特許 7401543 半導体デバイス検査方法及び半導体デバイス検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-11

(45)【発行日】2023-12-19

(54)【発明の名称】半導体デバイス検査方法及び半導体デバイス検査装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/308 20060101AFI20231212BHJP

   G01R 31/28 20060101ALI20231212BHJP

   G01R 31/26 20200101ALI20231212BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20231212BHJP

【ＦＩ】

G01R31/308

G01R31/28 L

G01R31/26 G

H01L21/66 C

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021530511

(86)(22)【出願日】2020-05-19

(86)【国際出願番号】 JP2020019811

(87)【国際公開番号】W WO2021005892

(87)【国際公開日】2021-01-14

【審査請求日】2022-11-10

(31)【優先権主張番号】P 2019128344

(32)【優先日】2019-07-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】100183438

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 泰史

(72)【発明者】

【氏名】寺田 浩敏

(72)【発明者】

【氏名】岩城 吉剛

【審査官】永井 皓喜

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－６２２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－８３５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００４／０５３７８０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００７／１４４９７０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１３／１８７２００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平５－１５２４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１５００８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／００２４０５７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３１／２８

Ｇ０１Ｒ ３１／２６

Ｇ０１Ｎ ２１／９５６

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体デバイスにおける複数の位置からの光を検出し、該複数の位置それぞれに応じた波形を取得するステップと、
前記複数の位置それぞれに応じた波形から特定のタイミングに応じた波形を抽出し、抽出した波形に基づいて前記特定のタイミングに応じた画像を生成するステップと、
前記特定のタイミングに応じた画像における輝度分布相関値に基づいて特徴点を抽出し、該特徴点に基づき、前記半導体デバイスにおける駆動素子の位置を特定するステップと、を備え、
前記位置を特定するステップでは、前記輝度分布相関値の重心を検出し、該重心に基づいて前記特徴点を抽出する、半導体デバイス検査方法。

【請求項2】

半導体デバイスにおける複数の位置からの光を検出し、該複数の位置それぞれに応じた波形を取得するステップと、
前記複数の位置それぞれに応じた波形から特定のタイミングに応じた波形を抽出し、抽出した波形に基づいて前記特定のタイミングに応じた画像を生成するステップと、
前記特定のタイミングに応じた画像における輝度分布相関値に基づいて特徴点を抽出し、該特徴点に基づき、前記半導体デバイスにおける駆動素子の位置を特定するステップと、を備え、
前記位置を特定するステップでは、前記輝度分布相関値に対してフィッティングを行い、該フィッティングの結果に基づいて前記特徴点を抽出する、半導体デバイス検査方法。

【請求項3】

半導体デバイスにおける複数の位置からの光を検出し、該複数の位置それぞれに応じた波形を取得するステップと、
前記複数の位置それぞれに応じた波形から特定のタイミングに応じた波形を抽出し、抽出した波形に基づいて前記特定のタイミングに応じた画像を生成するステップと、
前記特定のタイミングに応じた画像における輝度分布相関値に基づいて特徴点を抽出し、該特徴点に基づき、前記半導体デバイスにおける駆動素子の位置を特定するステップと、
前記半導体デバイスのパターンを示すパターン画像に、前記特定するステップにおいて特定した前記駆動素子の位置を重畳して表示するステップと、を備える半導体デバイス検査方法。

【請求項4】

前記画像を生成するステップでは、前記駆動素子の動作に係る特定のタイミングに応じた波形を抽出する、請求項１～３のいずれか一項記載の半導体デバイス検査方法。

【請求項5】

前記画像を生成するステップでは、前記半導体デバイスの設計情報に基づく特定のタイミングに応じた波形を抽出する、請求項４記載の半導体デバイス検査方法。

【請求項6】

前記画像を生成するステップでは、前記特定のタイミングとの相関に基づいて波形を抽出する、請求項４又は５記載の半導体デバイス検査方法。

【請求項7】

前記複数の位置それぞれに応じた波形を積算することによって測定画像を生成するステップをさらに備える、請求項１～６のいずれか一項記載の半導体デバイス検査方法。

【請求項8】

前記波形を取得するステップでは、前記半導体デバイスにおける複数の位置からの光として、前記駆動素子において生じた発光を検出する、請求項１～７のいずれか一項記載の半導体デバイス検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の一側面は、半導体デバイス検査方法及び半導体デバイス検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、テスト信号を印加しながら半導体デバイスを検査する装置が用いられている。例えば、下記特許文献１には、ガルバノミラーと、２つの光ファイバと、それらと光学的に結合可能なマルチファイバターレットとを備えた装置が知られており、一方の光ファイバはレーザスキャニングモジュールに光学的に結合され、他方の光ファイバは単一光子検出器に光学的に接続されている。このような装置では、ＬＳＭによる半導体デバイスの検査と、単一光子検出器による発光計測とを切り替えて実行することが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許２００９／０２９５４１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、半導体デバイスが小型化することにより、検出信号において混信（半導体デバイスにおける複数の駆動素子からの光の混在）が生じる場合がある。混信状態の検出信号からは、駆動素子の位置を適切に特定することができず、半導体デバイスの故障解析等の検査を高精度に行うことができないおそれがある。

【0005】

本発明の一側面は上記実情に鑑みてなされたものであり、半導体デバイス検査の高精度化を図ることができる半導体デバイス検査方法及び半導体デバイス検査装置に関する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る半導体デバイス検査方法は、半導体デバイスにおける複数の位置からの光を検出し、該複数の位置それぞれに応じた波形を取得するステップと、複数の位置それぞれに応じた波形から特定のタイミングに応じた波形を抽出し、抽出した波形に基づいて特定のタイミングに応じた画像を生成するステップと、特定のタイミングに応じた画像における輝度分布相関値に基づいて特徴点を抽出し、該特徴点に基づき、半導体デバイスにおける駆動素子の位置を特定するステップと、を備える。

【0007】

本発明の一態様に係る半導体デバイス検査方法では、半導体デバイスの複数の位置からの光に基づき複数の位置それぞれに応じた波形が取得され、各波形から抽出される特定のタイミングに応じた波形から特定のタイミングに応じた画像が生成される。例えば、特定のタイミングが駆動素子の動作に係るタイミングとされることにより、駆動素子の動作に関連付けられた画像が生成されることとなる。そして、特定のタイミングに応じた画像における輝度分布相関値が考慮されて特徴点が抽出されることにより、特定のタイミングとの関連度が高い、すなわち駆動素子の動作との関連度が高い位置が特徴点として抽出されて、該特徴点に基づき、駆動素子の位置を高精度に特定することができる。駆動素子の位置が高精度に特定されることによって、半導体デバイスにおける故障解析等の検査を高精度に行うことができる。

【0008】

画像を生成するステップでは、駆動素子の動作に係る特定のタイミングに応じた波形を抽出してもよい。これにより、駆動素子の動作との関連度が高い位置を特徴点として適切に抽出し、駆動素子の位置を高精度に特定することができる。

【0009】

画像を生成するステップでは、半導体デバイスの設計情報に基づく特定のタイミングに応じた波形を抽出してもよい。駆動素子の動作タイミングは、半導体デバイスの設計情報によって特定される。このため、半導体デバイスの設計情報に基づく特定のタイミングに応じた波形を抽出することによって、駆動素子の動作タイミングに応じた波形を適切に取得することができる。

【0010】

画像を生成するステップでは、特定のタイミングとの相関に基づいて波形を抽出してもよい。特定のタイミングとの相関が考慮されることにより、例えば駆動素子の動作タイミングに近い波形を適切に抽出することができる。

【0011】

位置を特定するステップでは、輝度分布相関値の重心を検出し、該重心に基づいて特徴点を抽出してもよい。輝度分布相関値の重心に基づき特徴点が抽出されることによって、駆動素子の位置を高精度に特定することができる。

【0012】

位置を特定するステップでは、輝度分布相関値に対してフィッティングを行い、該フィッティングの結果に基づいて特徴点を抽出してもよい。例えば輝度分布相関値に対してガウシアンフィッチング等が適用されることによって、上述した重心を高精度に検出して駆動素子の位置を高精度に特定することができる。

【0013】

上述した半導体デバイス検査方法は、複数の位置それぞれに応じた波形を積算することによって測定画像を生成するステップをさらに備えていてもよい。このような測定画像が生成されることによって、ユーザは検出された光の大まかな範囲を確認することができると共に、駆動素子の位置特定（分離）処理まで行う必要があるか否かを確認することができる。

【0014】

上述した半導体デバイス検査方法は、半導体デバイスのパターンを示すパターン画像に、特定するステップにおいて特定した駆動素子の位置を重畳して表示するステップをさらに備えていてもよい。これにより、パターン画像（レイアウト）上のどの駆動素子に異常があるかを特定することができる。

【0015】

波形を取得するステップでは、半導体デバイスにおける複数の位置からの光として、駆動素子において生じた発光を検出してもよい。これにより、駆動素子の発光に関する検査を適切に行うことができる。

【0016】

本発明の一態様に係る半導体デバイス検査装置は、半導体デバイスにおける複数の位置からの光を検出し、検出信号を出力する光検出器と、複数の位置からの光を光検出器に導光する光走査部と、検出信号に基づき複数の位置それぞれに応じた波形を取得することと、複数の位置それぞれに応じた波形から特定のタイミングに応じた波形を抽出し、抽出した波形に基づいて特定のタイミングに応じた画像を生成することと、特定のタイミングに応じた画像における輝度分布相関値に基づいて特徴点を抽出し、該特徴点に基づき、半導体デバイスにおける駆動素子の位置を特定することと、を実行するように構成された解析部と、を備える。

【0017】

解析部は、駆動素子の動作に係る特定のタイミングに応じた波形を抽出してもよい。

【0018】

解析部は、半導体デバイスの設計情報に基づく特定のタイミングに応じた波形を抽出してもよい。

【0019】

解析部は、特定のタイミングとの相関に基づいて波形を抽出してもよい。

【0020】

解析部は、輝度分布相関値の重心を検出し、該重心に基づいて特徴点を抽出してもよい。

【0021】

解析部は、輝度分布相関値に対してフィッティングを行い、該フィッティングの結果に基づいて特徴点を抽出してもよい。

【0022】

解析部は、複数の位置それぞれに応じた波形を積算することによって測定画像を生成することをさらに実行するように構成されていてもよい。

【0023】

上述した半導体デバイス検査装置は、半導体デバイスのパターンを示すパターン画像に、解析部が特定した駆動素子の位置を重畳して表示する表示部をさらに備えていてもよい。

【0024】

光検出器は、半導体デバイスにおける複数の位置からの光として、駆動素子において生じた発光を検出してもよい。

【発明の効果】

【0025】

本発明の一側面によれば、半導体デバイス検査の高精度化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の実施形態に係る半導体デバイス検査装置の構成図である。

【図2】図１の光学装置において、第１の検査系に切り替えた状態での構成及び第１の光路を示す図である。

【図3】図１の光学装置において、第２の検査系に切り替えた状態での構成及び第２の光路を示す図である。

【図4】３次元信号データを説明する図である。

【図5】駆動素子の信号時間波形を説明する図である。

【図6】信号解析処理を説明する図である。

【図7】信号解析処理を説明する図である。

【図8】半導体デバイス検査装置が行う半導体デバイス検査方法に係る処理を示すフローチャートである。

【図9】信号解析処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、図面を参照しつつ本発明に係る半導体検査装置の実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
[第１実施形態]

【0028】

図１に示されるように、半導体デバイス検査装置１は、被検査デバイス（ＤＵＴ：Device Under Test）である半導体デバイスＤにおいて故障箇所を特定する等、半導体デバイスＤを検査するための半導体検査装置である。また、半導体デバイス検査装置１は、故障個所を特定する処理のほか、当該故障個所の周囲に当該故障個所を示すマーキングを行う処理等を行ってもよい。当該マーキングによって、故障解析の後工程において、半導体デバイス検査装置１が特定した故障個所を容易に把握することができる。

【0029】

半導体デバイスＤとしては、例えば、個別半導体素子（ディスクリート）、オプトエレクトロニクス素子、センサ／アクチュエータ、ロジックＬＳＩ（Large Scale Integration）、メモリ素子、若しくはリニアＩＣ（Integrated Circuit）等、又はそれらの混成デバイス等である。個別半導体素子は、ダイオード、パワートランジスタ等を含む。ロジックＬＳＩは、ＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）構造のトランジスタ、バイポーラ構造のトランジスタ等で構成される。また、半導体デバイスＤは、半導体デバイスを含むパッケージ、複合基板等であってもよい。半導体デバイスＤは、基板上にメタル層が形成されて構成されている。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。半導体デバイスＤは、サンプルステージ４０に載置されている。

【0030】

この半導体デバイス検査装置１は、信号印加部１１と、制御部２１（解析部）と、表示部２２と、入力部２３と、光学装置３１Ａとを備えている。

【0031】

信号印加部１１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、半導体デバイスＤに信号を印加する。信号印加部１１は例えばテスタユニットであり、電源（図示せず）によって動作させられ、半導体デバイスＤに所定のテストパターンなどの信号を繰り返し印加する。信号印加部１１は、ケーブルを介して制御部２１に電気的に接続されており、制御部２１から指定されたテストパターンなどの信号を、半導体デバイスＤに印加する。なお、信号印加部１１は、必ずしも制御部２１に電気的に接続されていなくてもよい。信号印加部１１は、制御部２１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信号を決定し、該テストパターンなどの信号を半導体デバイスＤに印加する。信号印加部１１は、所定の信号を生成して半導体デバイスＤに印加するパルスジェネレータであってもよい。

【0032】

制御部２１は、ケーブルを介して光学装置３１Ａに電気的に接続されている。制御部２１は、例えばプロセッサ（ＣＰＵ：Central Processing Unit）、並びに記憶媒体であるＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＨＤＤ（Hard Disk Drive）等を含むコンピュータである。制御部２１は、記憶媒体に記憶されたデータに対し、プロセッサによる処理を実行する。また、制御部２１はマイコンやＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、クラウドサーバ等で構成されていてもよい。制御部２１は、光学装置３１Ａから入力された検出信号を基にパターン画像あるいは解析画像（例えば発光画像等）を作成する。制御部２１の詳細については後述する。

【0033】

また、制御部２１は、作成した解析画像を表示部２２に出力する。表示部２２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。表示部２２は、入力された解析画像を表示する。表示部２２は、半導体デバイスＤの光学反射パターンを示すパターン画像に、解析画像（駆動素子の発光位置などを示す画像）を重畳して表示する。入力部２３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２３は、パターン画像、解析画像をもとに、故障候補となる部位を詳細に観察するための観察範囲と観察点数を入力するのに使用される。なお、制御部２１、表示部２２、及び入力部２３は、スマートデバイス端末であってもよい。

【0034】

次に、図２及び図３を参照して、光学装置３１Ａの構成について説明する。図２は、光学装置３１Ａにおいて、第１の検査系に切り替えた状態での構成及び第１の光路を示す図、図３は、光学装置３１Ａにおいて、第２の検査系に切り替えた状態での構成及び第２の光路を示す図である。

【0035】

図２及び図３に示すように、光学装置３１Ａは、筐体３２と、光源（第１の光源）３３と、光検出器３４と、光検出器３５と、筐体３２の内部に配置された内部光学系３６と、筐体３２の外部に配置された外部光学系３７とを備えている。

【0036】

光源３３は、電源（図示せず）によって動作させられ、半導体デバイスＤの反射像（パターン像）を生成するための半導体デバイスＤを照明する光を発生する。光源３３は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）光源等のインコヒーレント光源等である。光源３３はレーザ光源等のコヒーレント光源等でもよい。光源３３から出力された光は内部光学系３６及び外部光学系３７を経由して半導体デバイスＤに照射される。

【0037】

光検出器３４は、半導体デバイスＤからの反射光を検出し、半導体デバイスＤの反射光の検出信号を制御部２１に出力する。例えば、光検出器３４は、光電子増倍管、ＰＤ（Photodiode）、ＡＰＤ（Avalanche Photodiode）等の受光素子である。半導体デバイスＤからの反射光は、外部光学系３７及び内部光学系３６を経由して光検出器３４に入射される。

【0038】

光検出器３５は、半導体デバイスＤにテストパターン等の信号が印加された際に、半導体デバイスＤにおける複数の位置からの光（駆動素子において生じた発光）を検出し、半導体デバイスＤの発光の検出信号を制御部２１に出力する。光検出器３５は、例えば、超電導単一光子検出器であるＳＳＰＤ（Superconducting Single Photon Detector）、光電子増倍管、ＡＰＤ、あるいはＳｉＰＭ（Silicon Photomultipliers）等である。この光検出器３５には、外部光学系３７及び内部光学系３６を経由して半導体デバイスＤからの光が入射される。

【0039】

内部光学系３６は、光ファイバ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ、コリメータレンズ３９ａ，３９ｂ，３９ｃ、ミラー４０ａ、導光素子（ミラー）４０ｂ、偏光ビームスプリッタ（以下、「ＰＢＳ」という）４１、１／４波長板４２、可変瞳４３、一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂ、瞳リレーレンズ４５を含んで構成されている。

【0040】

光ファイバ３８ａ，３８ｂ，３８ｃの一端は、筐体３２の外部において、それぞれ、光源３３、光検出器３４、及び光検出器３５に光学的に接続され、光ファイバ３８ａ，３８ｂ，３８ｃの他端は、筐体３２の内部において、それぞれ、コリメータレンズ３９ａ，３９ｂ，３９ｃに光学的に接続されている。コリメータレンズ３９ａは、光源３３から照射された光を平行光に変換し、コリメータレンズ３９ｂ，３９ｃは、それぞれ、光検出器３４及び光検出器３５に入射する光を平行光に変換する。このように、光ファイバごとに独立したコリメートレンズによって後述する光走査部からの光を受光することで、半導体デバイスＤからの光の波長又は焦点に応じて最適な調整が可能とされる。

【0041】

ミラー４０ａは、筐体３２の内部においてコリメータレンズ３９ａの光出力側に配置され、ＰＢＳ４１は、コリメータレンズ３９ｂの光入力側に配置され、ミラー４０ａ、ＰＢＳ４１、１／４波長板４２、可変瞳４３、ミラー４０ｂがこの順で一直線上に並んで配置されている。ミラー４０ａは、光源３３から出力された光をＰＢＳ４１に向けて反射させる。ＰＢＳ４１は、光源３３から出力された光のうちの直線偏光をミラー４０ｂに向けて透過させ、１／４波長板４２は、その直線偏光を円偏光に変換してミラー４０ｂに向けて出力する。また、１／４波長板４２は、ミラー４０ｂ側から入射した半導体デバイスＤからの反射光を、光源３３から出力された光の直線偏光と直交する方向の直線偏光に変換し、ＰＢＳ４１は、その反射光の直線偏光を光検出器３４に向けて反射させる。可変瞳４３は、ミラー４０ａとミラー４０ｂとの間の光路上に出し入れ可能に設けられ、瞳の大きさを変更するためのものである。

【0042】

ミラー４０ｂは、上述したように、光源３３および光検出器３４と光学的に接続されている。詳細には、ミラー４０ｂは、光源３３から出力された光を反射して光走査部である一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂに向けて導光する。それとともに、ミラー４０ｂは、半導体デバイスＤからの反射光を一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂを経由して受けて、その反射光を、可変瞳４３、１／４波長板４２、ＰＢＳ４１、コリメータレンズ３９ｂ、光ファイバ３８ｂを経由して光検出器３４に入射させる。なお、本実施形態では導光素子 としてミラーを用いているが、光源３３及び／又は光検出器３４と一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂとの間で導光可能な光学素子であれば光ファイバ等を用いてもよい。

【0043】

一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂは、ミラー４０ｂを介して、光源３３および光検出器３４と光学的に接続可能に構成されるとともに、瞳リレーレンズ４５を介して外部光学系３７と光学的に接続されている。すなわち、一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂは、ミラー４０ｂの光源３３からの光の反射方向に配置され、その光を２次元的に走査させながら反射させることができる光走査部であり、例えば、所定軸を中心として振れ角を変更可能なガルバノミラーを２つ組み合わせた構成を有する。この一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂは、半導体デバイスＤに照射される光を半導体デバイス上で２次元的に走査することができる。加えて、一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂは、半導体デバイスＤの所定点における反射光あるいは発光を、２次元的に位置選択しながらミラー４０ｂまたはコリメータレンズ３９ｃの所定位置に向けて導光させることもできる。すなわち、一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂは、半導体デバイスＤの複数の位置からの光を光検出器３４に向けて、又は、光検出器３５に向けて導光する光走査部である。ここで、一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂを停止させた状態で、別に用意した光源を一方のミラーで反射させることにより、半導体デバイスＤを２次元的に照明するように構成されてもよい。一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂの振れ角は、制御部２１によって制御可能に構成されていてもよい。

【0044】

コリメータレンズ３９ｃは、一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂと光学的に接続可能な筐体３２上の位置に設けられた取付部４６によって、筐体３２の内部に保持されている。この取付部４６は、筒状部材をなし、コリメータレンズ等の光学素子を筐体３２の内部に取り付けるための部位である。そして、光ファイバ３８ｃの他端は、取付部４６の内部において、コリメータレンズ３９ｃに光学的に接続される。

【0045】

外部光学系３７は、ミラー４７ａ，４７ｂ，４７ｃ、瞳リレーレンズ４８、対物レンズユニット４９とを含んでいる。この外部光学系３７は、光源３３からの光を導光して半導体デバイスＤに入射させるとともに、半導体デバイスＤにおいて生じた反射光および発光を導光して内部光学系３６に入射させる。すなわち、内部光学系３６から入射した光源３３からの光は、ミラー４７ａで反射された後に瞳リレーレンズ４８を透過し、ミラー４７ｂ，４７ｃで順次反射された後に対物レンズユニット４９を通って半導体デバイスＤに照射される。一方、半導体デバイスＤにおける反射光あるいは発光は、対物レンズユニット４９を通った後にミラー４７ｃ，４７ｂによって順次反射され、瞳リレーレンズ４８を透過してからミラー４７ａによって反射されることにより、内部光学系３６に入射する。ここで、対物レンズユニット４９は、異なる倍率の複数の対物レンズを有し、ターレットによって切り替えられるように構成されてもよい。

【0046】

上述したような構成の光学装置３１Ａは、制御部２１によって半導体デバイスＤと光学的に接続される光路を切り換えるように制御可能に構成されている。制御部２１は、一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂの振れ角を制御することによって、半導体デバイスＤと光学的に接続される光路を、外部光学系３７と一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂ及びミラー４０ｂを経由する内部光学系３６とを含む第１の光路Ｌ１（図２）と、外部光学系３７と一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂ及び取付部４６内のコリメータレンズ３９ｃを経由する内部光学系３６とを含む第２の光路Ｌ２（図３）との間で切り替えるように、一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂの振れ角を制御する。具体的には、制御部２１は、ユーザから入力部２３を介して反射光の検査の実行（パターン画像の取得）が指示された場合には、第１の光路Ｌ１に切り替え、ユーザから入力部２３を介して発光の検査（信号像の取得及び解析）の実行が指示された場合には、第２の光路Ｌ２に切り替える。それと同時に、制御部２１は、一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂの振れ角を所定角度範囲内で順次変更することによって、半導体デバイスＤに照射される光を半導体デバイスＤ上で２次元的に走査するように制御するとともに、半導体デバイスＤの所定点における反射光あるいは発光を、２次元的に走査させながら位置選択して導光させるように制御する。以下では、信号像の取得及び解析に係る制御部２１の処理について、詳細に説明する。

【0047】

制御部２１は、光検出器３５によって出力された半導体デバイスＤの発光の検出信号に基づき半導体デバイスＤにおける複数の位置それぞれに応じた波形を取得すること（波形を取得するステップ）と、当該複数の位置それぞれに応じた波形から特定のタイミングに応じた波形を抽出し、抽出した波形に基づいて特定のタイミングに応じた画像を生成すること（画像を生成するステップ）と、特定のタイミングに応じた画像における輝度分布相関値に基づいて特徴点を抽出し、該特徴点に基づき、半導体デバイスＤにおける駆動素子の位置を特定すること（駆動素子の位置を特定するステップ）と、を実行するように構成されている。以下、各ステップにおける制御部２１の処理について説明する。

【0048】

波形を取得するステップでは、制御部２１は、信号印加部１１に対して、故障個所が異常動作を行うテストパターンを指定する。当該テストパターンは、駆動素子が同じ動作を繰り返すループ状のパターン（テストループ）である。波形を取得するステップでは、半導体デバイスＤの所定点（１ピクセル）毎にテストループが複数回ループされ、制御部２１によって半導体デバイスＤにおける所定点が２次元的に走査されながら、各所定点における発光信号（検出信号）が取得され、各所定点における波形が取得されて、発光像である信号像が取得される。

【0049】

ここで、上述したように、波形を取得するステップにおいては、半導体デバイスＤの各所定点に対してテストループが複数回ループされ時間軸方向の発光パターンが取得される。図４は、３次元信号データを説明する図である。図４には、半導体デバイスＤにおける発光面であるＸＹ平面と、時間軸とが示されている。ＸＹ平面には、発光信号（検出信号）が取得される複数の所定点Ｄ１が示されている。そして、図４に示されるように、各所定点Ｄ１について、テストループが複数回ループされて時間軸方向に発光パターンが取得される。制御部２１は、複数の位置（各所定点Ｄ１）それぞれに応じた波形を時間軸方向に積算することによって、図６（ａ）に示される２次元の発光積算画像ＡＩ（測定画像）を生成する。発光積算画像ＡＩでは、各所定点Ｄ１に関する発光のトータルカウントが輝度レベルとして表示される。図６（ａ）に示されるように、発光積算画像ＡＩにおいては発光領域ＥＡが区別して表示されている。

【0050】

画像を生成するステップでは、制御部２１は、各所定点Ｄ１それぞれに応じた波形から特定のタイミングに応じた波形を抽出する。光学分解能よりも駆動素子のチップが小さい場合には、検出信号において複数の駆動素子の発光の混信が起こりうる。この場合には、発光面における位置の情報（図４に示されるＸＹ平面の２次元の情報）のみから、検出された発光に係る駆動素子を一意に特定することが難しい。この点、制御部２１は、各所定点Ｄ１における時間波形を考慮して３次元的に信号を処理することにより、後述するように駆動素子を一意に特定する。具体的には、制御部２１は、駆動素子の動作に係る特定のタイミングに応じた波形を抽出する。図５は、半導体デバイスＤの駆動素子Ｔｒ１，Ｔｒ２、Ｔｒ３の信号時間波形の一例を示している。図５に示されるように、半導体デバイスＤの各駆動素子は、スイッチングのタイミング（発光タイミング）が互いに異なっている。すなわち、図５に示される例では、駆動素子Ｔｒ１、駆動素子Ｔｒ２、駆動素子Ｔｒ３の順で動作している。各駆動素子がどのような発光パターンで発光するかは、半導体デバイスＤの設計情報及びシミュレーション等に基づき予め把握することができる。制御部２１は、例えば、半導体デバイスＤの設計情報に基づき駆動素子の動作に係る特定のタイミングを特定し、該特定のタイミングに応じた波形を抽出する。制御部２１は、例えば、特定のタイミングとの相関に基づいて波形を抽出する。

【0051】

図６（ｂ）に示される例では、各所定点Ｄ１それぞれに応じた波形から、第１の駆動素子の発光タイミングｔｍ１と相関が高い波形、第２の駆動素子の発光タイミングｔｍ２と相関が高い波形、第３の駆動素子の発光タイミングｔｍ３と相関が高い波形が抽出されている。そして、制御部２１は、抽出した波形に基づいて特定のタイミングに応じた画像を生成する。図６（ｂ）に示される例では、第１の駆動素子の発光タイミングｔｍ１と相関が高い波形に基づく発光タイミングｔｍ１に応じた画像ＴＩ１、第２の駆動素子の発光タイミングｔｍ２と相関が高い波形に基づく発光タイミングｔｍ２に応じた画像ＴＩ２、第３の駆動素子の発光タイミングｔｍ３と相関が高い波形に基づく発光タイミングｔｍ３に応じた画像ＴＩ３が生成されている。画像ＴＩ１には第１の駆動素子の発光タイミングｔｍ１に応じた発光点ＥＰ１が示されており、画像ＴＩ２には第２の駆動素子の発光タイミングｔｍ２に応じた発光点ＥＰ２が示されており、画像ＴＩ３には第３の駆動素子の発光タイミングｔｍ３に応じた発光点ＥＰ３が示されている。なお、説明の便宜上、図６（ｂ）に示される画像ＴＩ１～ＴＩ３に重複（重畳）するようにして各発光タイミングｔｍ１～ｔｍ３の信号波形が示されているが、実際には画像ＴＩ１～ＴＩ３にはこれらの情報は表示されていない。

【0052】

駆動素子の位置を特定するステップでは、制御部２１は、特定のタイミングに応じた画像における輝度分布相関値に基づいて特徴点を抽出する。すなわち、制御部２１は、例えば図６（ｂ）に示される画像ＴＩ１の各発光点ＥＰ１について、輝度分布相関値に基づき特徴点を抽出する。図７（ａ）にはある発光点についての輝度分布相関値が示されている。図７（ａ）においてＸＹ平面は発光面を示している。また、ＸＹ平面に直交するカウント軸の値（カウント値）は、発光タイミングが特定のタイミングと相関（タイミングの相関）が強い点ほど高くなる。すなわち、図７（ａ）に示される輝度分布相関値における輝度の値（カウント値）は、発光タイミングが特定のタイミングに近い点ほど高くなっている。制御部２１は、例えば輝度分布相関値の重心を検出し、該重心を特徴点として抽出する。制御部２１は、輝度分布相関値に対してフィッティングを行い、該フィッティングの結果に基づいて特徴点を抽出する。制御部２１は、例えば図７（ｂ）に示されるように、輝度分布相関値に対してガウシアンフィッチングを適用することによって、輝度分布相関値の重心を抽出し、該重心を特徴点としてもよい。図６（ｂ），（ｃ）に示される例では、画像ＴＩ１の各発光点ＥＰ１における輝度分布相関値に基づいて、各発光点ＥＰ１に対応した特徴点ＦＰ１を抽出し、画像ＴＩ２の各発光点ＥＰ２における輝度分布相関値に基づいて、各発光点ＥＰ２に対応した特徴点ＦＰ２を抽出し、画像ＴＩ３の各発光点ＥＰ３における輝度分布相関値に基づいて、各発光点ＥＰ３に対応した特徴点ＦＰ３を抽出する。制御部２１は、抽出した各特徴点を各駆動素子の位置として特定する。

【0053】

制御部２１は、各駆動素子の分離（位置の特定）が完了すると、各駆動素子の位置を特定した解析画像（図６（ｃ）に示す画像）を表示部２２に出力する。表示部２２は、上述したように、半導体デバイスＤのパターンを示すパターン画像（設計レイアウト）に、駆動素子の位置を示す解析画像を重畳して表示する。解析画像がパターン画像に重畳されることによって、発光をしていない駆動素子、発光時間が長い駆動素子、又はスイッチング発光を起こしていない駆動素子が、設計レイアウト上におけるどの駆動素子であるのかを特定することができ、故障個所を突き止めることができる。なお、表示部２２は、半導体デバイスＤに光が走査されることにより取得された反射像（パターン画像）に、解析画像を重畳してもよい。

【0054】

次に、半導体デバイス検査装置１が行う半導体デバイス検査方法に係る処理について、図８及び図９を参照して説明する。

【0055】

図８に示されるように、最初に、半導体デバイスＤの裏面の反射像が取得される（ステップＳ１）。制御部２１は、ユーザから入力部２３を介して反射像の取得が指示された場合に、図２に示される第１の光路に切り替えて反射像を取得する。制御部２１は、例えば診断ソフト等から故障が疑われる領域に関する情報を取得し、当該領域について反射像を取得する。この場合、光学分解能よりもピクセル分解能が高くなるように細かいサンプリングで反射像が取得される。反射像が取得されることによって、故障解析を行いたい所望の位置へのフォーカス合わせを適切に行うことができる。

【0056】

つづいて、信号像が取得される（ステップＳ２）。制御部２１は、信号印加部１１に対して、故障個所が異常動作を行うように指定する。制御部２１は、半導体デバイスＤの所定点（１ピクセル）毎にテストループが複数回ループされるように半導体デバイスＤにおける所定点を２次元的に走査しながら、各所定点における発光信号（検出信号）を取得し、各所定点における波形を取得することにより、２次元の発光像である信号像を取得する。

【0057】

つづいて、信号の解析が行われて駆動素子の位置が特定される（ステップＳ３）。ステップＳ３の詳細については後述する。そして、表示部２２によって半導体デバイスＤのパターンを示すパターン画像（設計レイアウト）に駆動素子の位置を示す解析画像が重畳表示されて（ステップＳ４）、異常発光駆動素子が抽出される（ステップＳ５）。

【0058】

ステップＳ３（信号の解析）について図９を参照して詳細に説明する。図９に示されるように、信号の解析処理においては、最初に、特定のタイミングに応じた波形が抽出される（ステップＳ１１）。制御部２１は、半導体デバイスＤの設計情報に基づき駆動素子の動作に係る特定のタイミングを特定し、該特定のタイミングに応じた波形を抽出する。

【0059】

つづいて、各タイミングに係る発光点の画像が生成される（ステップＳ１２）。制御部２１は、例えば、各駆動素子の発光タイミングと相関が高い発光点を示す画像を生成する。

【0060】

つづいて、発光点の輝度分布相関値に基づき特徴点が抽出される（ステップＳ１３）。制御部２１は、特定のタイミングに応じた画像における輝度分布相関値に基づいて特徴点を抽出する。制御部２１は、輝度分布相関値に対してフィッティングを行い、該フィッティングの結果に基づいて特徴点を抽出する。制御部２１は、例えば図７（ｂ）に示されるように、輝度分布相関値に対してガウシアンフィッチングを適用することによって、輝度分布相関値の重心を抽出し、該重心を特徴点としてもよい。

【0061】

最後に、抽出された特徴点に基づき駆動素子の位置が特定される。制御部２１は、例えば抽出した輝度分布相関値の重心を特徴点とし、該特徴点の位置を駆動素子の位置として特定してもよい。

【0062】

次に、実施形態に係る半導体デバイス検査装置１及び半導体デバイス検査方法の作用効果について説明する。

【0063】

本実施形態に係る半導体デバイス検査方法は、半導体デバイスＤにおける複数の位置からの光を検出し、該複数の位置それぞれに応じた波形を取得するステップと、複数の位置それぞれに応じた波形から特定のタイミングに応じた波形を抽出し、抽出した波形に基づいて特定のタイミングに応じた画像を生成するステップと、特定のタイミングに応じた画像における輝度分布相関値に基づいて特徴点を抽出し、該特徴点に基づき、半導体デバイスにおける駆動素子の位置を特定するステップと、を備える。

【0064】

本実施形態に係る半導体デバイス検査方法では、半導体デバイスＤの複数の位置からの光に基づき複数の位置それぞれに応じた波形が取得され、各波形から抽出される特定のタイミングに応じた波形から特定のタイミングに応じた画像が生成される。例えば、特定のタイミングが駆動素子の動作に係るタイミングとされることにより、駆動素子の動作に関連付けられた画像が生成されることとなる。そして、特定のタイミングに応じた画像における輝度分布相関値が考慮されて特徴点が抽出されることにより、特定のタイミングとの関連度が高い、すなわち駆動素子の動作との関連度が高い位置が特徴点として抽出されて、該特徴点に基づき、駆動素子の位置を高精度に特定することができる。駆動素子の位置が高精度に特定されることによって、半導体デバイスＤにおける故障解析等の検査を高精度に行うことができる。

【0065】

画像を生成するステップでは、駆動素子の動作に係る特定のタイミングに応じた波形を抽出する。これにより、駆動素子の動作との関連度が高い位置を特徴点として適切に抽出し、駆動素子の位置を高精度に特定することができる。

【0066】

画像を生成するステップでは、半導体デバイスＤの設計情報に基づく特定のタイミングに応じた波形を抽出する。駆動素子の動作タイミングは、半導体デバイスＤの設計情報によって特定される。このため、半導体デバイスＤの設計情報に基づく特定のタイミングに応じた波形を抽出することによって、駆動素子の動作タイミングに応じた波形を適切に取得することができる。

【0067】

画像を生成するステップでは、特定のタイミングとの相関に基づいて波形を抽出する。特定のタイミングとの相関が考慮されることにより、例えば駆動素子の動作タイミングに近い波形を適切に抽出することができる。

【0068】

位置を特定するステップでは、輝度分布相関値の重心を検出し、該重心に基づいて特徴点を抽出する。輝度分布相関値の重心に基づき特徴点が抽出されることによって、駆動素子の位置を高精度に特定することができる。

【0069】

位置を特定するステップでは、輝度分布相関値に対してフィッティングを行い、該フィッティングの結果に基づいて特徴点を抽出する。例えば輝度分布相関値に対してガウシアンフィッチング等が適用されることによって、上述した重心を高精度に検出して駆動素子の位置を高精度に特定することができる。

【0070】

上述した半導体デバイス検査方法は、複数の位置それぞれに応じた波形を積算することによって発光積算画像ＡＩ（図６（ａ）参照）を生成するステップをさらに備えている。このような発光積算画像ＡＩが生成されることによって、検出された光の範囲を確認することができる。

【0071】

上述した半導体デバイス検査方法は、半導体デバイスＤのパターンを示すパターン画像に、特定するステップにおいて特定した駆動素子の位置を重畳して表示するステップをさらに備えている。これにより、パターン画像（レイアウト）上のどの駆動素子に異常があるかを特定することができる。

【0072】

波形を取得するステップでは、半導体デバイスＤにおける複数の位置からの光として、駆動素子において生じた発光を検出する。これにより、駆動素子の発光に関する検査を適切に行うことができる。

【符号の説明】

【0073】

１…半導体デバイス検査装置、２１…制御部（解析部）、２２…表示部、３５…光検出器、４４ａ，４４ｂ…ガルバノミラー（光走査部）、ＡＩ…発光積算画像（測定画像）、Ｄ…半導体デバイス。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】