ１に沿って理想的に動作したが、第２照射光Ｌ２は第２経路Ｒ２から外れながら動作した場合を示している。この場合には、第１照射光Ｌ１が実際に照射された領域と、第２照射光Ｌ２が実際に照射された領域と、が互いに完全に重複しない場合がある。具体的には、第１照射光Ｌ１のみが照射された第１非重複領域ＡＬ１と、第２照射光Ｌ２のみが照射された第２非重複領域ＡＬ２と、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２が照射された重複領域ＡＬ１２と、が生じる。

【0041】

上述したように、半導体デバイスＤの故障箇所を顕在化させるためには、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２が照射される必要がある。第１照射光Ｌ１のみが照射された第１非重複領域ＡＬ１は、光による刺激が足りない。その結果、第１非重複領域ＡＬ１に故障箇所が存在する場合であっても、故障箇所が顕在化しない可能性がある。同様に、第２照射光Ｌ２のみが照射された第２非重複領域ＡＬ２も、光による刺激が足りない。その結果、第２非重複領域ＡＬ２に故障箇所が存在する場合であっても、故障箇所が顕在化しない可能性がある。その結果、半導体デバイスの故障箇所を良好に検出できる領域（重複領域ＡＬ１２）が狭くなる。つまり、設定された第１経路Ｒ１に対して、実際に照射された第１照射光Ｌ１の位置がずれると、半導体デバイスＤの故障箇所を良好に検出できる領域（重複領域ＡＬ１２）が減少してしまう。同様に、設定された第２経路Ｒ２に対して、実際に照射された第２照射光Ｌ２の位置がずれると、半導体デバイスＤの故障箇所を良好に検出できる領域（重複領域ＡＬ１２）が減少してしまう。

【0042】

上記の問題に鑑み、第１実施形態の解析装置１は、故障箇所を確実に顕在化させる重複領域ＡＬ１２の減少を抑制する。その結果、第１実施形態の解析装置１は、半導体デバイスＤの故障箇所を良好に検出する。

【0043】

具体的には、図２（ｃ）に示すように、第１照射光Ｌ１の走査を停止した状態において、第１照射光Ｌ１を第１主面Ｄ１に照射すると、円形状の第１照射領域Ａ１が生じる。第２照射光Ｌ２の走査を停止した状態において、第２照射光Ｌ２を第２主面Ｄ２に照射すると、円形状の第２照射領域Ａ２が生じる。第１照射領域Ａ１の大きさは、第２照射領域Ａ２の大きさと異なっている。

【0044】

ここでいう「大きさ」とは、第１照射領域Ａ１の面積及び第２照射領域Ａ２の面積と規定してよい。第１照射領域Ａ１及び第２照射領域Ａ２の形状が円である場合には、「大きさ」とは、第１照射領域Ａ１及び第２照射領域Ａ２の直径と規定してもよい。第１照射領域Ａ１及び第２照射領域Ａ２の直径は、いわゆるスポット径である。

【0045】

第１照射領域Ａ１の大きさは、第２照射領域Ａ２の大きさと一致していない。より詳細には、第２照射領域Ａ２の大きさは、第１照射領域Ａ１の大きさより小さい。第１解析部１０の光軸の方向から、第１照射領域Ａ１と第２照射領域Ａ２と、を見た場合には、第２照射領域Ａ２の全体は、第１照射領域Ａ１に重複する。

【0046】

図３に示すように、第１照射領域Ａ１と第２照射領域Ａ２との関係は、第２解析部２０が有する第２対物レンズ２２ａの倍率が、第１解析部１０が有する第１対物レンズ１２ａよりも高いことに起因している。換言すると、第１照射領域Ａ１の大きさと第２照射領域Ａ２の大きさとの相違は、第１対物レンズ１２ａと第２対物レンズ２２ａとの光学的な特性の相違によって実現されている。

【0047】

第２解析部２０が有する第２対物レンズ２２ａは、第１解析部１０が有する第１対物レンズ１２ａと異なる光学特性を有する。第２対物レンズ２２ａの倍率は、第１対物レンズ１２ａの倍率と異なっている。第２対物レンズ２２ａの倍率は、第１対物レンズ１２ａの倍率と一致していない。第２対物レンズ２２ａの倍率は、第１対物レンズ１２ａの倍率より高い。

【0048】

倍率の違いは、焦点距離の違いと言い換えてもよい。第１対物レンズ１２ａから第１主面Ｄ１までの距離Ｋ１と、第２対物レンズ２２ａから第２主面Ｄ２までの距離Ｋ２と、は、互いに同じである。第２対物レンズ２２ａの第２焦点距離Ｆ２は、第１対物レンズ１２ａの第１焦点距離Ｆ１よりも、短い。第１主面Ｄ１は、第１焦点Ｐ１よりも第１対物レンズ１２ａ側に位置する。第２主面Ｄ２は、第２焦点Ｐ２よりも第２対物レンズ２２ａ側に位置する。その結果、第２照射領域Ａ２の大きさは、第１照射領域Ａ１の大きさよりも小さくなる。

【0049】

第１照射領域Ａ１の大きさと第２照射領域Ａ２の大きさとが互いに異なっていればよい。上記の説明では、第１照射領域Ａ１が第２照射領域Ａ２より小さい場合を例示した。例えば、第２照射領域Ａ２が第１照射領域Ａ１より大きくてもよい。

【0050】

故障箇所を顕在化させる領域の減少を抑制する効果は、第１照射領域Ａ１の大きさと第２照射領域Ａ２の大きさとが互いに異なっていれば発生する。第１照射領域Ａ１の大きさと第２照射領域Ａ２の大きさとを異ならせる構成は、第１対物レンズ１２ａの倍率と第２対物レンズ２２ａの倍率との相違である必要はない。第１照射領域Ａ１の大きさと第２照射領域Ａ２の大きさとを異ならせる別の構成は、変形例１～８として後に説明する。

【0051】

＜デバイス配置部＞
図１を参照する。デバイス配置部３０は、半導体デバイスＤを保持する。デバイス配置部３０は、第１解析部１０に対する半導体デバイスＤの位置を変更する。デバイス配置部３０は、第２解析部２０に対する半導体デバイスＤの位置を変更する。デバイス配置部３０は、サンプルステージ３１と、ウェハチャック３２と、ＸＹ駆動部３３と、を有する。

【0052】

解析装置１は、第１解析部１０の第１ＸＹＺステージ１３と、第２解析部２０の第２ＸＹＺステージ２３と、デバイス配置部３０のＸＹ駆動部３３と、を有する。解析装置１は、３個の駆動機構を有する。解析装置１は、３つの自由度を有する。３つの自由度を有する構成によれば、例えば、第１解析部１０を固定した状態で、第２解析部２０及びデバイス配置部３０を移動させることができる。第１解析部１０及び第２解析部２０を固定した状態で、デバイス配置部３０を移動させることもできる。「固定」とは、位置を変更しないことを意味する。例えば、「第１解析部１０及び第２解析部２０を固定した状態」とは、第１解析部１０に対する第２解析部２０の相対的な位置が維持される状態いう。

【0053】

ウェハチャック３２は、サンプルステージ３１に載置される。ウェハチャック３２は、サンプルステージ３１に対して摺動可能である。ウェハチャック３２は、デバイス保持部３２ａを有する。デバイス保持部３２ａは、半導体デバイスＤを保持する。デバイス保持部３２ａは、ウェハチャック３２に設けられた貫通穴と、貫通穴を物理的にふさぐガラス板と、を含む。

【0054】

ウェハチャック３２は、アライメントターゲット５０を有する。アライメントターゲット５０（図６参照）は、ガラス板である。ガラス板の第１の面には、基準点ｂｐを中心に放射状に伸びるパターンが設けられている。このパターンは例えば、金属膜である。一例としては、パターンはアルミニウムの薄膜によって作成される。従って、パターンは、不透明部５０ｂを構成する。ガラス板は、半導体デバイスＤの基板ＳｉＥを透過する波長の光を透過する。従って、パターンが設けられていない領域は、光透過部５０ａを構成する。ウェハチャック３２は、ターゲット穴３２ｂを有している。ターゲット穴３２ｂには、アライメントターゲット５０が配置される。アライメントターゲット５０は、ターゲット穴３２ｂを閉鎖するように配置される。このアライメントターゲット５０の配置によれば、第１カメラ１４及び第２カメラ２４は、ガラス板の一面に設けられたパターンの像を取得することができる。

【0055】

アライメントターゲット５０は、ウェハチャック３２に設けられている。ウェハチャック３２において、デバイス保持部３２ａが設けられた位置は、アライメントターゲット５０が設けられた位置と異なる。ＸＹ駆動部３３によってウェハチャック３２の位置が変更された場合には、半導体デバイスＤの位置及びアライメントターゲット５０の位置が同時に変更される。ウェハチャック３２に取り付けられた半導体デバイスＤに対するアライメントターゲット５０の位置は、不変である。

【0056】

ＸＹ駆動部３３は、計算機４０からの制御命令に応じて、ウェハチャック３２をＸ軸方向又はＹ軸方向に移動させる。その結果、第１解析部１０及び第２解析部２０を移動させることなく、観察エリアを変更することができる。

【0057】

デバイス配置部３０の具体的な構成は、上記の構成に限定されない。デバイス配置部３０は、半導体デバイスＤを保持する機能と、半導体デバイスＤをＸ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方へ移動させる機能と、を発揮できる構成を採用してよい。例えば、サンプルステージ３１及びＸＹ駆動部３３に代えて、ＸＹステージを有してもよい。このＸＹステージは、ウェハチャック３２をＸ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方へ移動させる。

【0058】

解析装置１は、必要に応じて刺激信号印加部６０及びマーキング光源２６を有してもよい。

【0059】

刺激信号印加部６０は、ケーブルを介して半導体デバイスＤに電気的に接続されている。刺激信号印加部６０は、半導体デバイスＤに刺激信号を印加する。刺激信号印加部６０は、電源から受けた電力によって動作する。刺激信号印加部６０は、半導体デバイスＤに所定のテストパターンなどの刺激信号を繰り返し印加する。刺激信号印加部６０が出力する刺激信号は、変調電流信号であってもよいし、ＣＷ（continuous wave）電流信号であってもよい。

【0060】

刺激信号印加部６０は、ケーブルを介して計算機４０に電気的に接続されている。刺激信号印加部６０は、計算機４０から指定された刺激信号を、半導体デバイスＤに印加する。刺激信号印加部６０は、必ずしも計算機４０に電気的に接続されていなくてもよい。刺激信号印加部６０は、計算機４０に電気的に接続されていない場合には、単体でテストパターンなどの刺激信号を決定する。電源又はパルスジェネレータ等を刺激信号印加部６０として用いてもよい。

【0061】

＜マーキング光源＞
図４及び図５に示すように、解析装置１は、マーキングのためのマーキング光源２６を付加的に有してもよい。

【0062】

マーキング光源２６は、計算機４０によって特定された故障箇所の周囲に、マークを付す。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるように、故障箇所ｆｐの周囲にマーキング箇所ｍｐが設定される。図４（ａ）及び図４（ｂ）では、４個のマーキング箇所ｍｐを図示する。レーザマーキングが完了した状態においては、図４（ｃ）に示されるように、半導体デバイスＤのメタル層ＭＥを貫通する貫通穴が形成される。レーザマーキングは、メタル層ＭＥと基板ＳｉＥとの境界面ｓｓに達する貫通穴を形成する。その結果、基板ＳｉＥにおけるメタル層ＭＥに接する面が露出する。本明細書でいう「マーク」とは、メタル層ＭＥに形成された貫通穴を意味してもよい。本明細書でいう「マーク」とは、貫通穴から露出する基板ＳｉＥを意味してもよい。

【0063】

マーキング光源２６は、マーキング用のレーザを、第２光学系２２を介して半導体デバイスＤのマーキング箇所ｍｐに照射する。マーキング光源２６は、半導体デバイスＤのメタル層ＭＥ側からマーキング箇所ｍｐにレーザを照射する。レーザは、メタル層ＭＥに貫通穴を形成する。マーキング光源２６は、計算機４０からレーザの照射を開始させる制御信号を受けると、レーザの照射を開始する。マーキング光源２６は、例えば固体レーザ源及び半導体レーザ源等を採用してよい。マーキング光源２６から照射される光の波長は、２５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である。

【0064】

第２光学系２２は、半導体デバイスＤのマーキング箇所ｍｐにレーザを導く。具体的には、第２光学系２２は、半導体デバイスＤのメタル層ＭＥ側からレーザを半導体デバイスＤに照射する。換言すると、第２光学系２２は、半導体デバイスＤの第２主面Ｄ２の側からレーザを半導体デバイスＤに照射する。第２光学系２２の第２ビームスプリッタ２２ｂは、マーキング光源２６及び第２カメラ２４の光路を切り替える。第２対物レンズ２２ａは、レーザをマーキング箇所ｍｐに集光する。第２対物レンズ２２ａ及び第２ビームスプリッタ２２ｂは、半導体デバイスＤの表面から来た光を第２カメラ２４へ導く。

【0065】

第２ＸＹＺステージ２３を駆動して第２対物レンズ２２ａの光軸をマーキング位置に一致させることにより、マーキング位置にレーザを照射させてもよい。第２光走査部２２ｓによってマーキング位置にレーザを照射させてもよい。第２光学系２２は、シャッタを備えてもよい。シャッタは、マーキング光源２６からのレーザを通過させる状態と遮る状態とを相互に切り替える。その結果、レーザの照射と停止とを制御することができる。これらの動作は、後述する計算機４０のマーキング制御部４１ｂが出力する制御信号に従う。

【0066】

第２カメラ２４は、半導体デバイスＤの第２主面Ｄ２側から、半導体デバイスＤのメタル層ＭＥを撮像する。第２カメラ２４は、撮像した撮像画像を計算機４０に出力する。ユーザは、撮像画像を確認することにより、半導体デバイスＤの第２主面Ｄ２側から見たレーザマーキングの状況を把握することができる。照明光源２５は、第２カメラ２４で撮像するときに半導体デバイスＤへ照明光を照明する。

【0067】

＜計算機＞
図１を参照する。計算機４０は、パーソナルコンピュータなどのコンピュータである。計算機４０は、物理的には、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ、ＣＰＵ等のプロセッサ（演算回路）、通信インターフェイス、ハードディスク等の格納部を備える。計算機４０としては、例えばパーソナルコンピュータ、クラウドサーバ、スマートデバイス（スマートフォン、タブレット端末など）などが挙げられる。計算機４０は、メモリに格納されているプログラムをコンピュータシステムのＣＰＵで実行することにより機能する。

【0068】

計算機４０は、故障箇所を特定する機能のための要素として、照射制御部４１ｓと、画像処理部４１ｈと、を有する。照射制御部４１ｓは、第２解析部２０に制御信号を出力する。制御信号を受けた第２解析部２０は、半導体デバイスＤへ第２照射光Ｌ２を照射する。第１解析部１０は、計算機４０から第１照射光Ｌ１のための制御信号を受けない。第１解析部１０は、第１照射光Ｌ１のための制御信号を第２解析部２０から受ける。第１照射光Ｌ１と第２照射光Ｌ２とを同期させる動作は、計算機４０から制御信号を受けた第２解析部２０が、第２解析部２０の動作に追従させるように第１解析部１０に対して制御信号を出力することによりなされる。第２照射領域Ａ２は、第１照射領域Ａ１よりも小さい。計算機４０は、小さい方の第２照射領域Ａ２を形成する第２解析部２０に対して、制御信号を出力する。

【0069】

制御信号は、第２照射光Ｌ２の照射開始及び照射停止を制御する。制御信号は、第２照射光Ｌ２の照射位置を制御する。具体的には、制御信号は、第２光走査部２２ｓを制御する。第２光走査部２２ｓがミラーである場合には、制御信号はミラーの角度を制御する。

【0070】

照射制御部４１ｓは、第１照射領域Ａ１の大きさと第２照射領域Ａ２の大きさとの比率に基づいて、第２光走査部２２ｓのための制御信号を生成してよい。例えば、大きい方の第１照射領域Ａ１を生成する第１対物レンズ１２ａの倍率を「１」とした場合には、第２照射領域Ａ２を生成する第２対物レンズ２２ａの倍率は「１」より大きい値（Ｎ）で示される。第１対物レンズ１２ａの倍率と第２対物レンズ２２ａの倍率との比率が、１：Ｎとして示されると仮定する。この場合、照射制御部４１ｓは、第２光走査部２２ｓを構成するミラーの振り角度がＮ倍となるように制御する。

【0071】

対物レンズの倍率の比率に応じて、スキャン角度を大きくする。その結果、第１対物レンズ１２ａの視野の大きさと、第２対物レンズ２２ａの視野の大きさと、を互いに一致させることができる。例えば、第２対物レンズ２２ａの倍率が第１対物レンズ１２ａの倍率の２倍であるとする。この場合には、第２対物レンズ２２ａの視野の大きさ（視野の各辺の長さ）は、第１対物レンズ１２ａの視野の大きさ（視野の各辺の長さ）の半分である。従って、第２対物レンズ２２ａに光を導くミラーの振り角は、第１対物レンズ１２ａに光を導くミラーの振り角の２倍に設定する。

【0072】

計算機４０は、第２解析部２０への制御信号の出力と並行して、第１解析部１０へ制御信号を出力してもよい。

【0073】

画像処理部４１ｈは、電気信号取得部６１が出力する電気信号特性値を得る。画像処理部４１は、電気信号特性値に基づいて電気信号画像を生成する。電気信号画像とは、例えば、ＯＢＩＣ画像、ＯＢＩＲＣＨ画像、ＳＤＬ画像及びＬＡＤＡ画像である。

【0074】

解析装置１がマーキングを付す機能を有する場合には、計算機４０は、機能的な構成要素として、マーキング設定部４１ａと、マーキング制御部４１ｂと、マーキング画像作成部４１ｃと、を付加的に有してもよい。

【0075】

＜マーキング設定部＞
マーキング設定部４１ａは、入力部４１ｅから入力された故障箇所ｆｐを示す情報に基づいて、マーキング箇所ｍｐを設定する。特定された故障箇所ｆｐの周囲には、数か所のマーキング箇所ｍｐが設定される。数か所とは例えば４箇所である。マーキング設定部４１ａは、例えば故障箇所ｆｐを示す情報が入力された場合には、故障箇所ｆｐを中心として、故障箇所ｆｐの周囲の４箇所に、マーキング箇所ｍｐを自動的に設定する。具体的には、マーキング設定部４１ａは、例えば平面視において、故障箇所ｆｐを中心とした十字状にマーキング箇所ｍｐを設定する（図４（ａ）及び図４（ｂ）参照）。マーキング箇所ｍｐは、ユーザから入力された情報によって設定されてもよい。ユーザは、表示部４１ｄに表示された解析画像を見ながら、マーキング箇所ｍｐを示す情報を入力する。マーキング箇所ｍｐを示す情報は、入力部４１ｅが受け付ける。ユーザが情報を入力する場合、マーキング設定部４１ａは、マーキング箇所ｍｐを自動的に設定しない。マーキング設定部４１ａは、入力部４１ｅから入力されるマーキング箇所ｍｐを示す情報に基づいて、マーキング箇所ｍｐを設定する。マーキング設定部４１ａは、リファレンス画像を生成する。リファレンス画像は、解析画像に対して、故障箇所ｆｐを示す目印と、マーキング箇所ｍｐを示す目印と、を付加したものである。マーキング設定部４１ａは、リファレンス画像を計算機４０のメモリに保存する。

【0076】

＜マーキング制御部＞
マーキング制御部４１ｂは、第２カメラ２４の視野に故障箇所の観察エリアが収まるように、第２解析部２０の第２ＸＹＺステージ２３を制御する。マーキング制御部４１ｂは、第１光学系１２の光軸に第２光学系２２の光軸が一致するように、マーキング光源２６の第２ＸＹＺステージ２３を制御する。マーキング制御部４１ｂは、第２光学系２２の光軸がマーキング箇所ｍｐに重複するように、デバイス配置部３０のＸＹ駆動部３３を制御する。マーキング制御部４１ｂは、第２光走査部２２ｓを制御してもよい。

【0077】

マーキング制御部４１ｂは、マーキング光源２６も制御する。マーキング制御部４１ｂは、マーキング画像作成部４１ｃによってマーク像が現れたと判断された場合に、マーキング光源２６に対して出力停止信号を出力する。マーキング光源２６は、出力停止信号が入力された場合に、レーザの出力を停止する。このため、マーキング光源２６は、マーキング制御部４１ｂによって出力開始信号が入力されてから出力停止信号が入力されるまでの間、レーザを出力し続ける。マーキング制御部４１ｂは、レーザマーキングによって形成されるマーク像がパターン画像に現れるまでレーザマーキングが行われるように、マーキング光源２６を制御する。レーザの貫通閾値が設定されている。マーキング制御部４１ｂは、レーザがメタル層ＭＥを貫通するまでレーザマーキングが行われるように、マーキング光源２６を制御する。

【0078】

＜マーキング画像作成部＞
計算機４０は、ケーブルを介して第１カメラ１４に電気的に接続されている。計算機４０は、第１カメラ１４から入力された画像データを利用して、パターン画像及び発光画像を作成する。発光画像だけでは、半導体デバイスＤのパターンにおける発光位置を特定することが難しい。計算機４０は、解析画像として、重畳画像を生成する。重畳画像は、半導体デバイスＤからの反射光に基づくパターン画像と、半導体デバイスＤからの発光に基づく発光画像と、を含む。パターン画像と発光画像とは、互いに重畳している。

【0079】

マーキング画像作成部４１ｃは、マーキング画像を作成する。マーキング画像は、マーク像を含むパターン画像と発光画像とを含む。パターン画像と発光画像とは、互いに重複している。作成されたマーキング画像は、計算機４０のメモリに保存される。マーキング画像作成部４１ｃは、マーキング画像を表示部４１ｄに表示させる。マーキング画像により、ユーザは、後工程において、故障箇所の位置に対するマーキング位置を正確に把握することができる。マーキング画像作成部４１ｃは、マーキング情報を取得する。マーキング情報とは、故障箇所の位置に対するマーキング位置を把握するために必要な情報である。マーキング情報として、例えば、マーキング位置から故障箇所までの位置の距離、及び故障箇所の位置を基準にしたマーキング位置の方位などが挙げられる。取得されたマーキング情報は、リストとして表示してもよい。マーキング情報は、マーキング画像に付加して表示してもよい。マーキング情報は、紙媒体で出力してもよい。

【0080】

計算機４０は、解析画像を表示部４１ｄに出力する。表示部４１ｄは、ユーザに解析画像等を示すためのディスプレイ等の表示装置である。ユーザは、表示部４１ｄに表示された解析画像から故障箇所の位置を確認することができる。ユーザは、入力部４１ｅを用いて故障箇所を示す情報を入力する。入力部４１ｅは、ユーザからの入力を受け付けるキーボード及びマウス等の入力装置である。入力部４１ｅは、故障箇所を示す情報を計算機４０に出力する。計算機４０、表示部４１ｄ、及び入力部４１ｅは、タブレット端末であってもよい。

【0081】

マーキング画像作成部４１ｃは、レーザの照射を停止させる制御命令をマーキング制御部４１ｂに出力させてもよい。レーザの照射を停止させる制御命令は、パターン画像に現れるマーク像を利用して生成される。具体的には、マーキング画像作成部４１ｃは、マーキング光源２６が出力したレーザによるレーザマーキングと並行して、パターン画像を順次生成する。レーザマーキングによって、マーキング箇所ｍｐのメタル層ＭＥには穴が形成される。メタル層ＭＥの穴が浅いときには、マーキング位置での反射光の強度変化が小さいので、光学反射像の変化も小さい。換言すると、レーザマーキングにより形成される穴がメタル層ＭＥにのみ形成されているために、基板ＳｉＥにまで到達していないときには、マーキング位置での反射光の強度変化が小さい。従って、光学反射像の変化も小さい。その結果、レーザマーキングの影響は、パターン画像に現れない。メタル層ＭＥの穴が深くなると、第１主面Ｄ１側の光の屈折率、透過率、及び反射率の少なくともいずれか１つの変化が大きくなる。具体的には、穴がメタル層ＭＥと基板ＳｉＥとの境界面ｓｓに達する程度に深くなると、第１主面Ｄ１側の光の屈折率、透過率、及び反射率の少なくともいずれか１つの変化が大きくなる。これらの変化に起因して、マーキング位置での反射光の強度変化が大きくなる。その結果、パターン画像にはマーキング箇所を示すマーク像が現れる。

【0082】

マーキング画像作成部４１ｃは、例えば、上述したリファレンス画像と、パターン画像とを比較する。比較の結果、画像の差異が予め定めた規定値よりも大きくなっている場合に、マーキング画像作成部４１ｃは、マーク像が現れたと判断する。規定値を予め設定しておくことにより、マーク像が現れたと判断されるタイミングを決定することができる。

【0083】

マーキング画像作成部４１ｃは、ユーザからの入力内容に応じて、マーク像が現れたか否かを判断してもよい。マーキング画像作成部４１ｃは、マーク像が現れたと判断した場合において、リファレンス画像とパターン画像とを比較する。パターン画像のマーク形成箇所がリファレンス画像のマーキング箇所ｍｐとずれている場合には、マーキング画像作成部４１ｃは、マークの位置ずれが生じていると判断してもよい。この場合、正しいマーキング箇所ｍｐにマークが形成されるようにレーザマーキングを再度行ってもよい。

【0084】

マーキングは、以下のような変形を伴ってもよい。

【0085】

例えば、レーザがメタル層ＭＥを貫通することによって、基板ＳｉＥにおけるメタル層ＭＥに接する面が露出する程度までレーザマーキングが行われるとして説明した。しかし、この態様には、限定されない。レーザマーキングによる穴の深さは、マーク像がパターン画像に現れる程度であればよい。具体的には、例えば、メタル層ＭＥを貫通すると共に基板ＳｉＥにおけるメタル層ＭＥに接する面が露出した後も更にレーザマーキングが行われてもよい。例えばメタル層ＭＥの厚さが１０μｍであり、基板ＳｉＥの厚さが５００μｍである場合に、基板ＳｉＥにおけるメタル層ＭＥに接する面から更に１μｍ程度深く、レーザマーキングによる穴が形成されてもよい。レーザマーキングによる穴は、必ずしもメタル層ＭＥを貫通しなくてもよい。例えば、メタル層ＭＥの厚さが１０μｍであり、基板ＳｉＥの厚さが５００μｍである場合を仮定する。この場合に、レーザマーキングによる穴が形成された箇所のメタル層ＭＥの厚さは、５０ｎｍ程度であってもよい。レーザマーキングによる穴は、基板ＳｉＥにおけるメタル層ＭＥに接する面に到達しなくてもよい。

【0086】

パターン画像の生成は、レーザマーキングが行われている間に行われるとして説明した。しかし、この態様には限定されない。例えば、レーザの出力が停止しているときに、パターン画像が生成されてもよい。この場合、レーザを出力する動作と、レーザを停止すると共にパターン画像を生成する動作と、は、所定の間隔で交互に行われてもよい。

【0087】

マーキング光源２６から出力されるレーザの波長が１０００ナノメートル以上である場合は、第１解析部１０は、１０００ナノメートル以上である波長のレーザのみを遮る光学フィルタを有してもよい。マーキング光源２６から出力されたレーザが半導体デバイスＤの基板ＳｉＥを透過した場合、レーザは、第１解析部１０によって遮光される。その結果、レーザによって光検出器が破壊されることを抑制することができる。

【0088】

マーキング光源２６から出力されるレーザの波長は、１０００ナノメートル未満であってもよい。この場合、例えば半導体デバイスＤがシリコン基板などの基板により構成されている場合、レーザは、基板に吸収される。その結果、光学フィルタ等を備えることなく、第１カメラ１４等の光検出器がレーザにより破壊されることを抑制することができる。

【0089】

半導体デバイスＤに刺激信号を印加する構成要素は、刺激信号印加部６０に限られない。半導体デバイスＤに刺激信号を印加する構成要素である刺激信号印加部として、半導体デバイスＤに電圧又は電流を印加する装置を採用してよい。これらの装置を用いて、半導体デバイスＤに刺激信号を印加してもよい。

【0090】

解析装置１の解析処理について説明する。図７は、解析装置１を用いた解析処理の主要な工程を示すフロー図である。

【0091】

＜設定工程Ｓ１００＞
第１照射領域Ａ１の大きさと第２照射領域Ａ２の大きさとを互いに異ならせるための準備を行う。第１実施形態の解析装置１は、第１照射領域Ａ１の大きさと第２照射領域Ａ２の大きさとを互いに異ならせるために、第１対物レンズ１２ａの倍率と第２対物レンズ２２ａの倍率とを異ならせた。設定工程Ｓ１００では、第１対物レンズ１２ａの倍率を所定の倍率に設定すると共に、第２対物レンズ２２ａの倍率を第１対物レンズ１２ａとは異なる倍率に設定する。例えば、第１解析部１０及び第２解析部２０は、互いに異なる倍率の複数の対物レンズを備えている。解析に用いる対物レンズは、入力部４１ｅを用いたユーザの入力操作によって、選択される。計算機４０は、選択された対物レンズの情報を第１解析部１０及び第２解析部２０に出力する。第１解析部１０は、入力された情報に従う対物レンズを、第１対物レンズ１２ａとして光軸上に配置する。第２解析部２０は、入力された情報に従う対物レンズを、第２対物レンズ２２ａとして光軸上に配置する。

【0092】

＜アライメント工程Ｓ１１０＞
次に、第１光学系１２と第２光学系２２との位置合わせを行う（Ｓ１１０）。「位置合わせ」とは、第１光学系１２の光軸に第２光学系２２の光軸を一致させることである。より詳細には、「位置合わせ」とは、第１光学系１２に関する第１光走査領域の中心に対する第２光学系２２に関する第２光走査領域の中心のずれを解消することをいう。照射制御部４１ｓは、工程Ｓ１１０のためのアライメント命令を出力する。第１光学系１２の視野にアライメントターゲット５０を捉えるように、ＸＹ駆動部３３は、ウェハチャック３２を移動させる（Ｓ１１１）。照射制御部４１ｓは、半導体デバイスＤの移動量を記憶する。移動量は、ウェハチャック３２のものとしてもよい。

【0093】

次に、第１光学系１２の第１光走査領域と第２光学系２２の第２光走査領域とを互いに合わせる（Ｓ１１２）。第１光学系１２の光軸に第２光学系２２の光軸を合わせることで、第１光学系１２に関する第１光走査領域の中心と、第２光学系２２に関する第２光走査領域の中心とが合う。第２光学系２２の視野にアライメントターゲット５０を捉えるように、第２ＸＹＺステージ２３は、第２光学系２２を移動させる。次に、照明光源２５は、アライメントターゲット５０に向けて照明光を出力する。照明光は、アライメントターゲット５０の光透過部５０ａを透過する。第１光学系１２の第１カメラ１４は、アライメントターゲット５０の光透過部５０ａを透過した光による透過像を得る。第１カメラ１４は、透過像を計算機４０に出力する。第２カメラ２４は、アライメントターゲット５０の不透明部５０ｂで反射した反射光による反射像を得る。第２カメラ２４は、反射像を計算機４０に出力する。画像処理部４１ｈは、透過像及び反射像を用いて、第１光学系１２の光軸に対する第２光学系２２の光軸のずれを算出する。このずれが許容範囲に収まるまで、第２光学系２２を移動させる動作と、ずれ量を確認する動作と、を繰り返す。ずれが許容範囲に収まったと判定されたとき、光軸の位置合わせが完了する。これにより、第１光学系１２に関する第１光走査領域の中心を第２光学系２２に関する第２光走査領域の中心に合わせることができる。ずれを許容範囲に収めるための動作として、第１光学系１２の位置を固定した状態で第２光学系２２を移動させてもよい。第２光学系２２の位置を固定した状態で第１光学系１２を移動させてもよい。第１光学系１２及び第２光学系２２の両方を移動させてもよい。

【0094】

光走査領域の位置合わせが完了した後に、第１光学系１２及び第２光学系２２の視野に半導体デバイスＤを捉えるように、ＸＹ駆動部３３は、ウェハチャック３２を移動させる（Ｓ１１３）。このとき、照射制御部４１ｓは、半導体デバイスＤの退避時に記憶した移動量に基づいて、ＸＹ駆動部３３を制御してよい。第１カメラ１４及び第２カメラ２４から出力される画像データを用いて、第１光学系１２及び第２光学系２２と半導体デバイスＤとの相対的な位置を制御してもよい。この場合にも、移動の対象は、半導体デバイスＤのみである。走査領域の位置合わせが完了した直後は、半導体デバイスＤが退避している。つまり、第１光学系１２及び第２光学系２２の視野に半導体デバイスＤは、存在しない。そこで、走査領域の位置合わせが完了した後に、第１光学系１２及び第２光学系２２の視野に半導体デバイスＤを収める。より詳細には、第１光学系１２の第１光走査領域及び第２光学系２２の第２光走査領域に、半導体デバイスＤを配置する。位置合わせが完了した後に移動させるものは、半導体デバイスＤである。換言すると、位置合わせが完了した後には、第１光学系１２及び第２光学系２２は、移動させない。その結果、第１光学系１２の第１光走査領域に対する第２光学系２２の第２光走査領域の相対的な位置関係は、位置合わせの結果が維持される。

【0095】

＜解析工程Ｓ１２０＞
次に、半導体デバイスＤの故障箇所を特定する（Ｓ１２０）。具体的には、計算機４０は、第２解析部２０に制御信号を出力する。その結果、第２解析部２０による光走査が開始される。第２解析部２０の動作に伴って、第１解析部１０の光走査も開始する。半導体デバイスＤから電気特性信号を取得する。電気特性信号の取得と並行して、半導体デバイスＤからの反射光を検出することによって、パターン画像を取得してもよい。第１解析部１０及び第２解析部２０が受ける制御信号は、パルスジェネレータ又はテスタから入力されてもよい。この場合には、パルスジェネレータ又はテスタから、第１解析部１０に制御信号が与えられると共に、第２解析部２０にも並行して制御信号が与えられる。

【0096】

解析工程Ｓ１２０では、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２の特性に応じて、所望の電気信号画像を得る。さらに、解析工程Ｓ１２０では、照射光を受けている半導体デバイスＤの状態に応じて、所望の電気信号画像を得る。電気信号画像とは、例えば、ＯＢＩＣ画像、ＯＢＩＲＣＨ画像、ＳＤＬ画像及びＬＡＤＡ画像等である。

【0097】

第１解析動作として、ＯＢＩＣ画像を得る動作が挙げられる。第１解析では、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２を半導体デバイスＤに照射する。第１解析では、刺激信号印加部６０は、半導体デバイスＤに刺激信号を与えない。レーザを受けた半導体デバイスＤは、光起電流が生じることがある。電気信号取得部６１は、光起電流の電流値又は電流変化値を電気信号特性値として出力する。

【0098】

第２解析動作として、ＯＢＩＲＣＨ画像を得る動作が挙げられる。第２解析では、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２を半導体デバイスＤに照射する。第２解析では、刺激信号印加部６０は、半導体デバイスＤに刺激信号である一定の電流を与える。刺激信号は、一定の電圧であってもよい。刺激信号を受けた半導体デバイスＤにレーザを照射すると、半導体デバイスＤにおける照射位置の抵抗値が変化する。電気信号取得部６１は、抵抗値の変化に応じた電圧値又は電圧の変化値を電気信号特性値として出力する。

【0099】

第３解析動作として、ＳＤＬ画像を得る動作が挙げられる。第３解析では、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２を半導体デバイスＤに照射する。第３解析では、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２として、キャリアが励起されない波長のレーザを採用する。第３解析動作では、刺激信号印加部６０は、テストパターンなどの刺激信号を与える。刺激信号を受けた半導体デバイスＤにキャリアが励起されない波長のレーザを照射すると、半導体デバイスＤの誤動作状態を検出できる。電気信号取得部６１は、誤作動状態に係る情報（例えばＰＡＳＳ／ＦＡＩＬ信号）を電気信号特性値として出力する。

【0100】

第４解析動作として、ＬＡＤＡ画像を得る動作が挙げられる。第４解析では、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２を半導体デバイスＤに照射する。第４解析では、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２として、キャリアが励起される波長のレーザを採用する。第４解析動作では、刺激信号印加部６０は、テストパターンなどの刺激信号を与える。刺激信号を受けた半導体デバイスＤにキャリアが励起される波長のレーザを照射すると、半導体デバイスＤの誤動作状態を検出できる。電気信号取得部６１は、誤作動状態に係る情報（例えばＰＡＳＳ／ＦＡＩＬ信号）を電気信号特性値として出力する。

【0101】

＜マーキング工程Ｓ１３０＞
必要に応じて、マーキング箇所ｍｐへマーキングを形成する動作（Ｓ１３０）を行ってもよい。マーキング制御部４１ｂは、工程Ｓ１３０のためのマーキング命令をマーキング光源２６及びデバイス配置部３０に出力する。具体的には、マーキング光源２６は、レーザを出力する。レーザマーキングは、設定されたマーキング箇所ｍｐのすべてに対して実行する。それぞれのマーキング箇所ｍｐへのレーザの出力動作において、マーキング画像作成部４１ｃは、パターン画像にマーク像が現れたか否かを判定してもよい。パターン画像にマーク像が現れていないと判定された場合には、再度、レーザの照射を実行する。レーザの照射動作と並行して、マーキング画像作成部４１ｃは、パターン画像を生成する。

【0102】

以下、本実施形態の解析装置１の作用効果について説明する。

【0103】

半導体故障解析装置１は、半導体デバイスＤの第１主面Ｄ１に設定された第１経路Ｒ１に沿って第１照射光Ｌ１を照射する第１解析部１０と、第１主面Ｄ１の裏側である第２主面Ｄ２に設定された第２経路Ｒ２に沿って第２照射光Ｌ２を照射する第２解析部２０と、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２が照射されている半導体デバイスＤが出力する電気信号を受ける電気信号取得部６１と、第２解析部２０を制御する計算機４０と、を備える。第１照射光Ｌ１によって第１主面Ｄ１に形成される第１照射領域Ａ１の大きさは、第２照射光Ｌ２によって第２主面Ｄ２に形成される第２照射領域Ａ２の大きさと異なる。計算機４０は、第２照射領域Ａ２の全体が、第１照射領域Ａ１に重複した状態を維持しながら、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２を照射させる。

【0104】

半導体デバイスＤを解析する半導体故障解析方法は、半導体デバイスＤの第１主面Ｄ１に設定された第１経路Ｒ１に沿って照射される第１照射光Ｌ１のための第１照射条件と、第１主面Ｄ１の裏側である第２主面Ｄ２に設定された第２経路Ｒ２に沿って照射される第２照射光Ｌ２のための第２照射条件と、を準備する設定工程Ｓ１００と、設定工程Ｓ１００で設定した第１照射条件及び第２照射条件に従って、半導体デバイスＤに対して第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２を照射しながら、半導体デバイスＤが出力する電気信号を取得する解析工程Ｓ１２０と、を有する。設定工程Ｓ１００では、第１照射光Ｌ１によって第１主面Ｄ１に形成される第１照射領域Ａ１の大きさが、第２照射光Ｌ２によって第２主面Ｄ２に形成される第２照射領域Ａ２の大きさと異なるように、第１照射条件及び第２照射条件を設定する。解析工程Ｓ１２０では、第２照射領域Ａ２の全体が第１照射領域Ａ１に重複した状態を維持しながら、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２を照射する。

【0105】

半導体デバイスＤに対して両側に配置された第１光学系１２及び第２光学系２２によって光走査を伴う故障解析では、半導体デバイスＤの両側に配置された第１光学系１２及び第２光学系２２による光スポットの位置を一致させながら走査しようとすると、制御の精度から難しい場合がある。そのため、第１光学系１２の光軸と第２光学系２２の光軸とが完全に一致しない場合であっても、光スポットである光照射領域を重複させることが望まれる。

【0106】

半導体故障解析装置１及び半導体故障解析方法は、半導体デバイスＤが備える第１主面Ｄ１に第１照射光Ｌ１を照射すると共に、第２主面Ｄ２に第２照射光Ｌ２を照射する。第１照射領域Ａ１の大きさは、第２照射領域Ａ２の大きさと異なっている。その結果、第１照射領域Ａ１と第２照射領域Ａ２とのうち、小さい方である第２照射領域Ａ２の全体を、大きい方である第１照射領域Ａ１に重複させることが可能になる。その結果、半導体デバイスＤを第１主面Ｄ１と第２主面Ｄ２との両側から確実に光刺激を与えることができる。従って、光刺激の影響を受けた電気信号が半導体デバイスＤから出力されるので、故障箇所を確実に顕在化できる。つまり、半導体故障解析装置１及び半導体故障解析方法は、半導体デバイスＤの故障箇所を良好に検出することができる。

【0107】

半導体故障解析装置１及び半導体故障解析方法では、半導体デバイスＤに対して両側に配置された第１光学系１２及び第２光学系２２による光スポットの大きさを互いに異ならせる。その結果、第１光学系１２及び第２光学系２２の光軸が一致しない場合であっても光照射領域は重複した状態を保つことができる。

【0108】

具体的な例示を挙げて、解析装置１及び解析方法の作用効果を詳細に説明する。例えば、第１の例として、図２（ａ）に示すように、第１照射領域Ａ１が第１経路Ｒ１から外れることなく移動すると共に、第２照射領域Ａ２も第２経路Ｒ２から外れることなく移動する場合を挙げる。第２の例として、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、第１照射領域Ａ１は第１経路Ｒ１から外れることなく移動するが、第２照射領域Ａ２が第２経路Ｒ２から外れながら移動する場合を挙げる。

【0109】

図２（ｂ）に示すように、第１照射領域Ａ１と第２照射領域Ａ２とが互いに一致する場合について説明する。第２照射領域Ａ２が第２経路Ｒ２から外れながら移動すると、重複領域ＡＬ１２と、第１非重複領域ＡＬ１と、第２非重複領域ＡＬ２と、が生じる。重複領域ＡＬ１２は、第１照射光Ｌ１と第２照射光Ｌ２とが照射される。第１非重複領域ＡＬ１は、第１照射光Ｌ１のみが照射される。第２非重複領域ＡＬ２は、第２照射光Ｌ２のみが照射される。第２照射領域Ａ２が第２経路Ｒ２から外れながら移動する状態と理想的な場合（図２（ａ）参照）と、を比較する。理想的な場合とは、第１照射領域Ａ１と第２照射領域Ａ２とが互いに一致した状態で移動する場合をいう。第２照射領域Ａ２が第２経路Ｒ２から外れながら移動する状態では、重複領域ＡＬ１２の面積は、第１非重複領域ＡＬ１の面積だけ減少する。故障箇所の顕在化は、重複領域ＡＬ１２においてなされる。従って、第１非重複領域ＡＬ１によって故障箇所の顕在化が可能な領域が減少してしまう。

【0110】

図２（ｃ）に示すように、第１照射領域Ａ１に対して第２照射領域Ａ２が大きい場合について説明する。第１照射領域Ａ１が第１経路Ｒ１から外れながら移動した場合であっても、第２照射領域Ａ２は、第１照射領域Ａ１に常に重複する。つまり、第２照射領域Ａ２に対して第１照射領域Ａ１が大きい場合には、図２（ａ）のように理想的な動作によって得られる重複領域ＡＬ１２と同じ面積を有する重複領域ＡＬ１２が得られる。従って、照射光の位置が経路から外れたとしても、故障箇所を顕在化できる重複領域ＡＬ１２は、減らない。

【0111】

半導体故障解析装置１において、第２照射領域Ａ２の大きさは、第１照射領域Ａ１の大きさより小さい。計算機４０は、第２解析部２０に対して制御信号を出力する。この構成によれば、第２照射領域Ａ２の全体を第１照射領域Ａ１に対して確実に重複させることができる。

【0112】

半導体故障解析装置１の第１解析部１０は、第１経路Ｒ１に沿って第１照射領域Ａ１が移動するように、第１照射光Ｌ１を反射する第１光走査部１２ｓを有する。第２解析部２０は、第２経路Ｒ２に沿って第２照射領域Ａ２が移動するように、第２照射光Ｌ２を反射する第２光走査部２２ｓを有する。計算機４０は、第１照射領域Ａ１の大きさと第２照射領域Ａ２の大きさとに基づく比率を利用して、第１光走査部１２ｓ及び第２光走査部２２ｓを制御する。この構成によっても、第１照射領域Ａ１の全体を第２照射領域Ａ２に対して確実に重複させることができる。

【0113】

半導体故障解析装置１の第１解析部１０は、第１照射光Ｌ１を発生させる第１照射光光源１１と、第１照射光Ｌ１を第１照射光光源１１から第１主面Ｄ１に導く第１対物レンズ１２ａと、を有する。第２解析部２０は、第２照射光Ｌ２を発生させる第２照射光光源２１と、第２照射光Ｌ２を第２照射光光源２１から第２主面Ｄ２に導く第２対物レンズ２２ａと、を有する。第１照射領域Ａ１の大きさと第２照射領域Ａ２の大きさとの相違は、第１対物レンズ１２ａの光学特性である倍率と第２対物レンズ２２ａの光学特性である倍率との相違によって生じる。この構成によれば、対物レンズの倍率の選択によって、第１照射領域Ａ１の大きさと第２照射領域Ａ２の大きさとの相違を生じさせることができる。

【0114】

＜第２実施形態の半導体故障解析装置＞
第２実施形態に係る半導体故障解析装置は、ＥＯＰ解析又はＥＯＦＭ解析（Electro-OpticalFrequency Mapping）と称される光プロービング技術により故障箇所を特定する。ＥＯＦＭ解析を利用して、光学プローブ熱反射率イメージマッピング（optical probed thermo-reflectance image mapping:ＯＰＴＩＭ）を行ってもよい。光プロービング技術は、目的とした周波数で動作している回路の部位を特定する。光プロービング技術では、光源から照射された光を集積回路に照射する。集積回路で反射された光は、光センサにより検出される。光センサから出力される検出信号から、目的とする周波数を有する信号成分を抽出する。抽出した信号成分の振幅エネルギーは、時間的な経過として表示される。抽出した信号成分の振幅エネルギーは、２次元のマップとして表示される。

【0115】

光プロービング技術は、駆動中の半導体デバイスＤからの光強度の変調に基づいて、半導体デバイスＤの故障を解析する。半導体故障解析装置は、所定の変調周波数を有する電気信号を半導体デバイスＤに印加する。変調周波数は、熱源の位置を特定する解析に用いられる刺激信号の周波数よりも高いことが多い。例えば、半導体故障解析装置は、刺激信号として半導体デバイスＤの駆動信号と同等の周波数の駆動電流を与える。

【0116】

光プロービング技術は、駆動中の半導体デバイスＤからの光強度の変調に基づくので、照射光に応じて発生する反射光を解析に利用する。解析装置１Ａが取得する情報は、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２が照射されているときに半導体デバイスＤが出力する電気信号ではない。解析装置１Ａが取得する情報は、第１応答光Ｈ１であると共に第２応答光Ｈ２である。第１応答光Ｈ１は、第１照射光Ｌ１が第１主面Ｄ１において反射することによって生じる。第２応答光Ｈ２は、第２照射光Ｌ２が第２主面Ｄ２において反射することによって生じる。

【0117】

図８に示すように、第２実施形態の半導体故障解析装置（以下、「解析装置１Ａ」と称する）は、第１解析部１０Ａと、第２解析部２０Ａと、デバイス配置部３０と、計算機４０と、刺激信号印加部６０と、を含む。第２実施形態の解析装置１Ａは、第１実施形態の解析装置１が有する電気信号取得部６１を備えない。

【0118】

第１解析部１０Ａは、第１照射光光源１１Ａと、第１光学系１２Ａと、第１ＸＹＺステージ１３Ａと、第１カメラ１４Ａと、を有する。第１照射光光源１１Ａは、ＥＯＰ解析又はＥＯＦＭ解析のための照射光として、非コヒーレント光を発生する。第１照射光光源１１Ａが出力する光は、例えば５３０ｎｍ以上の波長帯の光である。第１照射光光源１１Ａが出力する光は、好ましくは１０６４ｎｍ以上の波長帯の光である。第１光学系１２Ａは、第１実施形態の第１光学系１２と同様である。第１光学系１２Ａの第１対物レンズ１２ａの倍率は、第２光学系２２Ａの第２対物レンズ２２ａの倍率より低い。第１カメラ１４Ａは、第１主面Ｄ１からの第１応答光Ｈ１を検出可能な構成を有する。

【0119】

第２解析部２０Ａは、第２照射光光源２１Ａと、第２光学系２２Ａと、第２カメラ２４Ａと、を有する。第２照射光光源２１Ａも、第１照射光光源１１Ａと同様に、非コヒーレント光を発生する。第２光学系２２Ａは、第１実施形態の第２光学系２２と同様である。第２光学系２２Ａの第２対物レンズ２２ａの倍率は、第１光学系１２Ａの第１対物レンズ１２ａの倍率より高い。第２カメラ２４Ａは、第２主面Ｄ２からの第２応答光Ｈ２を検出可能な構成を有する。

【0120】

第２実施形態の解析装置１Ａは、第１対物レンズ１２ａの倍率と第２対物レンズ２２ａの倍率とが互いに異なっている。解析装置１と同様に、第１照射領域Ａ１の大きさと第２照射領域Ａ２の大きさとは互いに異なっている（図２参照）。従って、第２照射光Ｌ２が予定された第２経路Ｒ２からずれたとしても、重複領域ＡＬは狭くならない。従って、第２実施形態の解析装置１Ａは、故障箇所を確実に顕在化することができる。

【0121】

第１解析部１０Ａ及び第２解析部２０Ａの何れか一方は、故障箇所を示すマークを付す機能を有してもよい。第１解析部１０Ａ及び第２解析部２０Ａの何れか一方は、第１実施形態のマーキング光源２６を有してもよい。

【0122】

＜第２実施形態の半導体故障解析＞
次に、解析装置１Ａの解析処理について説明する。図９は、解析装置１Ａを用いた解析処理の主要な工程を示すフロー図である。

【0123】

＜設定工程Ｓ１００Ａ＞
第２実施形態の設定工程Ｓ１００Ａは、第１実施形態の設定工程Ｓ１００と同じである。設定工程Ｓ１００Ａでは、第２対物レンズ２２ａの倍率が第１対物レンズ１２ａの倍率よりも大きくなるように、レンズを選択する。

【0124】

＜アライメント工程Ｓ１１０Ａ＞
第２実施形態のアライメント工程Ｓ１１０Ａは、第１実施形態のアライメント工程Ｓ１１０と同じである。

【0125】

＜解析工程Ｓ１２０Ａ＞
次に、半導体デバイスＤの故障箇所を特定する（Ｓ１２０Ａ）。第１解析部１０Ａは、第１照射光光源１１Ａが発生する第１照射光Ｌ１を第１光走査部１２ｓによって半導体デバイスＤの第１主面Ｄ１に照射する。第２解析部２０Ａは、第２照射光光源２１Ａが発生する第２照射光Ｌ２を第２光走査部２３ｓによって半導体デバイスＤの第２主面Ｄ２に照射する。計算機４０は、第１照射領域Ａ１と第２照射領域Ａ２とが互いに重複した状態を維持しながら、第２経路Ｒ２に沿って第２照射領域Ａ２が移動するように第２光走査部２２ｓを制御する。第１解析部１０Ａは、第２解析部２０Ａから出力される制御信号に従って、第１照射領域Ａ１と第２照射領域Ａ２とが重複した状態を維持しながら、第１経路Ｒ１に沿って第１照射領域Ａ１が移動するように第１光走査部１２ｓが動作する。

【0126】

第２照射光Ｌ２は、半導体デバイスＤの第２主面Ｄ２で反射する。反射した光は、第２応答光Ｈ２として第２解析部２０Ａに入射する。第２応答光Ｈ２は、第２カメラ２４Ａによって検出される。第２カメラ２４Ａは、第２応答光Ｈ２に基づく情報を計算機４０に出力する。第１照射光Ｌ１についても、第２照射光Ｌ２と同様の過程を経て、第１応答光Ｈ１に基づく情報として最終的に計算機４０に出力される。

【0127】

次に、刺激信号印加部６０は、半導体デバイスＤに対してテストパターンなどの刺激信号を出力する。第１解析部１０Ａは、刺激信号を受けた半導体デバイスＤに対して第１照射光Ｌ１を照射する。第２解析部２０Ａは、刺激信号を受けた半導体デバイスＤに対して第２照射光Ｌ２を照射する。この動作では、ユーザが選択した照射位置に第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２が照射される。ユーザは、表示部４１ｄに表示された光学反射像を見ながら、入力部４１ｅを用いて照射位置を計算機４０に入力してよい。第１カメラ１４Ａは、刺激信号を受けている半導体デバイスＤからの第１応答光Ｈ１を検出する。第２カメラ２４Ａは、刺激信号を受けている半導体デバイスＤからの第２応答光Ｈ２を検出する。第１カメラ１４Ａは、計算機４０に第１応答光Ｈに基づく情報を計算機４０に出力する。第２カメラ２４Ａは、計算機４０に第２応答光Ｈ２に基づく情報を計算機４０に出力する。

【0128】

刺激信号を受けている半導体デバイスＤでは、半導体デバイスＤを構成する素子が動作している。素子が動作している半導体デバイスＤからの応答光は、素子に動作に伴って変調されている。

【0129】

計算機４０の画像処理部４１ｈは、第１カメラ１４Ａ及び第２カメラ２４Ａが出力した検出信号を利用して、信号波形を生成する。画像処理部４１ｈは、表示部４１ｄに信号波形を表示する。計算機４０は、光学反射像に基づき照射位置を変えながら、検出信号を取得すると共に信号波形を生成する。生成した信号波形を利用すると、故障個所を特定することができる。

【0130】

画像処理部４１ｈは、電気光学周波数マッピング画像（ＥＯＦＭ画像）を生成してもよい。ＥＯＦＭ画像とは、テストパターンなどの刺激信号と検出信号との位相差情報を、照射位置に関連づけて画像化したものである。位相差情報は、検出信号から抽出した交流成分から求めることができる。交流成分と同時に抽出した直流成分を照射位置に関連づけて画像化することにより光学反射像を得ることができる。光学反射像にＥＯＦＭ画像を重畳させた重畳画像は、解析画像として用いることができる。

【0131】

＜マーキング工程Ｓ１３０Ａ＞
第１実施形態のマーキング工程Ｓ１３０Ａは、第１実施形態のマーキング工程Ｓ１３０Ａと同じである。

【0132】

＜作用効果＞
第２実施形態の解析装置１Ａによっても、第１実施形態の解析装置１と同様の作用効果を得ることができる。第２実施形態の解析装置１Ａも、故障箇所を確実に顕在化させる重複領域ＡＬ１２の減少を抑制する。その結果、第２実施形態の解析装置１Ａは、半導体デバイスＤの故障箇所を良好に検出する。

【0133】

本発明は、上記の第１実施形態の半導体故障解析装置１及び第２実施形態の半導体故障解析装置１Ａに限定されない。第１実施形態の説明で述べたように、第１照射領域Ａ１の大きさと第２照射領域Ａ２の大きさとを異ならせる構成は、第１対物レンズ１２ａ及び第２対物レンズ２２ａの倍率の相違である必要はない。

【0134】

対物レンズの倍率を異ならせる構成は、光学部材の光学特性を異ならせるものであった。換言すると、第１解析部１０を構成する光学部材と、第２解析部２０を構成する光学部材と、が互いに異なっているとも言える。「部材が異なる」には、第１実施形態のように光学特性が異なるという場合もあり得る。「部材が異なる」には、第１解析部１０が有する光学部材の構成と第２解析部２０が有する光学部材の構成とが異なる場合もあり得る。このような構成を変形例１～４として説明する。

【0135】

第１解析部１０及び第２解析部２０を構成する光学部材の光学特性が互いに同じであっても、光学部材の配置を異ならせることによって第１照射領域Ａ１の大きさと第２照射領域Ａ２の大きさとを異ならせることも可能である。このような構成を変形例５～７として説明する。

【0136】

第１解析部１０及び第２解析部２０を構成する光学部材の光学特性および配置が互いに同じであっても、第１経路Ｒ１及び第２経路Ｒ２を互いに異ならせることによって、第１照射領域Ａ１の大きさと第２照射領域Ａ２の大きさとを異ならせることも可能である。このような構成を変形例８として説明する。

【0137】

＜変形例１＞
図１０は、変形例１の半導体故障解析装置１Ｂの第１光学系１２Ｂ及び第２光学系２２Ｂを示す。変形例１では、光学部品の光学特性が互いに異なっている。異なっている光学部品は、第１対物レンズ１２ａＢ及び第２対物レンズ２２ａＢである。異なっている光学特性は、開口数（ＮＡ）である。例えば、第１実施形態と同様に、第２照射領域Ａ２の大きさを第１照射領域Ａ１の大きさより小さくすると仮定する。この場合には、第２対物レンズ２２ａＢの開口数（ＮＡ）を第１対物レンズ１２ａＢの開口数（ＮＡ）より小さくすればよい。このような光学特性の相違によれば、第１対物レンズ１２ａＢから第１主面Ｄ１までの距離Ｋ１と第２対物レンズ２２ａＢから第２主面Ｄ２までの距離Ｋ２とを同じにした状態で、第２照射領域Ａ２の大きさを第１照射領域Ａ１の大きさより小さくすることができる。

【0138】

第１対物レンズ１２ａＢ及び第２対物レンズ２２ａＢの開口数（ＮＡ）に代えて、第１照射光光源１１及び第２照射光光源２１の開口数（ＮＡ）を異ならせてもよい。

【0139】

＜変形例２＞
図１１は、変形例２の半導体故障解析装置１Ｃの第１光学系１２Ｃ及び第２光学系２２Ｃを示す。変形例２では、光学部品の構成が互いに異なっている。異なっている光学部品は、第１対物レンズ１２ａＣ及び第２対物レンズ２２ａＣである。第１対物レンズ１２ａＣは、レンズ１２ａ１と、第１瞳１２ａ２と、を有する。第１瞳１２ａ２は、例えば、貫通穴を有する円板部材である。第１瞳１２ａ２は、レンズ１２ａ１に入る第１照射光Ｌ１を絞る。第２対物レンズ２２ａＣは、レンズ２２ａ１と、第２瞳２２ａ２と、を有する。第２瞳２２ａ２も、貫通穴を有する円板部材である。第２瞳２２ａ２は、レンズ２２ａ１に入る第２照射光Ｌ２を絞る。例えば、第１実施形態と同様に、第２照射領域Ａ２の大きさを第１照射領域Ａ１の大きさより小さくすると仮定する。この場合には、第２瞳２２ａ２の貫通穴の内径（開口径）を、第１瞳１２ａ２の貫通穴の内径（開口径）よりも小さくすればよい。このような構成の相違によっても、変形例１と同様に、第１対物レンズ１２ａＣから第１主面Ｄ１までの距離Ｋ１と第２対物レンズ２２ａＣから第２主面Ｄ２までの距離Ｋ２とを同じにした状態で、第２照射領域Ａ２の大きさを第１照射領域Ａ１の大きさより小さくすることができる。

【0140】

＜変形例３＞
図１２は、変形例３の半導体故障解析装置１Ｄの第１光学系１２Ｄ及び第２光学系２２Ｄを示す。変形例３では、光学部品の構成が互いに異なっている。異なっている光学部品は、第１絞り１１ｔ及び第２絞り２１ｔである。第１絞り１１ｔは、第１照射光光源１１から第１光走査部１２ｓまでの間の光路上に配置されている。第１絞り１１ｔは、貫通穴を有する円板部材である。第２絞り２１ｔは、第２照射光光源２１から第２光走査部２２ｓまでの間の光路上に配置されている。第２絞り２１ｔも、貫通穴を有する円板部材である。例えば、第１実施形態と同様に、第２照射領域Ａ２の大きさを第１照射領域Ａ１の大きさより小さくすると仮定する。この場合には、第２絞り２１ｔの貫通穴の内径（開口径）を、第１絞り１１ｔの貫通穴の内径（開口径）よりも小さくすればよい。この構成によれば、第１絞り１１ｔによって絞られた第１照射光Ｌ１が第１対物レンズ１２ａＤの第１瞳１２ａ２に入る。第２絞り２１ｔによって絞られた第２照射光Ｌ２が第２対物レンズ２２ａＤの第２瞳２２ａ２に入る。このような構成の相違によっても、変形例１と同様に、第１対物レンズ１２ａＤから第１主面Ｄ１までの距離Ｋ１と第２対物レンズ２２ａＤから第２主面Ｄ２までの距離Ｋ２とを同じにした状態で、第２照射領域Ａ２の大きさを第１照射領域Ａ１の大きさより小さくすることができる。

【0141】

＜変形例４＞
図１３は、変形例４の半導体故障解析装置１Ｅの第１光学系１２Ｅ及び第２光学系２２Ｅを示す。変形例３では、光学部品の構成が互いに異なっている。異なっている光学部品は、第１ファイバ１２ｒ及び第２ファイバ２２ｒである。第１光学系１２Ｅは、第１対物レンズ１２ａに代えて第１ファイバ１２ｒを有する。第１ファイバ１２ｒは、第１照射光光源１１から第１光走査部１２ｓに第１照射光Ｌ１を導く。第１ファイバ１２ｒから出射された第１照射光Ｌ１の光径は、第１ファイバ１２ｒのコア径に対応する。第１ファイバ１２ｒから出射された第１照射光Ｌ１は、第１ファイバ１２ｒのコア径に対応する光径を維持したまま、第１光走査部１２ｓに入射する。第１光走査部１２ｓに入射した第１照射光Ｌ１は、第１主面Ｄ１に至る。第２光学系２２Ｅも、第２対物レンズ２２ａに代えて第２ファイバ２２ｒを有する。第２ファイバ２２ｒから出射された第２照射光Ｌ２は、第２ファイバ２２ｒのコア径に対応する光径を維持したまま、第２光走査部２２ｓに入射する。第２光走査部２２ｓに入射した第２照射光Ｌ２は、第２主面Ｄ２に至る。第１ファイバ１２ｒはマルチモードファイバであるのに対し、第２ファイバ２２ｒはシングルモードファイバである点で、相違している。マルチモードファイバのコア径は、シングルモードファイバのコア径よりも大きい。従って、マルチモードファイバである第１ファイバ１２ｒから照射される第１照射光Ｌ１の光径は、シングルモードファイバである第２ファイバ２２ｒから照射される第２照射光Ｌ２の光径より、大きくなる。このような構成の相違によっても、第２照射領域Ａ２の大きさを第１照射領域Ａ１の大きさより小さくすることができる。

【0142】

そのほかの例示として、例えば、大きい照射領域を形成する光学系は、螺旋偏光フィルタを備えていてもよい。この場合、光学系から半導体デバイスＤに照射される照射光は、いわゆるベクトルビームになる。このような構成によれば、照射光が多重リング状になるので、照射領域を大きくすることができる。

【0143】

以下、光学部材の配置が互いに異なっている変形例５～７について説明する。

【0144】

＜変形例５＞
図１４は、変形例５の半導体故障解析装置１Ｆの第１光学系１２Ｆ及び第２光学系２２Ｆを示す。変形例５では、第１光学系１２Ｆが有する光学部品の配置と第２光学系２２Ｆが有する光学部品の配置とが互いに異なっている。配置が異なっている光学部品は、第１対物レンズ１２ａＦ及び第２対物レンズ２２ａＦである。第１対物レンズ１２ａＦの光学特性は、第２対物レンズ２２ａＦの光学特性と同じである。第１対物レンズ１２ａＦの倍率は、第２対物レンズ２２ａＦの倍率と同じである。第１対物レンズ１２ａＦの開口数（ＮＡ）も、第２対物レンズ２２ａＦの開口数（ＮＡ）と同じである。第１対物レンズ１２ａＦの第１焦点距離Ｆ１も、第２対物レンズ２２ａＦの第２焦点距離Ｆ２と同じである。変形例５では、半導体デバイスＤを基準とした第１対物レンズ１２ａＦの位置と第２対物レンズ２２ａＦの位置とが互いに異なっている。具体的には、半導体デバイスＤの第１主面Ｄ１から第１対物レンズ１２ａＦまでの距離Ｋ１と、半導体デバイスＤの第２主面Ｄ２から第２対物レンズ２２ａＦまでの距離Ｋ２とが互いに異なっている。変形例５では、第１対物レンズ１２ａＦの光軸Ｑ１２は、第２対物レンズ２２ａＦの光軸Ｑ２２と重複する。第１対物レンズ１２ａＦの光軸Ｑ１２は、第２対物レンズ２２ａＦの光軸Ｑ２２と一致する。例えば、第１実施形態と同様に、第２照射領域Ａ２の大きさを第１照射領域Ａ１の大きさより小さくすると仮定する。この場合には、距離Ｋ２を距離Ｋ１より大きくすればよい。この構成によれば、第１光学系１２Ｆを構成する光学部材と、第２光学系２２Ｆを構成する光学部材と、を共通化した構成であっても、第２照射領域Ａ２の大きさを第１照射領域Ａ１の大きさより小さくすることができる。

【0145】

＜変形例６＞
図１５は、変形例６の半導体故障解析装置１Ｇの第１光学系１２Ｇ及び第２光学系２２Ｇを示す。変形例６では、第１光学系１２Ｇが有する光学部品の配置と第２光学系２２Ｇが有する光学部品の配置とが互いに異なっている。配置が異なっている光学部品は、第１対物レンズ１２ａＧ及び第２対物レンズ２２ａＧである。変形例５と同様に、第１対物レンズ１２ａＧの光学特性（倍率、ＮＡ、焦点距離）と第２対物レンズ２２ａＧの光学特性（倍率、ＮＡ、焦点距離）とは互いに同じであってよい。変形例５では、第１対物レンズ１２ａＦの光軸Ｑ１２は、第２対物レンズ２２ａＦの光軸Ｑ２２と一致していた。これに対して、変形例６では、第１対物レンズ１２ａＧの光軸Ｑ１２は、第２対物レンズ２２ａＧの光軸Ｑ２２と一致しない。具体的には、小さい方の照射領域を形成する第２対物レンズ２２ａＧの光軸Ｑ２２は、第２主面Ｄ２に対して直交する。そうすると、第２照射領域Ａ２の形状は、円である。一方、大きい方の照射領域を形成する第１対物レンズ１２ａＧの光軸Ｑ２２は、第１主面Ｄ１に対して直交しない。光軸Ｑ２２は、第１主面Ｄ１の法線に対して傾いている。そうすると、第１照射領域Ａ１の形状は、例えば、円錐を斜めに切断したときに現れる楕円である。この構成によっても、第１光学系１２Ｇを構成する光学部材と、第２光学系２２Ｇを構成する光学部材と、を共通化した構成であっても、第２照射領域Ａ２の大きさを第１照射領域Ａ１の大きさより小さくすることができる。

【0146】

＜変形例７＞
図１６は、変形例７の半導体故障解析装置１Ｈの第１光学系１２Ｈ及び第２光学系２２Ｈを示す。変形例７では、第１光学系１２Ｈが有する光学部品の配置と第２光学系２２Ｈが有する光学部品の配置とが互いに異なっている。第１光学系１２Ｈは、一対の第１ファイバ１２ｋａ、１２ｋｂを有する。図１５では２本の第１ファイバ１２ｋａ、１２ｋｂを図示している。しかし、第１光学系１２Ｈが有する第１ファイバの数は、２本以上であってもよい。第１ファイバの数は、第２ファイバの数より多ければよい。第１光学系１２Ｈは、ファイバの数に対応する第１照射光光源１１ａ、１１ｂを有する。第１光学系１２Ｈは、１台の光源から、複数のファイバに照射光を供給するものであってもよい。第１ファイバ１２ｋａの光軸は、第１ファイバ１２ｋｂの光軸に対して並行にずれている。第１照射光光源１１ａが発生すると共に第１ファイバ１２ｋａから照射された第１照射光Ｌ１ａは、第１照射領域Ａ１ａを形成する。第１照射光光源１１ｂが発生すると共に第１ファイバ１２ｋｂから照射された第１照射光Ｌ１ｂは、第１照射領域Ａ１ｂを形成する。第１照射領域Ａ１ａは、第１照射領域Ａ１ｂの一部分に重複している。その結果、第１照射領域Ａ１ａ、Ａ１ｂによって、第１照射領域Ａ１が形成される。第２光学系２２Ｈは、１本の第２ファイバ２２ｋを有する。変形例７の第１ファイバ１２ｋａ、１２ｋｂ及び第２ファイバ２２ｋは、いずれも同じ光学特性を有する。例えば、第１ファイバ１２ｋａ、１２ｋｂ及び第２ファイバ２２ｋは、シングルモードファイバである。このような構成によると、大きい方の照射領域を形成する光学系が複数の光ファイバを有しており、それぞれの光ファイバが照射する照射光によって、大きい照射領域を形成できる。従って、この構成によっても、第１光学系１２Ｈを構成する光学部材と、第２光学系２２Ｈを構成する光学部材と、を共通化した構成であっても、第２照射領域Ａ２の大きさを第１照射領域Ａ１の大きさより小さくすることができる。

【0147】

以下、第１経路Ｒ１と第２経路Ｒ２とが互いに異なっている変形例８について説明する。

【0148】

＜変形例８＞
図１７は、変形例８の半導体故障解析装置における第１経路Ｒ１と第２経路Ｒ２とを示す。変形例８では、経路のみが異なるだけである。変形例８では、第１光学系を構成する光学部材と第２光学系を構成する光学部材とは共通である。変形例８では、光学部品の配置も共通である。変形例８は、第１光学系及び第２光学系を制御する計算機４０の制御によって、実現される。第１実施形態のように、第２照射領域Ａ２の大きさを第１照射領域Ａ１の大きさより小さくする場合を例示する。第２照射光Ｌ２の照射スポットＬ２ｓの大きさは、第１照射光Ｌ１の照射スポットＬ１ｓの大きさと同じであると仮定する。いま、図１７（ａ）に示すように照射スポットＬ２ｓは、第２経路Ｒ２に沿って直線状に移動させる。第２経路Ｒ２は、直線である。これに対して、照射スポットＬ１ｓは、第２経路Ｒ２を交差しながら進行する第１経路Ｒ１に沿って移動させる。より詳細には、第１経路Ｒ１は、部分Ｒ１ａと、部分Ｒ１ｂとを、含む。部分Ｒ１ａは、第２経路Ｒ２の進行方向に対して直交する方向にずれた状態で第２経路Ｒ２の進行方向に対して並行に進む。部分Ｒ１ｂは、第２経路Ｒ２に対して直交する方向に進む。図１７（ｂ）に示すように、照射スポットＬ１ｓよりも大きい面積を有する第１照射領域Ａ１が形成される。変形例８の第１照射領域Ａ１は、照射領域を疑似的に拡大したものである。このような経路の設定は、例えば、一方の経路長さを他方の経路長さよりも長くするものとも言える。このような経路の設定は、一方の走査速度を他方の走査速度よりも高速に設定するものとも言える。このような動作によれば、第１光学系を構成する光学部材と、第２光学系を構成する光学部材と、を共通化した構成であっても、第２照射領域Ａ２の大きさを第１照射領域Ａ１の大きさより小さくすることができる。

【符号の説明】

【0149】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ…半導体故障解析装置、１０，１０Ａ…第１解析部、１１，１１Ａ，１１ａ，１１ｂ…第１照射光光源（第１光源）、２０，２０Ａ…第２解析部、２１，２１Ａ…第２照射光光源（第２光源）、６１…電気信号取得部、Ａ１，Ａ１ａ，Ａ１ｂ…第１照射領域、Ａ２…第２照射領域、Ｄ…半導体デバイス、Ｄ１…第１主面、Ｄ２…第２主面、Ｈ１…第１応答光、Ｈ２…第２応答光、Ｌ１，Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ…第１照射光、Ｌ２…第２照射光、Ｒ１…第１経路、Ｒ２…第２経路、Ｓ１００，Ｓ１００Ａ…設定工程、Ｓ１２０…解析工程

【要約】

半導体故障解析装置１は、半導体デバイスＤの第１主面Ｄ１に設定された第１経路Ｒ１に沿って第１照射光Ｌ１を照射する第１解析部１０と、第１主面Ｄ１の裏側である第２主面Ｄ２に設定された第２経路Ｒ２に沿って第２照射光Ｌ２を照射する第２解析部２０と、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２が照射されている半導体デバイスＤが出力する電気信号を受ける電気信号取得部６１と、第２解析部２０を制御する計算機４０と、を備える。第１照射光Ｌ１によって第１主面Ｄ１に形成される第１照射領域Ａ１の大きさは、第２照射光Ｌ２によって第２主面Ｄ２に形成される第２照射領域Ａ２の大きさと異なる。計算機４０は、第２照射領域Ａ２の全体が、第１照射領域Ａ１に重複した状態を維持しながら、第１照射光Ｌ１及び第２照射光Ｌ２を照射させる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】