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(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】2024-09-19
(45)【発行日】2024-09-30
(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】
H01L 21/66 20060101AFI20240920BHJP
G01R 31/28 20060101ALI20240920BHJP
B23K 26/00 20140101ALI20240920BHJP
【ＦＩ】
H01L21/66 A
H01L21/66 C
G01R31/28 L
B23K26/00 B
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2021189866
(22)【出願日】2021-11-24
(62)【分割の表示】P 2021544363の分割
【原出願日】2021-01-13
(65)【公開番号】P2022031283
(43)【公開日】2022-02-18
【審査請求日】2023-07-04
(31)【優先権主張番号】P 2020025354
(32)【優先日】2020-02-18
(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】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】鈴木 信介
【審査官】小池 英敏
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－１４８５５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－３４０９９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－１２１５０４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／６６
Ｇ０１Ｒ ３１／２８
Ｂ２３Ｋ ２６／００
Ｈ０１Ｌ ２１／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体デバイスから第１光学系を介して第１光を第１光検出部が受け、前記第１光学系が前記半導体デバイスに対して第１駆動部によって相対的に移動する解析部と、前記半導体デバイスから第２光学系を介して第２光を第２光検出部が受けると共に、前記半導体デバイスに対して前記第２光学系を介してレーザ光を照射し、前記第２光学系が前記半導体デバイスに対して第２駆動部によって相対的に移動するマーキング部と、
前記解析部と前記マーキング部との間に配置されて、前記半導体デバイスを保持すると共に、前記第１光学系の光軸と前記第２光学系の光軸との位置合わせのためのターゲットが設けられたチャックを有し、前記チャックが前記解析部及び前記マーキング部に対して第３の駆動部によって相対的に移動するデバイス配置部と、前記解析部、前記マーキング部及び前記デバイス配置部に命令を出力する制御部と、を備え、
前記ターゲットは、前記ターゲットの一方の側から前記第１光検出部によって検出可能であると共に、前記ターゲットの他方の側から前記第２光検出部によって検出可能であり、
前記制御部は、
前記第１光検出部が前記ターゲットを検出可能な位置に前記チャックを移動させた後に、前記ターゲットを基準として、前記第２光学系の光軸を前記第１光学系の光軸に合わせるアライメント命令を前記マーキング部及び前記デバイス配置部に出力し、
前記第１光学系の光軸と前記第２光学系の光軸との位置関係を維持した状態で、前記半導体デバイスに設定されるマーキング位置に前記レーザ光を照射させるマーキング命令と、を前記マーキング部及び前記デバイス配置部に出力する、半導体故障解析装置。
【請求項2】
前記制御部は、前記アライメント命令を出力する前に、前記解析部によって前記半導体デバイスの故障箇所を解析する解析命令を前記解析部に出力する、請求項１に記載の半導体故障解析装置。
【請求項3】
前記マーキング命令は、前記第３の駆動部によって前記チャックを前記マーキング位置に移動させた後に、前記半導体デバイスに前記レーザ光を照射させる、請求項１又は２に記載の半導体故障解析装置。
【請求項4】
前記アライメント命令は、前記第１光検出部に一方の側からの前記ターゲットの第１画像を取得させ、前記第２光検出部に他方の側からの前記ターゲットの第２画像を取得させ、前記第１画像及び前記第２画像に基づいて前記第２光学系の光軸を前記第１光学系の光軸に合わせるように前記第２光学系を移動させる、請求項１～３の何れか一項に記載の半導体故障解析装置。
【請求項5】
前記ターゲットは、前記チャックにおいて前記半導体デバイスが保持されるデバイス保持部とは異なる場所に設けられている、請求項１～４の何れか一項に記載の半導体故障解析装置。
【請求項6】
前記第１光検出部は、前記ターゲットを一方の側から見た第１画像を取得し、前記第２光検出部は、前記ターゲットを他方の側から見た第２画像を取得する、請求項１～５の何れか一項に記載の半導体故障解析装置。
【請求項7】
前記ターゲットは、前記第１光検出部及び前記第２光検出部が検出可能な光を透過する光透過部を含む、請求項１～６の何れか一項に記載の半導体故障解析装置。
【請求項8】
半導体故障解析装置を用いて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、前記半導体故障解析装置は、
前記半導体デバイスから第１光学系を介して第１光を第１光検出部が受け、前記第１光学系が前記半導体デバイスに対して第１駆動部によって相対的に移動する解析部と、
前記半導体デバイスから第２光学系を介して第２光を第２光検出部が受けると共に、前記半導体デバイスに対して前記第２光学系を介してレーザ光を照射し、前記第２光学系が前記半導体デバイスに対して第２駆動部によって相対的に移動するマーキング部と、
前記解析部と前記マーキング部との間に配置されて、前記半導体デバイスを保持すると共に、前記第１光学系の光軸と前記第２光学系の光軸との位置合わせのためのターゲットが設けられたチャックを有し、前記チャックが前記解析部及び前記マーキング部に対して第３の駆動部によって相対的に移動するデバイス配置部と、
前記解析部、前記マーキング部及び前記デバイス配置部に命令を出力する制御部と、を備え、
前記ターゲットは、前記ターゲットの一方の側から前記第１光検出部によって検出可能であると共に、前記ターゲットの他方の側から前記第２光検出部によって検出可能であり、
前記第１光検出部が前記ターゲットを検出可能な位置に前記チャックを移動させた後に、前記ターゲットを基準として、前記第２光学系の光軸を前記第１光学系の光軸に合わせるアライメント工程と、
前記第１光学系の光軸と前記第２光学系の光軸との位置関係を維持した状態で、前記半導体デバイスに設定されるマーキング位置に前記レーザ光を照射させるマーキング工程と、を有する、半導体故障解析方法。
【請求項9】
前記アライメント工程の前に、前記解析部によって前記半導体デバイスの故障箇所を解析する解析工程をさらに有する、請求項８に記載の半導体故障解析方法。
【請求項10】
前記マーキング工程は、前記第３の駆動部によって前記チャックを前記マーキング位置に移動させた後に、前記半導体デバイスに前記レーザ光を照射させる、請求項８又は９に記載の半導体故障解析方法。
【請求項11】
前記アライメント工程が、前記第１光検出部に一方の側からの前記ターゲットの第１画像を取得させ、前記第２光検出部に他方の側からの前記ターゲットの第２画像を取得させ、前記第１画像及び前記第２画像に基づいて前記第２光学系の光軸を前記第１光学系の光軸に合わせるように前記第２駆動部を移動させる、請求項８～１０の何れか一項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あっては、半導体デバイスを製造するための露光技術やパターニング技術の向上が望まれる。また、これらの技術によっ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が重要である。さらには、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、２は、半導体デバイスを検査する装置を開示する。これらの検査装置は、電気信号が与えられた半導体デバイスに光を照射する。半導体デバイスに照射された光は、半導体デバイスの状態に応じた反射光となる。そして、これらの検査装置は、反射光を利用して、半導体デバイスの動作状態に関する情報を得る。特許文献１の検査装置は、所定の周波数で動作している半導体デバイスの部位に関する情報を得る。特許文献２の検査装置は、半導体デバイスの故障箇所に生じる熱源に関する情報を得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１４－９２５１４号公報
【文献】国際公開第２０１６／０５６１１０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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。そこで、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】
【0006】
本発明の一形態である半導体故障解析装置は、半導体デバイスが発した光を第１光学系を介して第１光検出部が受け、第１光学系が半導体デバイスに対して第１駆動部によって相対的に移動する第１解析部と、半導体デバイスが発した光を第２光学系を介して第２光検出部が受け、第２光学系が半導体デバイスに対して第２駆動部によって相対的に移動する第２解析部と、第１解析部と第２解析部との間に配置されて、半導体デバイスを保持すると共に、第１光学系の光軸と第２光学系の光軸との位置合わせのためのターゲットが設けられたチャックを有し、チャックが第１解析部及び第２解析部に対して相対的に移動するデバイス配置部と、半導体デバイスに刺激信号を印加する刺激信号印加部と、第１解析部、第２解析部、デバイス配置部及び刺激信号印加部に命令を出力する制御部と、を備える。ターゲットは、ターゲットの一方の側から第１解析部によって検出可能であると共に、ターゲットの他方の側から第２解析部によって検出可能である。制御部は、第１光検出部がターゲットを検出可能な位置にチャックを移動させた後に、ターゲットを基準として、第２光学系の光軸を第１光学系の光軸に合わせるアライメント命令を第２解析部及びデバイス配置部に出力し、第１光学系の光軸と第２光学系の光軸との位置関係を維持した状態で、半導体デバイスに刺激信号を印加させると共に、刺激信号に応じて発せられる半導体デバイスからの光を第１光検出部又は第２光検出部の少なくとも一方で受ける解析命令を第１解析部、第２解析部、刺激信号印加部及びデバイス配置部に出力する。
【0007】
この半導体故障解析装置は、第１光学系の光軸と第２光学系の光軸との位置関係を維持した状態で、半導体デバイスに刺激信号を印加させると共に、刺激信号に応じて発せられる半導体デバイスからの光を第１光検出部又は第２光検出部の少なくとも一方で受ける。従って、半導体デバイスからの光を受ける第１光学系と第２光学系とは、光軸が一致した状態であるので、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。
【0008】
一形態における半導体故障解析装置のアライメント命令は、第１光検出部に一方の側からのターゲットの第１画像を取得させ、第２光検出部に他方の側からのターゲットの第２画像を取得させ、第１画像及び第２画像に基づいて第２光学系の光軸を第１光学系の光軸に合わせるように第２光学系を移動させてもよい。
【0009】
一形態における半導体故障解析装置の解析命令は、第１光学系の光軸及び第２光学系の光軸に半導体デバイスが重複するようにデバイス配置部が含む第３の駆動部によってチャックを移動させた後に、半導体デバイスの解析を行わせてもよい。
【0010】
一形態における半導体故障解析装置のターゲットは、チャックにおいて半導体デバイスが保持されるデバイス保持部とは異なる場所に設けられていてもよい。
【0011】
一形態における半導体故障解析装置の第１光検出部は、ターゲットを一方の側から見た第１画像を取得してもよい。第２光検出部は、ターゲットを他方の側から見た第２画像を取得してもよい。
【0012】
一形態における半導体故障解析装置のターゲットは、第１光検出部及び第２光検出部が検出可能な光を透過する光透過部を含んでもよい。
【0013】
本発明の別の形態に係る半導体故障解析装置は、第１光走査部を有する第１光学系を介して半導体デバイスに第１光源で発生された光を照射する第１解析部と、第２光走査部を有する第２光学系を介して半導体デバイスに第２光源で発生された光を照射する第２解析部と、第１解析部と第２解析部との間に配置されて、半導体デバイスを保持すると共に、第１光学系の光走査領域の中心と第２光学系の光走査領域の中心との位置合わせのためのターゲットが設けられたチャックを有し、チャックが第１解析部及び第２解析部に対して相対的に移動するデバイス配置部と、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、第２解析部、デバイス配置部及び電気信号取得部に命令を出力する制御部と、を備える。ターゲットは、ターゲットの一方の側から第１解析部によって検出可能であると共に、ターゲットの他方の側から第２解析部によって検出可能である。制御部は、第１解析部がターゲットを検出可能な位置にチャックを移動させた後に、ターゲットを基準として、第２光学系の光走査領域の中心を第１光学系の光走査領域の中心に合わせるアライメント命令を第２解析部及びデバイス配置部に出力し、第１光学系の光走査領域の中心と第２光学系の光走査領域の中心との位置関係を維持した状態で、半導体デバイスに第１解析部及び第２解析部の少なくとも一方から光を照射させ、電気信号取得部によって半導体デバイスからの電気信号を受ける解析命令を第１解析部、第２解析部、電気信号取得部及びデバイス配置部に出力する。
【0014】
本発明の別の形態に係る半導体故障解析装置の第１解析部は、第１解析部は、半導体デバイスの一方の側からの光を受ける第１光検出部を含み、第２解析部は、半導体デバイスの他方の側からの光を受ける第２光検出部を含み、アライメント命令は、第１光検出部に一方の側からのターゲットの第１画像を取得させ、第２光検出部に他方の側からのターゲットの第２画像を取得させ、第１画像及び第２画像に基づいて第２光学系の光軸を第１光学系の光軸に合わせることで、第１光学系の走査領域の中心と第２光学系の走査領域の中心とを合わせてもよい。
【0015】
本発明の別の形態に係る半導体故障解析装置の解析命令は、第１光学系の光走査領域及び第２光学系の光走査領域に半導体デバイスが重複するようにデバイス配置部が含む第３の駆動部によってチャックを移動させた後に、半導体デバイスの解析を行わせてもよい。
【0016】
本発明の別の形態に係る半導体故障解析装置のターゲットは、チャックにおいて半導体デバイスが保持されるデバイス保持部とは異なる場所に設けられていてもよい。
【0017】
本発明の別の形態に係る半導体故障解析装置の第１解析部は、半導体デバイスの一方の側からの光を受ける第１光検出部を含み、第２解析部は、半導体デバイスの他方の側からの光を受ける第２光検出部を含み、第１光検出部は、ターゲットを一方の側から見た第１画像を取得し、第２光検出部は、ターゲットを他方の側から見た第２画像を取得してもよい。
【0018】
本発明の別の形態に係る半導体故障解析装置の第１解析部は、半導体デバイスの一方の側からの光を受ける第１光検出部を含み、第２解析部は、半導体デバイスの他方の側からの光を受ける第２光検出部を含み、ターゲットは、第１光検出部及び第２光検出部が検出可能な光を透過する光透過部を含んでもよい。
【0019】
本発明のさらに別の形態に係る半導体故障解析装置は、第１光走査部を有する第１光学系を介して半導体デバイスに第１光源で発生された光を照射し、第１光源の光に応じて発生する半導体デバイスからの第１応答光を第１光検出部が受ける第１解析部と、第２光走査部を有する第２光学系を介して半導体デバイスに第２光源で発生された光を照射し、第２光源の光に応じて発生する半導体デバイスからの第２応答光を第２光検出部が受ける第２解析部と、第１解析部と第２解析部との間に配置されて、半導体デバイスを保持すると共に、第１光学系の光走査領域の中心と第２光学系の光走査領域の中心との位置合わせのためのターゲットが設けられたチャックを有し、チャックが第１解析部及び第２解析部に対して相対的に移動するデバイス配置部と、半導体デバイスに刺激信号を印加する刺激信号印加部と、第１解析部、第２解析部、デバイス配置部及び刺激信号印加部に命令を出力する制御部と、を備える。ターゲットは、ターゲットの一方の側から第１解析部によって検出可能であると共に、ターゲットの他方の側から第２解析部によって検出可能である。制御部は、第１光検出部がターゲットを検出可能な位置にチャックを移動させた後に、ターゲットを基準として、第２光学系の光走査領域の中心を第１光学系の光走査領域の中心に合わせるアライメント命令を第２解析部及びデバイス配置部に出力し、第１光学系の光走査領域の中心と第２光学系の光走査領域の中心との位置関係を維持すると共に刺激信号を半導体デバイスに印加させた状態で、半導体デバイスに第１解析部及び第２解析部の少なくとも一方から光を照射させ、半導体デバイスからの第１応答光及び第２応答光の少なくとも一方を第１光検出部及び第２光検出部の少なくとも一方で受ける解析命令を第１解析部、第２解析部、刺激信号印加部及びデバイス配置部に出力する。
【0020】
本発明のさらに別の形態に係る半導体故障解析装置のアライメント命令は、第１光検出部に一方の側からのターゲットの第１画像を取得させ、第２光検出部に他方の側からのターゲットの第２画像を取得させ、第１画像及び第２画像に基づいて第２光学系の光軸を第１光学系の光軸に合わせることで、第１光学系の走査領域の中心と第２光学系の走査領域の中心とを合わせてもよい。
【0021】
本発明のさらに別の形態に係る半導体故障解析装置の解析命令は、第１光学系の光走査領域及び第２光学系の光走査領域に半導体デバイスが重複するようにデバイス配置部が含む第３の駆動部によってチャックを移動させた後に、半導体デバイスの解析を行わせてもよい。
【0022】
本発明のさらに別の形態に係る半導体故障解析装置のターゲットは、チャックにおいて半導体デバイスが保持されるデバイス保持部とは異なる場所に設けられていてもよい。
【0023】
本発明のさらに別の形態に係る半導体故障解析装置の第１光検出部は、ターゲットを一方の側から見た第１画像を取得してもよい。第２光検出部は、ターゲットを他方の側から見た第２画像を取得してもよい。
【0024】
本発明のさらに別の形態に係る半導体故障解析装置のターゲットは、第１光検出部及び第２光検出部が検出可能な光を透過する光透過部を含んでもよい。
【0025】
本発明のさらに別の形態は、半導体故障解析装置を用いて半導体デバイスを解析する半導体故障解析方法である。半導体故障解析装置は、半導体デバイスが発した光を第１光学系を介して第１光検出部が受け、第１光学系が半導体デバイスに対して第１駆動部によって相対的に移動する第１解析部と、半導体デバイスが発した光を第２光学系を介して第２光検出部が受け、第２光学系が半導体デバイスに対して第２駆動部によって相対的に移動する第２解析部と、第１解析部と第２解析部との間に配置されて、半導体デバイスを保持すると共に、第１光学系の光軸と第２光学系の光軸との位置合わせのためのターゲットが設けられたチャックを有し、チャックが第１解析部及び第２解析部に対して相対的に移動するデバイス配置部と、半導体デバイスに刺激信号を印加する刺激信号印加部と、第１解析部、第２解析部、デバイス配置部及び刺激信号印加部に命令を出力する制御部と、を備える。ターゲットは、ターゲットの一方の側から第１光検出部によって検出可能であると共に、ターゲットの他方の側から第２光検出部によって検出可能である。半導体故障解析方法は、第１光検出部がターゲットを検出可能な位置にチャックを移動させた後に、ターゲットを基準として、第２光学系の光軸を第１光学系の光軸に合わせるアライメント工程と、第１光学系の光軸と第２光学系の光軸との位置関係を維持した状態で、半導体デバイスに刺激信号を印加させると共に、刺激信号に応じて発せられる半導体デバイスからの光を第１光検出部又は第２光検出部の少なくとも一方で受ける解析工程と、を有する。
【0026】
本発明のさらに別の形態の半導体故障解析方法は、解析工程の後に、第１解析部及び第２解析部によって得た半導体デバイスの故障箇所を示すマークを半導体デバイスに付すマーキング工程をさらに有してもよい。
【0027】
本発明のさらに別の形態は、半導体故障解析装置を用いて半導体デバイスを解析する半導体故障解析方法である。半導体故障解析装置は、第１光走査部を有する第１光学系を介して半導体デバイスに第１光源で発生された光を照射する第１解析部と、第２光走査部を有する第２光学系を介して半導体デバイスに第２光源で発生された光を照射する第２解析部と、第１解析部と第２解析部との間に配置されて、半導体デバイスを保持すると共に、第１光学系の光走査領域の中心と第２光学系の光走査領域の中心との位置合わせのためのターゲットが設けられたチャックを有し、チャックが第１解析部及び第２解析部に対して相対的に移動するデバイス配置部と、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、第２解析部、デバイス配置部及び電気信号取得部に命令を出力する制御部と、を備える。ターゲットは、ターゲットの一方の側から第１解析部によって検出可能であると共に、ターゲットの他方の側から第２解析部によって検出可能である。半導体故障解析方法は、第１解析部がターゲットを検出可能な位置にチャックを移動させた後に、ターゲットを基準として、第２光学系の光走査領域の中心を第１光学系の光走査領域の中心に合わせるアライメント工程と、第１光学系の光走査領域の中心と第２光学系の光走査領域の中心との位置関係を維持した状態で、半導体デバイスに第１解析部及び第２解析部の少なくとも一方から光を照射させ、電気信号取得部によって半導体デバイスからの電気信号を受ける解析工程と、を有する。
【0028】
本発明のさらに別の形態の半導体故障解析方法は、解析工程の後に、第１解析部及び第２解析部によって得た半導体デバイスの故障箇所を示すマークを半導体デバイスに付すマーキング工程をさらに有してもよい。
【0029】
本発明のさらに別の形態は、半導体故障解析装置を用いて半導体デバイスを解析する半導体故障解析方法である。半導体故障解析装置は、第１光走査部を有する第１光学系を介して半導体デバイスに第１光源で発生された光を照射し、第１光源の光に応じて発生する半導体デバイスからの第１応答光を第１光検出部が受ける第１解析部と、第２光走査部を有する第２光学系を介して半導体デバイスに第２光源で発生された光を照射し、第２光源の光に応じて発生する半導体デバイスからの第２応答光を第２光検出部が受ける第２解析部と、第１解析部と第２解析部との間に配置されて、半導体デバイスを保持すると共に、第１光学系の光走査領域の中心と第２光学系の光走査領域の中心との位置合わせのためのターゲットが設けられたチャックを有し、チャックが第１解析部及び第２解析部に対して相対的に移動するデバイス配置部と、半導体デバイスに刺激信号を印加する刺激信号印加部と、第１解析部、第２解析部、デバイス配置部及び刺激信号印加部に命令を出力する制御部と、を備える。ターゲットは、ターゲットの一方の側から第１光検出部によって検出可能であると共に、ターゲットの他方の側から第２光検出部によって検出可能である。半導体故障解析方法は、第１光検出部がターゲットを検出可能な位置にチャックを移動させた後に、ターゲットを基準として、第２光学系の光走査領域の中心を第１光学系の光走査領域の中心に合わせるアライメント工程と、第１光学系の光走査領域の中心と第２光学系の光走査領域の中心との位置関係を維持すると共に刺激信号を半導体デバイスに印加させた状態で、半導体デバイスに第１解析部及び第２解析部の少なくとも一方から光を照射させ、半導体デバイスからの第１応答光及び第２応答光の少なくとも一方を第１光検出部及び第２光検出部の少なくとも一方で受ける解析工程と、を有する。
【0030】
本発明のさらに別の形態の半導体故障解析方法は、解析工程の後に、第１解析部及び第２解析部によって得た半導体デバイスの故障箇所を示すマークを半導体デバイスに付すマーキング工程をさらに有してもよい。
【発明の効果】
【0031】
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】
【0032】
【発明を実施するための形態】
【0033】
ところで、半導体デバイスを解析する技術として、故障箇所が特定された場合に、故障箇所の周囲における数か所に対して、レーザ光の照射によってマークを付す技術がある。故障解析における後工程では、マークに基づいて、故障箇所を容易に把握することができる。従って、このような技術は、極めて有効である。
【0034】
特開２０１６－１４８５５０号公報は、半導体デバイスの解析装置を開示する。特許文献１が開示する解析装置は、半導体デバイスの故障箇所を解析する構成と、故障箇所の周囲にマークを付す構成と、を有する。解析装置は、まず、故障箇所を検出する構成とマークを付す構成との位置合わせを行う。次に、解析装置は、故障箇所を検出する構成を半導体デバイスに対して移動させながら、故障箇所を解析する。故障箇所を検出する構成が故障箇所の位置を特定したとき、解析装置は、マークを付す構成を故障箇所の位置まで移動させる。
【0035】
故障解析の後工程では、マークに基づいて故障箇所の位置を特定する。従って、マークは、故障箇所の位置を正確に示すことが望まれる。一方、装置の構成要素を移動させるＸＹステージといった移動機構は、高精度のものであったとしても、移動指令値が示す位置と実際の位置とにわずかな誤差が生じる。わずかな誤差であっても、実際の故障箇所の位置に対してマークが示す故障箇所の位置がずれる可能性がある。つまり、実際の故障箇所の位置とマークが示す故障箇所の位置とのずれは、移動機構の精度に依存する。
【0036】
本発明は、故障箇所の位置とマークが示す故障箇所の位置とのずれを低減することが可能な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ことを目的とする。
【0037】
本発明の一形態である半導体故障解析装置は、半導体デバイスから第１光学系を介して第１光を第１光検出部が受け、第１光学系が半導体デバイスに対して第１駆動部によって相対的に移動する解析部と、半導体デバイスから第２光学系を介して第２光を第２光検出部が受けると共に、半導体デバイスに対して第２光学系を介してレーザ光を照射し、第２光学系が半導体デバイスに対して第２駆動部によって相対的に移動するマーキング部と、解析部とマーキング部との間に配置されて、半導体デバイスを保持すると共に、第１光学系の光軸と第２光学系の光軸との位置合わせのためのターゲットが設けられたチャックを有し、チャックが解析部及びマーキング部に対して第３の駆動部によって相対的に移動するデバイス配置部と、解析部、マーキング部及びデバイス配置部に命令を出力する制御部と、を備える。ターゲットは、ターゲットの一方の側から第１光検出部によって検出可能であると共に、ターゲットの他方の側から第２光検出部によって検出可能である。制御部は、第１光検出部がターゲットを検出可能な位置にチャックを移動させた後に、ターゲットを基準として、第２光学系の光軸を第１光学系の光軸に合わせるアライメント命令をマーキング部及びデバイス配置部に出力し、第１光学系の光軸と第２光学系の光軸との位置関係を維持した状態で、半導体デバイスに設定されるマーキング位置にレーザ光を照射させるマーキング命令と、をマーキング部及びデバイス配置部に出力する。
【0038】
本発明の別の形態は、半導体故障解析装置を用いて半導体デバイスを解析する半導体故障解析方法である。半導体故障解析装置は、半導体デバイスから第１光学系を介して第１光を第１光検出部が受け、第１光学系が半導体デバイスに対して第１駆動部によって相対的に移動する解析部と、半導体デバイスから第２光学系を介して第２光を第２光検出部が受けると共に、半導体デバイスに対して第２光学系を介してレーザ光を照射し、第２光学系が半導体デバイスに対して第２駆動部によって相対的に移動するマーキング部と、解析部とマーキング部との間に配置されて、半導体デバイスを保持すると共に、第１光学系の光軸と第２光学系の光軸との位置合わせのためのターゲットが設けられたチャックを有し、チャックが解析部及びマーキング部に対して第３の駆動部によって相対的に移動するデバイス配置部と、解析部、マーキング部及びデバイス配置部に命令を出力する制御部と、を備える。ターゲットは、ターゲットの一方の側から第１光検出部によって検出可能であると共に、ターゲットの他方の側から第２光検出部によって検出可能である。半導体故障解析方法は、第１光検出部がターゲットを検出可能な位置にチャックを移動させた後に、ターゲットを基準として、第２光学系の光軸を第１光学系の光軸に合わせるアライメント工程と、第１光学系の光軸と第２光学系の光軸との位置関係を維持した状態で、半導体デバイスに設定されるマーキング位置にレーザ光を照射させるマーキング工程と、を有する。
【0039】
半導体故障解析装置及び半導体故障解析方法では、まず、マーキング部が有する第２光学系の光軸を、チャックに設けられたターゲットに基づいて解析部が有する第１光学系の光軸に合わせる。その後、第１光学系の光軸と第２光学系の光軸との位置関係を維持した状態で、半導体デバイスに設定されるマーキング位置にレーザ光を照射させる。つまり、第１光学系の光軸と第２光学系の光軸とを合わせた後は、第１光学系及び第２光学系は、一方が他方に対して相対的に移動しない。従って、移動によって生じる可能性がある移動指令値が示す位置と実際の位置とのずれは生じない。その結果、解析部が示す故障箇所の位置に対して、マークが示す故障箇所の位置のずれを低減することができる。
【0040】
一形態の半導体故障解析装置において、制御部は、アライメント命令を出力する前に、解析部によって半導体デバイスの故障箇所を解析する解析命令を解析部に出力してもよい。同様に、別の形態の半導体故障解析方法は、アライメント工程の前に、解析部によって半導体デバイスの故障箇所を解析する解析工程をさらに有してもよい。この構成によれば、故障箇所の位置を精度よく示すマークを付すことができる。
【0041】
一形態の半導体故障解析装置において、マーキング命令は、第３の駆動部によってチャックをマーキング位置に移動させた後に、半導体デバイスにレーザ光を照射させてもよい。同様に、別の形態の半導体故障解析方法において、マーキング工程は、第３の駆動部によってチャックをマーキング位置に移動させた後に、半導体デバイスにレーザ光を照射させてもよい。この構成によれば、第１光学系の光軸に第２光学系の光軸を合わせた後に、第１光学系及び第２光学系の相対的な位置に加えて絶対的な位置も維持したまま、半導体デバイスの所望の位置にレーザ光を照射することができる。その結果、マーキング部によって付されるマークが示す故障箇所の位置のずれをさらに低減することができる。
【0042】
一形態の半導体故障解析装置において、アライメント命令は、第１光検出部に一方の側からのターゲットの第１画像を取得させ、第２光検出部に他方の側からのターゲットの第２画像を取得させ、第１画像及び第２画像に基づいて第２光学系の光軸を第１光学系の光軸に合わせるように第２光学系を移動させてもよい。同様に、別の形態の半導体故障解析方法において、アライメント工程は、第１光検出部に一方の側からのターゲットの第１画像を取得させ、第２光検出部に他方の側からのターゲットの第２画像を取得させ、第１画像及び第２画像に基づいて第２光学系の光軸を第１光学系の光軸に合わせるように第２駆動部を移動させてもよい。この構成によれば、第１光学系の光軸に第２光学系の光軸を合わせる動作を確実に行うことができる。
【0043】
一形態の半導体故障解析装置において、ターゲットは、チャックにおいて半導体デバイスが保持されるデバイス保持部とは異なる場所に設けられてもよい。この構成によれば、半導体デバイスの種類によらず、第１光学系の光軸に第２光学系の光軸を合わせることができる。
【0044】
一形態の半導体故障解析装置において、第１光検出部は、ターゲットを一方の側から見た第１画像を取得してもよい。第２光検出部は、ターゲットを他方の側から見た第２画像を取得してもよい。この構成によっても、第１光学系の光軸に第２光学系の光軸を合わせる動作を確実に行うことができる。
【0045】
一形態の半導体故障解析装置において、ターゲットは、第１光検出部及び第２光検出部が検出可能な光を透過する光透過部を含んでもよい。この構成によっても、第１光学系の光軸に第２光学系の光軸を合わせる動作を確実に行うことができる。
【0046】
本発明によれば、故障箇所の位置とマークが示す位置とのずれを低減することが可能な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。
【0047】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0048】
図１に示されるように、本実施形態に係る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。以下の説明において、本実施形態に係る半導体故障解析装置は、単に「解析装置１」と称する。また、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。なお、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。
【0049】
さらに、解析装置１は、故障箇所の位置を特定すると共に、故障箇所の周囲に、故障箇所を示す印（マーク）を付す。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。
【0050】
半導体デバイスＤとしては、トランジスタ等のＰＮ接合を有する集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）、あるいは大規模集積回路（ＬＳＩ：LargeScale Integration）であるロジックデバイス、メモリデバイス、アナログデバイス、さらに、それらを組み合わせたミックスドシグナルデバイス、または、大電流用／高圧用ＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタ、IGBT等の電力用半導体デバイス（パワーデバイス）等が挙げられる。半導体デバイスＤは、基板及びメタル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。
【0051】
解析装置１は、解析部１０と、マーキング部２０と、デバイス配置部３０と、計算機４０と、を含む。解析部１０は、半導体デバイスＤの故障箇所を特定する。マーキング部２０は、故障箇所の位置を示すマークを付す。デバイス配置部３０には、半導体デバイスＤが配置される。解析装置１は、例えば、レーザマーキングの機能を有する倒立型のエミッション顕微鏡であってもよい。
【0052】
＜解析部＞
解析部１０は、テスタユニット１１と、光源１２（第１光源）と、観察用光学系１３（第１光学系）と、ＸＹＺステージ１４（第１駆動部）と、二次元カメラ１５（第１光検出部）と、を有する。
解析部１０は、テスタユニット１１と、光源１２（第１光源）と、観察用光学系１３（第１光学系）と、ＸＹＺステージ１４（第１駆動部）と、二次元カメラ１５（第１光検出部）と、を有する。
【0053】
テスタユニット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ている。テスタユニット１１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である。テスタユニット１１は、図示しない電源によって動作させられる。テスタユニット１１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。テスタユニット１１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。
【0054】
テスタユニット１１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。テスタユニット１１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。テスタユニット１１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。テスタユニット１１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。なお、電源又はパルスジェネレータ等をテスタユニット１１として用いてもよい。
【0055】
光源１２は、半導体デバイスＤに光を出力する。光源１２は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）又はＳＬＤ（Super LuminescentDiode）であってもよい。さらに、光源１２は、ランプ光源等のインコヒーレント光源又はレーザ光源等のコヒーレント光源であってもよい。光源１２から出力される光は、半導体デバイスＤの基板を透過する。例えば、半導体デバイスＤの基板がシリコンである場合、光源１２から出力される光の波長は、好ましくは１０６４ｎｍ以上である。光源１２から出力された光は観察用光学系１３に提供される。
【0056】
観察用光学系１３は、光源１２から出力された光を半導体デバイスＤに出力する。例えば、光源１２は、マーキング処理中において、半導体デバイスＤの裏面Ｄ１側に光を照射する。観察用光学系１３は、対物レンズ１３ａ及びビームスプリッタ１３ｂを有する。対物レンズ１３ａは、観察エリアに光を集光する。
【0057】
観察用光学系１３は、半導体デバイスＤにおいて反射された光を、二次元カメラ１５に導く。具体的には、観察用光学系１３から照射された光は、半導体デバイスＤの基板ＳｉＥ（図２（ｃ）参照）を透過する。次に、基板ＳｉＥを透過した光は、メタル層ＭＥ（図２（ｃ）参照）で反射される。次に、メタル層ＭＥを反射した光は、再び基板ＳｉＥを透過する。そして、基板ＳｉＥを透過した光は、観察用光学系１３の対物レンズ１３ａ及びビームスプリッタ１３ｂを介して二次元カメラ１５に入力される。また、観察用光学系１３は、刺激信号の印加によって半導体デバイスＤで発生した発光を二次元カメラ１５に導く。具体的には、半導体デバイスＤのメタル層ＭＥは、刺激信号の印加に起因してエミッション光などの光を発する場合がある。メタル層ＭＥが発した光は、基板ＳｉＥを透過した後に、観察用光学系１３の対物レンズ１３ａ及びビームスプリッタ１３ｂを介して二次元カメラ１５に入力される。
【0058】
観察用光学系１３は、ＸＹＺステージ１４に載置されている。Ｚ軸方向は、対物レンズ１３ａの光軸方向である。ＸＹＺステージ１４は、Ｚ軸方向に移動可能である。さらに、ＸＹＺステージ１４は、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向及びＹ軸方向にも移動可能である。ＸＹＺステージ１４は、後述する計算機４０の制御部４１ｂに制御される。ＸＹＺステージ１４の位置によって観察エリアが決定される。観察用光学系１３は、照射された光に応じた半導体デバイスＤからの反射光を、半導体デバイスＤからの光として二次元カメラ１５に導く。
【0059】
二次元カメラ１５は、半導体デバイスＤからの光（第１光）を受ける。二次元カメラ１５は、受けた光に基づく画像データを出力する。本明細書でいう半導体デバイスＤからの光は、照明光に応じて半導体デバイスＤにおいて反射された反射光であってもよい。また、本明細書でいう半導体デバイスＤからの光は、刺激信号に応じて生じたエミッション光であってもよい。例えば、二次元カメラ１５は、マーキング処理中において、半導体デバイスＤの基板ＳｉＥ側から、半導体デバイスＤを撮像する。換言すると、二次元カメラ１５は、マーキング処理中において、半導体デバイスＤの裏面Ｄ１側から、半導体デバイスＤを撮像する。
【0060】
二次元カメラ１５は、半導体デバイスＤにおいて反射された光を受ける。そして、二次元カメラ１５は、受けた光に基づいて、パターン画像を作成するための画像データを計算機４０に出力する。パターン画像によれば、マーキング位置を把握することができる。また、二次元カメラ１５は、刺激信号に応じて生じたエミッション光を受ける。二次元カメラ１５は、受けた光に基づいて、発光画像を生成するための画像データを計算機４０に出力する。発光画像によれば、半導体デバイスＤにおける発光箇所を特定することができる。発光箇所を特定することにより、半導体デバイスＤの故障箇所を特定することができる。
【0061】
二次元カメラ１５としては、半導体デバイスＤの基板ＳｉＥを透過する波長の光を検出可能な撮像装置を用いてよい。二次元カメラ１５として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ又はＣＭＯＳ（ComplementaryMetal Oxide Semiconductor）イメージセンサを搭載したカメラを採用してよい。二次元カメラ１５として、ＩｎＧａＡｓカメラ又はＭＣＴカメラ等を採用してもよい。なお、発光計測の際には、光源１２からの照明光は、不要である。つまり、発光計測の際には、光源１２を動作させる必要はない。
【0062】
＜マーキング部＞
次に、マーキング部２０について説明する。マーキング部２０は、故障箇所を示すマークを付す。マーキング部２０は、レーザ光源２１と、レーザマーキング用光学系２２（第２光学系）と、ＸＹＺステージ２３（第２駆動部）と、プロービングカメラ２４（第２光検出部）と、照明光源２５と、を有する。
次に、マーキング部２０について説明する。マーキング部２０は、故障箇所を示すマークを付す。マーキング部２０は、レーザ光源２１と、レーザマーキング用光学系２２（第２光学系）と、ＸＹＺステージ２３（第２駆動部）と、プロービングカメラ２４（第２光検出部）と、照明光源２５と、を有する。
【0063】
マーキング部２０は、解析部１０において特定された故障箇所の周囲に、マークを付す。図２（ａ）及び図２（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２（ａ）及び図２（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２（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、貫通穴がメタル層ＭＥと基板ＳｉＥとの境界面ｓｓに達することにより、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行われる。つまり、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。また、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。
【0064】
マーキング部２０は、図３に示すように、レーザ光源２１によって出力されたレーザ光を、レーザマーキング用光学系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。マーキング部２０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にレーザ光を照射する。以下、マーキング部２０の詳細について説明する。
【0065】
図１に示すように、レーザ光源２１は、半導体デバイスＤに照射されるレーザ光を出力する。レーザ光は、メタル層ＭＥに貫通穴を形成する。レーザ光源２１は、計算機４０から出力開始命令が入力されると、レーザ光の出力を開始する。レーザ光源２１は、例えば固体レーザ光源及び半導体レーザ光源等を採用してよい。レーザ光源２１から出力される光の波長は、２５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である。
【0066】
レーザマーキング用光学系２２は、半導体デバイスＤのマーキング箇所ｍｐにレーザ光を照射する。具体的には、レーザマーキング用光学系２２は、半導体デバイスＤのメタル層ＭＥ側からレーザ光を半導体デバイスＤに照射する。換言すると、レーザマーキング用光学系２２は、半導体デバイスＤの表面Ｄ２側からレーザ光を半導体デバイスＤに照射する。レーザマーキング用光学系２２は、対物レンズ２２ａ及び切替部２２ｂを有している。切替部２２ｂはレーザ光源２１及びプロービングカメラ２４の光路を切り替える。対物レンズ２２ａは、レーザ光をマーキング箇所ｍｐに集光する。対物レンズ２２ａは、半導体デバイスＤの表面から来た光をプロービングカメラ２４へ導く。
【0067】
レーザマーキング用光学系２２は、ＸＹＺステージ２３に載置されている。ＸＹＺステージ２３のＺ軸方向は、対物レンズ２２ａの光軸方向である。ＸＹＺステージ２３は、計算機４０から制御命令を受ける。ＸＹＺステージ２３は、制御命令に応じて、Ｚ軸方向にレーザマーキング用光学系２２を移動させる。また、ＸＹＺステージ２３は、制御命令に応じて、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向及びＹ軸方向にレーザマーキング用光学系２２を移動させる。なお、レーザマーキング用光学系２２がＸＹＺステージ２３を代替する光走査部を有し、半導体デバイスＤの表面Ｄ２上のマーキング箇所ｍｐにレーザ光を集光させてもよい。光走査部として、例えばガルバノミラー又はＭＥＭＳミラー等の光走査素子を用いてよい。また、レーザマーキング用光学系２２は、シャッタを備えてもよい。この構成によれば、シャッタによって、制御部４１ｂからの制御によってレーザ光源２１からのレーザ光を通過させたり遮ったりする。その結果、レーザ光の出力を制御することができる。
【0068】
プロービングカメラ２４は、半導体デバイスＤの表面Ｄ２側から、半導体デバイスＤのメタル層ＭＥを撮像する。プロービングカメラ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の表面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、プロービングカメラ２４で撮像する際に半導体デバイスＤへ照明光を照明する。
【0069】
＜デバイス配置部＞
デバイス配置部３０は、半導体デバイスＤを保持する。さらに、デバイス配置部３０は、観察用光学系１３に対する半導体デバイスＤの位置を変更する。同様に、デバイス配置部３０は、レーザマーキング用光学系２２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（第３の駆動部）と、を有する。
デバイス配置部３０は、半導体デバイスＤを保持する。さらに、デバイス配置部３０は、観察用光学系１３に対する半導体デバイスＤの位置を変更する。同様に、デバイス配置部３０は、レーザマーキング用光学系２２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（第３の駆動部）と、を有する。
【0070】
従って、解析装置１は、観察用光学系１３と、レーザマーキング用光学系２２と、デバイス配置部３０と、のそれぞれが駆動機構を有している。つまり、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、観察用光学系１３を固定した状態で、レーザマーキング用光学系２２及びデバイス配置部３０を移動させることができる。さらに、観察用光学系１３及びレーザマーキング用光学系２２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、「観察用光学系１３及びレーザマーキング用光学系２２を固定した状態」とは、観察用光学系１３に対するレーザマーキング用光学系２２の相対的な位置が維持される状態をいう。
【0071】
サンプルステージ３１には、ウェハチャック３２が摺動可能に載置される。ウェハチャック３２は、半導体デバイスＤを保持するデバイス保持部３２ａを有する。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。
【0072】
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４参照）は、ガラス板である。ガラス板の一方の面には、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。その結果、ガラス板は、照明光源２５及び光源１２から出力される光も透過する。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、アライメントターゲット５０が配置されるターゲット穴３２ｂを有している。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。この配置によれば、プロービングカメラ２４及び二次元カメラ１５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。
【0073】
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。つまり、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。つまり、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。
【0074】
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、観察用光学系１３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。同様に、レーザマーキング用光学系２２を移動させることなく、レーザ光の照射位置を変更することができる。
【0075】
なお、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、を奏す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、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ＸＹステージを有してもよい。
【0076】
＜計算機＞
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て構成されている。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。計算機４０は、機能的な構成要素として、条件設定部４１ａと、制御部４１ｂと、画像処理部４１ｃと、を有する。
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て構成されている。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。計算機４０は、機能的な構成要素として、条件設定部４１ａと、制御部４１ｂと、画像処理部４１ｃと、を有する。
【0077】
＜条件設定部＞
条件設定部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。条件設定部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、条件設定部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２（ａ）及び図２（ｂ）参照）。なお、マーキング箇所ｍｐは、表示部４１ｄに表示された解析画像を見たユーザからのマーキング箇所ｍｐを示す情報の入力を入力部４１ｅが受け付けることより設定されてもよい。この場合、条件設定部４１ａは、マーキング箇所ｍｐを自動的に設定しない。条件設定部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。条件設定部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。条件設定部４１ａは、リファレンス画像を計算機４０のメモリに保存する。
条件設定部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。条件設定部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、条件設定部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２（ａ）及び図２（ｂ）参照）。なお、マーキング箇所ｍｐは、表示部４１ｄに表示された解析画像を見たユーザからのマーキング箇所ｍｐを示す情報の入力を入力部４１ｅが受け付けることより設定されてもよい。この場合、条件設定部４１ａは、マーキング箇所ｍｐを自動的に設定しない。条件設定部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。条件設定部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。条件設定部４１ａは、リファレンス画像を計算機４０のメモリに保存する。
【0078】
＜制御部＞
制御部４１ｂは、二次元カメラ１５の視野に故障箇所の観察エリアが収まるように、解析部１０のＸＹＺステージ１４を制御する。制御部４１ｂは、観察用光学系１３の光軸にレーザマーキング用光学系２２の光軸が一致するように、マーキング部２０のＸＹＺステージ２３を制御する。制御部４１ｂは、レーザマーキング用光学系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。
制御部４１ｂは、二次元カメラ１５の視野に故障箇所の観察エリアが収まるように、解析部１０のＸＹＺステージ１４を制御する。制御部４１ｂは、観察用光学系１３の光軸にレーザマーキング用光学系２２の光軸が一致するように、マーキング部２０のＸＹＺステージ２３を制御する。制御部４１ｂは、レーザマーキング用光学系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。
【0079】
制御部４１ｂは、レーザ光源２１も制御する。制御部４１ｂは、画像処理部４１ｃによってマーク像が現れたと判断された場合に、レーザ光源２１に対して出力停止信号を出力する。レーザ光源２１は、出力停止信号が入力された場合に、レーザ光の出力を停止する。このため、レーザ光源２１は、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光を出力し続ける。以上より、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、レーザ光源２１を制御する。また、レーザ光の貫通閾値が設定されているので、制御部４１ｂは、レーザ光がメタル層ＭＥを貫通するまでレーザマーキングが行われるように、レーザ光源２１を制御する。
【0080】
＜画像処理部＞
計算機４０は、ケーブルを介して二次元カメラ１５に電気的に接続されている。計算機４０は、二次元カメラ１５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。ここで、上述した発光画像だけでは、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。そこで、計算機４０は、解析画像として、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重畳させた重畳画像を生成する。
計算機４０は、ケーブルを介して二次元カメラ１５に電気的に接続されている。計算機４０は、二次元カメラ１５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。ここで、上述した発光画像だけでは、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。そこで、計算機４０は、解析画像として、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重畳させた重畳画像を生成する。
【0081】
画像処理部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が重畳されている。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。また、画像処理部４１ｃは、マーキング画像を表示部４１ｄに表示する。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。また、画像処理部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。また、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。また、マーキング情報は、紙媒体で出力してもよい。
【0082】
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。また、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。なお、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。
【0083】
なお、画像処理部４１ｃは、レーザ光の照射を停止させる制御命令を制御部４１ｂに出力させてもよい。レーザ光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、画像処理部４１ｃは、レーザ光源２１が出力したレーザ光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く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。一方、メタル層ＭＥの穴が深くなると、裏面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、裏面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。
【0084】
画像処理部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、画像処理部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。
【0085】
なお、画像処理部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。また、画像処理部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。そして、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、画像処理部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再度レーザマーキングを行ってもよい。
【0086】
【0087】
＜解析工程Ｓ１０＞
まず、半導体デバイスＤの故障箇所を特定する（Ｓ１０）。制御部４１ｂは、工程Ｓ１０のための解析命令を解析部１０に出力する。具体的には、図６（ａ）に示すように、観察用光学系１３の視野に観察したいエリアを捉えるように、ＸＹＺステージ１４は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を制御して観察用光学系１３を移動させる。次に、観察したいエリアに対物レンズ１３ａの焦点位置があうように、ＸＹＺステージ１４のＺ軸方向を制御して、観察用光学系１３を移動させる。次に、光源１２は、半導体デバイスＤに光を照射する。そして、二次元カメラ１５は、半導体デバイスＤからの反射光を受ける。二次元カメラ１５は、反射光に基づいて光学反射像を生成する。そして、二次元カメラ１５は、光学反射像を計算機４０に出力する。光学反射像が出力された後に、光源１２は、半導体デバイスＤへの光の照射を停止する。続いて、テスタユニット１１は、半導体デバイスＤに刺激信号を印加する。そして、二次元カメラ１５は、刺激信号に起因する光を受ける。二次元カメラ１５は、刺激信号に起因する光に基づいて発光像を生成する。そして、二次元カメラ１５は、発光像を計算機４０に出力する。画像処理部４１ｃは、光学反射画像と発光画像とが重畳された解析画像を生成する。次に、解析画像を利用して、故障箇所ｆｐが特定される。
まず、半導体デバイスＤの故障箇所を特定する（Ｓ１０）。制御部４１ｂは、工程Ｓ１０のための解析命令を解析部１０に出力する。具体的には、図６（ａ）に示すように、観察用光学系１３の視野に観察したいエリアを捉えるように、ＸＹＺステージ１４は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を制御して観察用光学系１３を移動させる。次に、観察したいエリアに対物レンズ１３ａの焦点位置があうように、ＸＹＺステージ１４のＺ軸方向を制御して、観察用光学系１３を移動させる。次に、光源１２は、半導体デバイスＤに光を照射する。そして、二次元カメラ１５は、半導体デバイスＤからの反射光を受ける。二次元カメラ１５は、反射光に基づいて光学反射像を生成する。そして、二次元カメラ１５は、光学反射像を計算機４０に出力する。光学反射像が出力された後に、光源１２は、半導体デバイスＤへの光の照射を停止する。続いて、テスタユニット１１は、半導体デバイスＤに刺激信号を印加する。そして、二次元カメラ１５は、刺激信号に起因する光を受ける。二次元カメラ１５は、刺激信号に起因する光に基づいて発光像を生成する。そして、二次元カメラ１５は、発光像を計算機４０に出力する。画像処理部４１ｃは、光学反射画像と発光画像とが重畳された解析画像を生成する。次に、解析画像を利用して、故障箇所ｆｐが特定される。
【0088】
上述したように、解析工程が行われている期間において、半導体デバイスＤに対する観察用光学系１３の位置関係は、観察用光学系１３の視野に観察エリアが含まれている。そして、解析工程が行われている期間において、半導体デバイスＤに対する観察用光学系１３の位置関係は、維持される。一方、解析工程が行われている期間において、半導体デバイスＤに対するレーザマーキング用光学系２２の位置は、特に制限はない。例えば、レーザマーキング用光学系２２の光軸は、観察用光学系１３の光軸に対して一致していてもよいし、一致していなくてもよい。通常は、光軸の位置合わせを行わない限り、レーザマーキング用光学系２２の光軸は、観察用光学系１３の光軸に対して一致しない。本実施形態の解析方法では、上述した解析工程の前に、光軸の置合わせを実施してもよいが、必須ではない。本実施形態の解析方法において、光軸の位置合わせは、解析工程が完了した後に実施する。
【0089】
＜アライメント工程Ｓ２０＞
次に、観察用光学系１３とレーザマーキング用光学系２２との位置合わせを行う（Ｓ２０）。制御部４１ｂは、工程Ｓ２０のためのアライメント命令をマーキング部２０及びデバイス配置部３０に出力する。以下の説明では、アライメント工程を実施する直前において、観察用光学系１３の光軸は、半導体デバイスＤの故障箇所と交差している状態を例示する。まず、図６（ｂ）に示すように、観察用光学系１３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、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を制御してウェハチャック３２を移動させる（Ｓ２１）。この移動を「半導体デバイスＤの退避」とも称する。このとき、制御部４１ｂは、半導体デバイスＤ（ウェハチャック３２）の移動量を記憶する。
次に、観察用光学系１３とレーザマーキング用光学系２２との位置合わせを行う（Ｓ２０）。制御部４１ｂは、工程Ｓ２０のためのアライメント命令をマーキング部２０及びデバイス配置部３０に出力する。以下の説明では、アライメント工程を実施する直前において、観察用光学系１３の光軸は、半導体デバイスＤの故障箇所と交差している状態を例示する。まず、図６（ｂ）に示すように、観察用光学系１３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、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を制御してウェハチャック３２を移動させる（Ｓ２１）。この移動を「半導体デバイスＤの退避」とも称する。このとき、制御部４１ｂは、半導体デバイスＤ（ウェハチャック３２）の移動量を記憶する。
【0090】
次に、図７（ａ）に示すように、レーザマーキング用光学系２２の視野にアライメントターゲット５０を捉えるように、ＸＹＺステージ２３は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を制御してレーザマーキング用光学系２２を移動させる（Ｓ２２）。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を透過して、観察用光学系１３に入射する。入射した照明光は、二次元カメラ１５に捉えられる。二次元カメラ１５は、透過像を計算機４０に出力する。また、照明光は、アライメントターゲット５０の不透明部５０ｂで反射する。反射した光は、レーザマーキング用光学系２２に再び入射する。そして、入射した反射光は、プロービングカメラ２４に捉えられる。プロービングカメラ２４は、反射像を計算機４０に出力する。画像処理部４１ｃは、透過像及び反射像を用いて、観察用光学系１３の光軸に対するレーザマーキング用光学系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、レーザマーキング用光学系２２の移動と、ずれ量の確認と、を繰り返し行う。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。
【0091】
光軸の位置合わせが完了した後に、図７（ｂ）に示すように、観察用光学系１３の視野に半導体デバイスＤの故障箇所を捉えるように、ＸＹ駆動部３３は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を制御してウェハチャック３２を移動させる（Ｓ２３）。このとき、制御部４１ｂ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。また、二次元カメラ１５及びプロービングカメラ２４から出力される画像データを用いて、レーザマーキング用光学系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。そして、この工程における半導体デバイスＤの移動を「半導体デバイスＤの復帰」とも称する。つまり、光軸の位置合わせが完了した直後は、半導体デバイスＤが退避しているので、観察用光学系１３及びレーザマーキング用光学系２２の視野に半導体デバイスＤは存在しない。そこで、光軸の位置合わせが完了した後に、観察用光学系１３及びレーザマーキング用光学系２２の視野に半導体デバイスＤを収める。より詳細には、観察用光学系１３の光軸及びレーザマーキング用光学系２２の光軸に、半導体デバイスＤの故障箇所を一致させる。つまり、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、観察用光学系１３及びレーザマーキング用光学系２２は、移動させない。その結果、観察用光学系１３及びレーザマーキング用光学系２２の相対的な位置関係は、位置合わせの結果が維持される。
【0092】
＜マーキング工程Ｓ３０＞
図８に示すように、マーキング箇所ｍｐへのレーザマーキングを実行する（Ｓ３０）。制御部４１ｂは、工程Ｓ３０のためのマーキング命令をマーキング部２０及びデバイス配置部３０に出力する。具体的には、レーザ光源２１は、レーザ光を出力する。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。なお、それぞれのマーキング箇所ｍｐへのレーザ光の出力動作において、画像処理部４１ｃは、パターン画像上にマーク像が現れたか否かを判定してもよい。パターン画像上にマーク像が現れていないと判定された場合には、再度、レーザ光の照射を実行する。このレーザ光の照射動作と並行して、画像処理部４１ｃは、パターン画像を生成する。
図８に示すように、マーキング箇所ｍｐへのレーザマーキングを実行する（Ｓ３０）。制御部４１ｂは、工程Ｓ３０のためのマーキング命令をマーキング部２０及びデバイス配置部３０に出力する。具体的には、レーザ光源２１は、レーザ光を出力する。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。なお、それぞれのマーキング箇所ｍｐへのレーザ光の出力動作において、画像処理部４１ｃは、パターン画像上にマーク像が現れたか否かを判定してもよい。パターン画像上にマーク像が現れていないと判定された場合には、再度、レーザ光の照射を実行する。このレーザ光の照射動作と並行して、画像処理部４１ｃは、パターン画像を生成する。
【0093】
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。
【0094】
解析装置１及び半導体故障解析方法では、まず、マーキング部２０が有するレーザマーキング用光学系２２の光軸を、ウェハチャック３２に設けられたアライメントターゲット５０に基づいて解析部１０が有する観察用光学系１３の光軸に合わせる。その後、観察用光学系１３の光軸とレーザマーキング用光学系２２の光軸との位置関係を維持した状態で、半導体デバイスＤに設定されるマーキング位置にレーザ光を照射させる。つまり、観察用光学系１３の光軸とレーザマーキング用光学系２２の光軸とを合わせた後は、観察用光学系１３及びレーザマーキング用光学系２２は、一方が他方に対して相対的に移動しない。従って、移動によって生じ得る移動指令値が示す位置と実際の位置とのずれは生じない。その結果、解析部１０が示す故障箇所の位置に対して、マーキング部２０によって付されるマークが示す位置のずれを低減することができる。
【0095】
制御部４１ｂは、アライメント命令を出力する前に、解析部１０によって半導体デバイスＤの故障箇所を解析する解析命令を解析部１０に出力する。この構成によれば、故障箇所の位置を精度よく示すマークを付すことができる。
【0096】
マーキング命令は、ＸＹ駆動部３３によってウェハチャック３２をマーキング位置に移動させた後に、半導体デバイスＤにレーザ光を照射させてもよい。この構成によれば、観察用光学系１３の光軸にレーザマーキング用光学系２２の光軸を合わせた後に、観察用光学系１３及びレーザマーキング用光学系２２の相対的な位置に加えて絶対的な位置も維持したまま、半導体デバイスＤの所望の位置にレーザ光を照射することができる。その結果、マーキング部２０によって付されるマークが示す位置のずれをさらに低減することができる。
【0097】
アライメント命令は、二次元カメラ１５に一方の側からのアライメントターゲット５０の第１画像を取得させ、プロービングカメラ２４に他方の側からのアライメントターゲット５０の第２画像を取得させ、第１画像及び第２画像に基づいてレーザマーキング用光学系２２の光軸を観察用光学系１３の光軸に合わせるように第２駆動部を移動させる。この構成によれば、観察用光学系１３の光軸にレーザマーキング用光学系２２の光軸を合わせる動作を確実に行うことができる。
【0098】
アライメントターゲット５０は、ウェハチャック３２において半導体デバイスＤが保持されるデバイス保持部３２ａとは異なる場所に設けられる。この構成によれば、半導体デバイスＤの種類によらず、観察用光学系１３の光軸にレーザマーキング用光学系２２の光軸を合わせることができる。
【0099】
二次元カメラ１５は、アライメントターゲット５０を一方の側から見た第１画像を取得する。プロービングカメラ２４は、ターゲットを他方の側から見た第２画像を取得する。この構成によっても、観察用光学系１３の光軸にレーザマーキング用光学系２２の光軸を合わせる動作を確実に行うことができる。
【0100】
アライメントターゲット５０は、二次元カメラ１５及びプロービングカメラ２４が検出可能な光を透過する光透過部５０ａを含む。この構成によっても、観察用光学系１３の光軸にレーザマーキング用光学系２２の光軸を合わせる動作を確実に行うことができる。
【0101】
要するに、第１半導体故障解析装置は、半導体デバイスから第１光学系を介して第１光を第１光検出部が受け、前記第１光学系が前記半導体デバイスに対して第１駆動部によって相対的に移動する解析部と、前記半導体デバイスから第２光学系を介して第２光を第２光検出部が受けると共に、前記半導体デバイスに対して前記第２光学系を介してレーザ光を照射し、前記第２光学系が前記半導体デバイスに対して第２駆動部によって相対的に移動するマーキング部と、前記解析部と前記マーキング部との間に配置されて、前記半導体デバイスを保持すると共に、前記第１光学系の光軸と前記第２光学系の光軸との位置合わせのためのターゲットが設けられたチャックを有し、前記チャックが前記解析部及び前記マーキング部に対して第３の駆動部によって相対的に移動するデバイス配置部と、前記解析部、前記マーキング部及び前記デバイス配置部に命令を出力する制御部と、を備え、前記ターゲットは、前記ターゲットの一方の側から前記第１光検出部によって検出可能であると共に、前記ターゲットの他方の側から前記第２光検出部によって検出可能であり、前記制御部は、前記第１光検出部が前記ターゲットを検出可能な位置に前記チャックを移動させた後に、前記ターゲットを基準として、前記第２光学系の光軸を前記第１光学系の光軸に合わせるアライメント命令を前記マーキング部及び前記デバイス配置部に出力し、前記第１光学系の光軸と前記第２光学系の光軸との位置関係を維持した状態で、前記半導体デバイスに設定されるマーキング位置に前記レーザ光を照射させるマーキング命令と、を前記マーキング部及び前記デバイス配置部に出力する。
【0102】
第２半導体故障解析装置は、第１半導体故障解析装置の前記制御部が、前記アライメント命令を出力する前に、前記解析部によって前記半導体デバイスの故障箇所を解析する解析命令を前記解析部に出力する。
【0103】
第３の半導体故障解析装置は、第１又は第２半導体故障解析装置の前記マーキング命令が、前記第３の駆動部によって前記チャックを前記マーキング位置に移動させた後に、前記半導体デバイスに前記レーザ光を照射させる。
【0104】
第１～第３の何れかの半導体故障解析装置の前記アライメント命令は、前記第１光検出部に一方の側からの前記ターゲットの第１画像を取得させ、前記第２光検出部に他方の側からの前記ターゲットの第２画像を取得させ、前記第１画像及び前記第２画像に基づいて前記第２光学系の光軸を前記第１光学系の光軸に合わせるように前記第２光学系を移動させる。
【0105】
第４の半導体故障解析装置は、第１～第３の何れかの半導体故障解析装置の前記ターゲットが、前記チャックにおいて前記半導体デバイスが保持されるデバイス保持部とは異なる場所に設けられている。
【0106】
第５の半導体故障解析装置は、第１～第４の何れかの半導体故障解析装置の前記第１光検出部が、前記ターゲットを一方の側から見た第１画像を取得し、前記第２光検出部は、前記ターゲットを他方の側から見た第２画像を取得する。
【0107】
第６の半導体故障解析装置は、第１～第５の何れかの半導体故障解析装置の前記ターゲットが、前記第１光検出部及び前記第２光検出部が検出可能な光を透過する光透過部を含む。
【0108】
半導体故障解析装置を用いて半導体デバイスを解析する第１半導体故障解析方法であって、前記半導体故障解析装置は、前記半導体デバイスから第１光学系を介して第１光を第１光検出部が受け、前記第１光学系が前記半導体デバイスに対して第１駆動部によって相対的に移動する解析部と、前記半導体デバイスから第２光学系を介して第２光を第２光検出部が受けると共に、前記半導体デバイスに対して前記第２光学系を介してレーザ光を照射し、前記第２光学系が前記半導体デバイスに対して第２駆動部によって相対的に移動するマーキング部と、前記解析部と前記マーキング部との間に配置されて、前記半導体デバイスを保持すると共に、前記第１光学系の光軸と前記第２光学系の光軸との位置合わせのためのターゲットが設けられたチャックを有し、前記チャックが前記解析部及び前記マーキング部に対して第３の駆動部によって相対的に移動するデバイス配置部と、前記解析部、前記マーキング部及び前記デバイス配置部に命令を出力する制御部と、を備え、前記ターゲットは、前記ターゲットの一方の側から前記第１光検出部によって検出可能であると共に、前記ターゲットの他方の側から前記第２光検出部によって検出可能であり、前記第１光検出部が前記ターゲットを検出可能な位置に前記チャックを移動させた後に、前記ターゲットを基準として、前記第２光学系の光軸を前記第１光学系の光軸に合わせるアライメント工程と、前記第１光学系の光軸と前記第２光学系の光軸との位置関係を維持した状態で、前記半導体デバイスに設定されるマーキング位置に前記レーザ光を照射させるマーキング工程と、を有する。
【0109】
第２半導体故障解析方法は、第１半導体故障解析方法が前記アライメント工程の前に、前記解析部によって前記半導体デバイスの故障箇所を解析する解析工程をさらに有する。
【0110】
第３の半導体故障解析方法は、第１又は第２半導体故障解析方法の前記マーキング工程が、前記第３の駆動部によって前記チャックを前記マーキング位置に移動させた後に、前記半導体デバイスに前記レーザ光を照射させる。
【0111】
第４の半導体故障解析方法は、第１～第３の半導体故障解析方法の前記アライメント工程が、前記第１光検出部に一方の側からの前記ターゲットの第１画像を取得させ、前記第２光検出部に他方の側からの前記ターゲットの第２画像を取得させ、前記第１画像及び前記第２画像に基づいて前記第２光学系の光軸を前記第１光学系の光軸に合わせるように前記第２駆動部を移動させる。
【0112】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
【0113】
例えば、レーザ光がメタル層ＭＥを貫通し、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。また、レーザマーキングは必ずしもメタル層ＭＥを貫通するように行われなくてもよい。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の厚さが５０ｎｍ程度であってもよい。つまり、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。
【0114】
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、レーザ光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、レーザ光の出力及びレーザ光の停止すなわちパターン画像の生成は、所定の間隔で交互に行われてもよい。
【0115】
レーザ光源２１から出力されるレーザ光の波長が１０００ナノメートル以上の場合は、観察用光学系１３は、１０００ナノメートル以上である波長のレーザ光のみを遮る光学フィルタを有してもよい。このため、レーザ光源２１から出力されたレーザ光が半導体デバイスＤの基板ＳｉＥを透過した場合であっても、レーザ光が観察用光学系１３において遮光される。その結果、レーザ光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。
【0116】
レーザ光源２１から出力されるレーザ光の波長が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には、基板にレーザ光が吸収される。その結果、光学フィルタ等を備えることなく、二次元カメラ１５等の光検出器がレーザ光により破壊されることを抑制することができる。
【0117】
半導体デバイスＤに刺激信号を印加する構成要素は、テスタユニット１１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。そして、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。
【0118】
＜第２実施形態の半導体故障解析装置＞
図９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。
図９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。
【0119】
第１解析部１０Ａは、第１光源１２Ａと、第１観察用光学系１３Ａ（第１光学系）と、ＸＹＺステージ１４（第１駆動部）と、第１カメラ１５Ａ（第１光検出部）と、を有する。第１光源１２Ａは、第１実施形態の光源１２と同様の構成を有する。第１観察用光学系１３Ａは、第１実施形態の観察用光学系１３と同様の構成を有する。第１カメラ１５Ａは、第１実施形態の二次元カメラ１５と同様の構成を有する。
【0120】
第２解析部２０Ａは、レーザ光源２１と、第２観察用光学系２２Ａ（第２光学系）と、ＸＹＺステージ２３（第２駆動部）と、第２カメラ２４Ａ（第２光検出部）と、第２光源２５Ａと、を有する。第２観察用光学系２２Ａは、第１実施形態のレーザマーキング用光学系２２と同様の構成を有する。第２カメラ２４Ａは、第１実施形態のプロービングカメラ２４と同様の構成を有する。第２光源２５Ａは、第１実施形態の照明光源２５と同様の構成を有する。
【0121】
なお、第１解析部１０Ａ又は第２解析部２０Ａの何れかは、故障箇所を示すマークを付す機能を有してもよい。つまり、第１解析部１０Ａ又は第２解析部２０Ａの何れかは、第１実施形態のマーキング部２０が有するマーキング用のレーザ光源を有してもよい。第２解析部２０Ａのレーザ光源２１をマーキング用のレーザ光源として用いてもよい。
【0122】
＜第２実施形態の半導体故障解析方法＞
次に、解析装置１Ａの解析処理について説明する。図１０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。
次に、解析装置１Ａの解析処理について説明する。図１０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】
＜アライメント工程Ｓ１００Ａ＞
まず、第１観察用光学系１３Ａと第２観察用光学系２２Ａとの位置合わせを行う（Ｓ１００Ａ）。制御部４１ｂは、工程Ｓ１００Ａのためのアライメント命令を第２解析部２０Ａ及びデバイス配置部３０に出力する。第１観察用光学系１３Ａ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（Ｓ１０１）。制御部４１ｂは、半導体デバイスＤ（ウェハチャック３２）の移動量を記憶する。
まず、第１観察用光学系１３Ａと第２観察用光学系２２Ａとの位置合わせを行う（Ｓ１００Ａ）。制御部４１ｂは、工程Ｓ１００Ａのためのアライメント命令を第２解析部２０Ａ及びデバイス配置部３０に出力する。第１観察用光学系１３Ａ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（Ｓ１０１）。制御部４１ｂは、半導体デバイスＤ（ウェハチャック３２）の移動量を記憶する。
【0124】
次に、第１観察用光学系１３Ａの光軸と第２観察用光学系２２Ａの光軸を合わせる（Ｓ１０２）。まず、第２観察用光学系２２Ａの視野にアライメントターゲット５０を捉えるように、ＸＹＺステージ２３は、第２観察用光学系２２Ａを移動させる。次に、第２光源２５Ａ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観察用光学系１３Ａの第１カメラ１５Ａ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１５Ａは、透過像を計算機４０に出力する。第２カメラ２４Ａ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。そして、第２カメラ２４Ａは、反射像を計算機４０に出力する。画像処理部４１ｃは、透過像及び反射像を用いて、第１観察用光学系１３Ａの光軸に対する第２観察用光学系２２Ａ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観察用光学系２２Ａの移動と、ずれ量の確認と、を繰り返し行う。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。なお、ずれを許容範囲に収めるための動作として、第１観察用光学系１３Ａの位置を固定した状態で第２観察用光学系２２Ａを移動させてもよい。また、第２観察用光学系２２Ａの位置を固定した状態で第１観察用光学系１３Ａを移動させてもよい。さらに、第１観察用光学系１３Ａ及び第２観察用光学系２２Ａの両方を移動させてもよい。
【0125】
光軸の位置合わせが完了した後に、第１観察用光学系１３Ａ及び第２観察用光学系２２Ａ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（Ｓ１０３）。このとき、制御部４１ｂ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。また、第１カメラ１５Ａ及び第２カメラ２４Ａから出力される画像データを用いて、第１観察用光学系１３Ａ及び第２観察用光学系２２Ａ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。光軸の位置合わせが完了した直後は、半導体デバイスＤが退避しているので、第１観察用光学系１３Ａ及び第２観察用光学系２２Ａの視野に半導体デバイスＤは存在しない。そこで、光軸の位置合わせが完了した後に、第１観察用光学系１３Ａ及び第２観察用光学系２２Ａの視野に半導体デバイスＤを収める。より詳細には、第１観察用光学系１３Ａの光軸及び第２観察用光学系２２Ａの光軸に、半導体デバイスＤを配置する。つまり、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観察用光学系１３Ａ及び第２観察用光学系２２Ａは、移動させない。その結果、第１観察用光学系１３Ａ及び第２観察用光学系２２Ａの相対的な位置関係は、位置合わせの結果が維持される。
【0126】
＜解析工程Ｓ１１０Ａ＞
次に、半導体デバイスＤの故障箇所を特定する（Ｓ１１０Ａ）。解析工程Ｓ１１０Ａでは、いわゆる発光解析を実施する。発光解析を行う場合には、第１カメラ１５Ａ及び第２カメラ２４Ａは、半導体デバイスＤの基板ＳｉＥを透過する波長の光を検出可能な撮像装置を採用する。例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ又はＣＭＯＳ（ComplementaryMetal Oxide Semiconductor）イメージセンサを搭載したカメラを採用してよい。また、ＩｎＧａＡｓカメラ又はＭＣＴカメラ等を採用してもよい。
次に、半導体デバイスＤの故障箇所を特定する（Ｓ１１０Ａ）。解析工程Ｓ１１０Ａでは、いわゆる発光解析を実施する。発光解析を行う場合には、第１カメラ１５Ａ及び第２カメラ２４Ａは、半導体デバイスＤの基板ＳｉＥを透過する波長の光を検出可能な撮像装置を採用する。例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ又はＣＭＯＳ（ComplementaryMetal Oxide Semiconductor）イメージセンサを搭載したカメラを採用してよい。また、ＩｎＧａＡｓカメラ又はＭＣＴカメラ等を採用してもよい。
【0127】
まず、計算機４０は、第１光源１２Ａ及び第２光源２５Ａからの照明光の照射を停止する。次に、計算機４０は、刺激信号を刺激信号印加部６０から半導体デバイスＤに出力させる。半導体デバイスＤのメタル層ＭＥが故障箇所を含む場合に、当該故障箇所においてエミッション光を発する。メタル層ＭＥが発した光は、基板ＳｉＥの一方の面を介して第１観察用光学系１３Ａに入射する。その結果、第１カメラ１５Ａは、入射した光に応じた画像を計算機４０に出力する。同様に、メタル層ＭＥが発した光は、基板ＳｉＥの他方の面を介して、第２観察用光学系２２Ａに入射する。その結果、第２カメラ２４Ａは、入射した光に応じた画像を計算機４０に出力する。計算機４０は、これらの画像データから発光位置を特定することにより、故障箇所を特定する。
【0128】
第１カメラ１５Ａ及び第２カメラ２４Ａの撮像動作は、第１態様と第２態様とを取り得る。撮像動作とは、光の入力を受けた場合に画像データを出力可能な動作をいう。従って、「撮像動作をさせる」とは、カメラに光を到達させ得る状態にすると共に、光を受けたカメラが画像データを出力可能である状態にすることを意味する。
【0129】
第１態様として第１カメラ１５Ａの撮像動作と、第２カメラ２４Ａによる撮像動作とは、時間的に並行して行ってもよい。つまり、第１カメラ１５Ａの撮像動作を実施しているときに、第２カメラ２４Ａの撮像動作を実施してもよい。より詳細には、計算機４０は、第１観察用光学系１３Ａにおいて光を第１カメラ１５Ａに到達可能な状態にすると共に光を受けた第１カメラ１５Ａが画像データを出力可能な状態とする。さらに、計算機４０は、第２観察用光学系２２Ａにおいて光を第２カメラ２４Ａに到達可能な状態にすると共に光を受けた第２カメラ２４Ａが画像データを出力可能な状態とする。
【0130】
第１態様において、半導体デバイスＤの一方の面及び他方の面の両方から光が出力される場合には、第１カメラ１５Ａ及び第２カメラ２４Ａの両方から画像データが出力される。しかし、エミッション光が発生した場合において、当該エミッション光は必ずしも半導体デバイスＤの一方の面及び他方の面の両方から出力されるとは限らない。例えば、配線層において一方のエミッション光が遮られる場合があり得る。つまり、半導体デバイスＤの一方の面から光が出力されるが、他方の面からは光が出力されないことがある。第１態様では、第１カメラ１５Ａ及び第２カメラ２４Ａの両方が画像データを出力可能な状態である。しかし、第１カメラ１５Ａのみに光が入射するので、第１カメラ１５Ａのみが画像データを出力する。逆に、半導体デバイスＤの他方の面から光が出力されるが、一方の面からは光が出力されないことがある。この場合には、第２カメラ２４Ａのみが画像データを出力する。
【0131】
また、第２態様として、第１カメラ１５Ａの撮像動作と、第２カメラ２４Ａによる撮像動作とは、交互に行ってもよい。つまり、第１期間では第１カメラ１５Ａの撮像動作を行う。第１期間と重複しない第２期間では第２カメラ２４Ａによる撮像動作を行う。
【0132】
より詳細には、第１期間では、計算機４０は、第１観察用光学系１３Ａにおいて光を第１カメラ１５Ａに到達可能な状態にすると共に光を受けた第１カメラ１５Ａが画像データを出力可能な状態とする。さらに、計算機４０は、第２観察用光学系２２Ａにおいて光を第２カメラ２４Ａに到達させない状態にする、及び／又は、光を受けた第２カメラ２４Ａが画像データを出力しない状態とする。第２期間では、計算機４０は、第１観察用光学系１３Ａにおいて光を第１カメラ１５Ａに到達させない状態にする、及び／又は、光を受けた第１カメラ１５Ａが画像データを出力しない状態とする。さらに、計算機４０は、第２観察用光学系２２Ａにおいて光を第２カメラ２４Ａに到達可能な状態にすると共に、光を受けた第２カメラ２４Ａが画像データを出力可能な状態とする。
【0133】
＜マーキング工程Ｓ１２０Ａ＞
マーキング箇所ｍｐへのレーザマーキングを実行する（Ｓ１２０Ａ）。制御部４１ｂは、工程Ｓ１２０Ａのためのマーキング命令を第２解析部２０Ａ及びデバイス配置部３０に出力する。具体的には、レーザ光源２１は、レーザ光を出力する。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。なお、それぞれのマーキング箇所ｍｐへのレーザ光の出力動作において、画像処理部４１ｃは、パターン画像上にマーク像が現れたか否かを判定してもよい。パターン画像上にマーク像が現れていないと判定された場合には、再度、レーザ光の照射を実行する。このレーザ光の照射動作と並行して、画像処理部４１ｃは、パターン画像を生成する。
マーキング箇所ｍｐへのレーザマーキングを実行する（Ｓ１２０Ａ）。制御部４１ｂは、工程Ｓ１２０Ａのためのマーキング命令を第２解析部２０Ａ及びデバイス配置部３０に出力する。具体的には、レーザ光源２１は、レーザ光を出力する。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。なお、それぞれのマーキング箇所ｍｐへのレーザ光の出力動作において、画像処理部４１ｃは、パターン画像上にマーク像が現れたか否かを判定してもよい。パターン画像上にマーク像が現れていないと判定された場合には、再度、レーザ光の照射を実行する。このレーザ光の照射動作と並行して、画像処理部４１ｃは、パターン画像を生成する。
【0134】
解析装置１Ａは、半導体デバイスＤが発した光を第１観察用光学系１３Ａを介して第１カメラ１５Ａが受け、第１観察用光学系１３Ａが半導体デバイスＤに対して第１駆動部によって相対的に移動する第１解析部１０Ａと、半導体デバイスＤが発した光を第２観察用光学系２２Ａを介して第２カメラ２４Ａが受け、第２観察用光学系２２Ａが半導体デバイスＤに対して第２駆動部によって相対的に移動する第２解析部２０Ａと、第１解析部１０Ａと第２解析部２０Ａとの間に配置されて、半導体デバイスＤを保持すると共に、第１観察用光学系１３Ａの光軸と第２観察用光学系２２Ａの光軸との位置合わせのためのアライメントターゲット５０が設けられたウェハチャック３２を有し、ウェハチャック３２が第１解析部１０Ａ及び第２解析部２０Ａに対して相対的に移動するデバイス配置部３０と、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と、第１解析部１０Ａ、第２解析部２０Ａ、デバイス配置部３０及び刺激信号印加部６０に命令を出力する制御部４１ｂと、を備える。アライメントターゲット５０は、アライメントターゲット５０の一方の側から第１解析部１０Ａによって検出可能であると共に、アライメントターゲット５０の他方の側から第２解析部２０Ａによって検出可能である。制御部４１ｂは、第１カメラ１５Ａがアライメントターゲット５０を検出可能な位置にウェハチャック３２を移動させた後に、アライメントターゲット５０を基準として、第２観察用光学系２２Ａの光軸を第１観察用光学系１３Ａの光軸に合わせるアライメント命令を第２解析部２０Ａ及びデバイス配置部３０に出力する。さらに、制御部４１ｂは、第１観察用光学系１３Ａの光軸と第２観察用光学系２２Ａの光軸との位置関係を維持した状態で、半導体デバイスＤに刺激信号を印加させると共に、刺激信号に応じて発せられる半導体デバイスＤからの光を第１カメラ１５Ａ又は第２カメラ２４Ａの少なくとも一方で受ける解析命令を第１解析部１０Ａ、第２解析部２０Ａ、刺激信号印加部６０及びデバイス配置部３０に出力する。
【0135】
解析装置１Ａを用いて半導体デバイスＤを解析する半導体故障解析方法は、第１カメラ１５Ａがアライメントターゲット５０を検出可能な位置にウェハチャック３２を移動させた後に、アライメントターゲット５０を基準として、第２観察用光学系２２Ａの光軸を第１観察用光学系１３Ａの光軸に合わせるアライメント工程（Ｓ１００Ａ）と、第１観察用光学系１３Ａの光軸と第２観察用光学系２２Ａの光軸との位置関係を維持した状態で、半導体デバイスＤに刺激信号を印加させると共に、刺激信号に応じて発せられる半導体デバイスＤからの光を第１カメラ１５Ａ又は第２カメラ２４Ａの少なくとも一方で受ける解析工程（Ｓ１２０Ａ）と、を有する。
【0136】
解析装置１Ａ及び半導体故障解析方法は、第１観察用光学系１３Ａの光軸と第２観察用光学系２２Ａの光軸との位置関係を維持した状態で、半導体デバイスＤに刺激信号を印加させると共に、刺激信号に応じて発せられる半導体デバイスＤからの光を第１カメラ１５Ａ又は第２カメラ２４Ａの少なくとも一方で受ける。従って、半導体デバイスＤからの光を受ける第１観察用光学系１３Ａと第２観察用光学系２２Ａとは、光軸が一致した状態であるので、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。
【0137】
＜変形例＞
なお、解析工程では、上述した発光解析とは異なる解析を実施してもよい。例えば、解析工程では、発熱解析を実施してもよい。この場合には、刺激信号印加部６０は、刺激信号として比較的低い周波数の変調電流を与える。例えば、半導体デバイスＤの内部に短絡箇所が含まれている場合には、変調電流に起因して短絡箇所が発熱する。その結果、半導体デバイスＤには、熱源が生じる。変調電流に起因して発熱する熱源の温度は、変調電流の周波数に応じて周期的に変化する。温度の変化は、熱源の周囲であって照射光及び反射光が通過する部材の屈折率に変化を及ぼす。この屈折率の変化は、反射光の強度に変化をもたらすので、その結果、照射光の強度に対する反射光の強度の度合いである反射率が変化する。この熱源の温度変化に起因する反射率の変化を刺激信号に対する応答として利用する。その結果、半導体デバイスＤが含む故障箇所の一例である短絡箇所を特定できる。
なお、解析工程では、上述した発光解析とは異なる解析を実施してもよい。例えば、解析工程では、発熱解析を実施してもよい。この場合には、刺激信号印加部６０は、刺激信号として比較的低い周波数の変調電流を与える。例えば、半導体デバイスＤの内部に短絡箇所が含まれている場合には、変調電流に起因して短絡箇所が発熱する。その結果、半導体デバイスＤには、熱源が生じる。変調電流に起因して発熱する熱源の温度は、変調電流の周波数に応じて周期的に変化する。温度の変化は、熱源の周囲であって照射光及び反射光が通過する部材の屈折率に変化を及ぼす。この屈折率の変化は、反射光の強度に変化をもたらすので、その結果、照射光の強度に対する反射光の強度の度合いである反射率が変化する。この熱源の温度変化に起因する反射率の変化を刺激信号に対する応答として利用する。その結果、半導体デバイスＤが含む故障箇所の一例である短絡箇所を特定できる。
【0138】
＜変形例の半導体故障解析装置＞
図１１に示すように、変形例の半導体故障解析装置（以下、「解析装置１Ｓ」と称する）は、第１解析部１０Ｓと、第２解析部２０Ｓ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１解析部１０Ｓは、第１カメラ１５Ａに代えて、第１赤外カメラ１５Ｓを有する。また、第２解析部２０Ｓは、第２カメラ２４Ａに代えて、第２赤外カメラ２４Ｓを有する。
図１１に示すように、変形例の半導体故障解析装置（以下、「解析装置１Ｓ」と称する）は、第１解析部１０Ｓと、第２解析部２０Ｓ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１解析部１０Ｓは、第１カメラ１５Ａに代えて、第１赤外カメラ１５Ｓを有する。また、第２解析部２０Ｓは、第２カメラ２４Ａに代えて、第２赤外カメラ２４Ｓを有する。
【0139】
第１赤外カメラ１５Ｓは、可視光とは異なる波長を検出対象とする光検出部である。第１赤外カメラ１５Ｓは、例えば、熱線である波長２μｍ～１０μｍの光を検出対象とする。第１赤外カメラ１５Ｓとしては、ＩｎＳｂカメラ等を用いてよい。第１赤外カメラ１５Ｓによれば、半導体デバイスＤの輻射率の分布を示す画像を取得することができる。第１赤外カメラ１５Ｓは、半導体デバイスＤからの熱線を撮像することにより、画像データを出力する。画像データに応じた赤外線の情報を用いて、半導体デバイスＤにおける発熱箇所を特定することができる。発熱箇所を特定することにより、半導体デバイスＤの故障個所を特定することができる。なお、第２赤外カメラ２４Ｓも第１赤外カメラ１５Ｓと同様の構成である。
【0140】
計算機４０の画像処理部４１ｃは、上述した画像データに基づいて赤外画像を生成する。また、画像処理部４１ｃは、検出信号に基づいてパターン像を生成する。そして、画像処理部４１ｃは、パターン像に赤外画像を重畳させた重畳画像を解析画像として生成する。
【0141】
なお、熱線を検出対象とする場合には、可視光像を得る場合と異なり、照明光を必要としない。従って、解析装置１Ｓは、第１光源１２Ａ及び第２光源２５Ａを省略することも可能である。第１光源１２Ａを省略した場合には、第１観察用光学系１３Ａはビームスプリッタ１３ｂを省略できる。同様に、第２光源２５Ａを省略した場合には、第２観察用光学系２２Ａはビームスプリッタである切替部２２ｂを省略できる。
【0142】
＜変形例の半導体故障解析方法＞
次に、解析装置１Ｓの解析処理について説明する。図１２は、解析装置１Ｓを用いた解析処理の主要な工程を示すフロー図である。
次に、解析装置１Ｓの解析処理について説明する。図１２は、解析装置１Ｓを用いた解析処理の主要な工程を示すフロー図である。
【0143】
＜アライメント工程Ｓ１００Ｓ＞
変形例のアライメント工程Ｓ１００Ｓは、第２実施形態のアライメント工程Ｓ１００Ａと同様である。
変形例のアライメント工程Ｓ１００Ｓは、第２実施形態のアライメント工程Ｓ１００Ａと同様である。
【0144】
＜解析工程Ｓ１１０Ｓ＞
次、半導体デバイスＤの故障箇所を特定する（Ｓ１１０Ｓ）。まず、第１赤外カメラ１５Ｓによって半導体デバイスＤからの熱線を計測し、画像処理部４１ｃにおいて赤外画像を生成する。刺激信号印加部６０によってテストパターンなどの刺激信号が印加されている状態とする。第１赤外カメラ１５Ｓは、半導体デバイスＤの発熱を含む第１画像データを取得する。第１赤外カメラ１５Ｓは、所定の露光時間で連続的に撮像された複数枚の画像データを第１画像データとして計算機４０に送る。画像処理部４１ｃは、当該複数枚の画像データを加算する。加算処理によって、第１画像データが生成される。第１画像データは半導体デバイスＤの発熱と半導体デバイスＤを形成する素子の形状の情報とを含む。次に、刺激信号印加部６０による刺激信号の印加を停止する。第１赤外カメラ１５Ｓは、半導体デバイスＤの形成する素子の形状の情報のみを含む画像データを取得する。
第１赤外カメラ１５Ｓは、所定の露光時間で連続的に撮像された複数枚の画像データが計算機４０に出力する。画像処理部４１ｃは、当該複数枚の画像データを加算する。加算処理によって、第２画像データが生成される。第２画像データは、半導体デバイスＤを形成する素子の形状の情報のみを含む。そして、画像処理部４１ｃは、第１画像データと第２画像データとの差分を得る。その結果、半導体デバイスＤの発熱のみを含む赤外画像が生成される。画像処理部４１ｃは、第２画像データに赤外画像を重畳させた重畳画像又は第１画像データを解析画像として出力する。また、画像処理部４１ｃは、第２画像データをパターン像として出力する。
次、半導体デバイスＤの故障箇所を特定する（Ｓ１１０Ｓ）。まず、第１赤外カメラ１５Ｓによって半導体デバイスＤからの熱線を計測し、画像処理部４１ｃにおいて赤外画像を生成する。刺激信号印加部６０によってテストパターンなどの刺激信号が印加されている状態とする。第１赤外カメラ１５Ｓは、半導体デバイスＤの発熱を含む第１画像データを取得する。第１赤外カメラ１５Ｓは、所定の露光時間で連続的に撮像された複数枚の画像データを第１画像データとして計算機４０に送る。画像処理部４１ｃは、当該複数枚の画像データを加算する。加算処理によって、第１画像データが生成される。第１画像データは半導体デバイスＤの発熱と半導体デバイスＤを形成する素子の形状の情報とを含む。次に、刺激信号印加部６０による刺激信号の印加を停止する。第１赤外カメラ１５Ｓは、半導体デバイスＤの形成する素子の形状の情報のみを含む画像データを取得する。
第１赤外カメラ１５Ｓは、所定の露光時間で連続的に撮像された複数枚の画像データが計算機４０に出力する。画像処理部４１ｃは、当該複数枚の画像データを加算する。加算処理によって、第２画像データが生成される。第２画像データは、半導体デバイスＤを形成する素子の形状の情報のみを含む。そして、画像処理部４１ｃは、第１画像データと第２画像データとの差分を得る。その結果、半導体デバイスＤの発熱のみを含む赤外画像が生成される。画像処理部４１ｃは、第２画像データに赤外画像を重畳させた重畳画像又は第１画像データを解析画像として出力する。また、画像処理部４１ｃは、第２画像データをパターン像として出力する。
【0145】
また、第２解析部２０Ｓにおいても、上述した第１解析部１０Ｓにおける発熱解析動作と同様の処理を行う。第１解析部１０Ｓにおける発熱解析動作と第２解析部２０Ｓにおける発熱解析動作とは、並行して行ってもよい。また、これらの動作は、交互に行ってもよい。
【0146】
＜マーキング工程Ｓ１２０Ｓ＞
変形例のマーキング工程１２０Ｓは、第２実施形態のマーキング工程Ｓ１２０Ａと同様である。
変形例のマーキング工程１２０Ｓは、第２実施形態のマーキング工程Ｓ１２０Ａと同様である。
【0147】
変形例の解析装置１Ｓ及び半導体故障解析方法も、第１観察用光学系１３Ｓの光軸と第２観察用光学系２２Ｓの光軸とが一致した状態で故障箇所を検出する処理を行う。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。
【0148】
＜第３実施形態の半導体故障解析装置＞
図１３に示すように、第３実施形態の半導体故障解析装置（以下、「解析装置１Ｂ」と称する）は、第１解析部１０Ｂと、第２解析部２０Ｂと、デバイス配置部３０と、計算機４０と、刺激信号印加部６０と、電気信号取得部６１と、を含む。解析装置１Ｂは、第１解析部１０Ｂ及び第２解析部２０Ｂから光を出力する。第１解析部１０Ｂが出力する光は、半導体デバイスＤの基板ＳｉＥの一方の面に照射される。第２解析部２０Ｂが出力する光は、半導体デバイスＤの基板ＳｉＥの他方の面に照射される。解析装置１Ｂは、光の照射によって生じる電気信号を利用して半導体デバイスＤの故障箇所を解析する。光が照射される半導体デバイスＤは、刺激信号を受ける場合もあるし、刺激信号を受けない場合もある。
図１３に示すように、第３実施形態の半導体故障解析装置（以下、「解析装置１Ｂ」と称する）は、第１解析部１０Ｂと、第２解析部２０Ｂと、デバイス配置部３０と、計算機４０と、刺激信号印加部６０と、電気信号取得部６１と、を含む。解析装置１Ｂは、第１解析部１０Ｂ及び第２解析部２０Ｂから光を出力する。第１解析部１０Ｂが出力する光は、半導体デバイスＤの基板ＳｉＥの一方の面に照射される。第２解析部２０Ｂが出力する光は、半導体デバイスＤの基板ＳｉＥの他方の面に照射される。解析装置１Ｂは、光の照射によって生じる電気信号を利用して半導体デバイスＤの故障箇所を解析する。光が照射される半導体デバイスＤは、刺激信号を受ける場合もあるし、刺激信号を受けない場合もある。
【0149】
第１解析部１０Ｂは、第１光源１２Ｂと、第１観察用光学系１３Ｂ（第１光学系）と、ＸＹＺステージ１４（第１駆動部）と、第１カメラ１５Ｂ（第１光検出部）と、を有する。第１光源１２Ｂは、半導体デバイスＤに照射する光を発生する。第１光源１２Ｂの詳細は、解析の手法に応じて決まる。
【0150】
例えば、半導体デバイスＤにレーザ光のようなコヒーレントな光を照射する解析では、第１光源１２Ｂとして、固体レーザ光源又は半導体レーザ光源等を採用してよい。ＯＢＩＲＣＨ（Optical Beam Induced Resistance Change）画像又はＳＤＬ（Soft Defect Localization）画像を取得する解析では、第１光源１２Ｂ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光を出力する。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光源１２Ｂは、１２００ｎｍより大きい波長帯のレーザ光を出力する。第１光源１２Ｂは、好ましくは１３００ｎｍ程度の波長帯のレーザ光を出力する。また、ＯＢＩＣ画像又はＬＡＤＡ（Laser Assisted Device Alteration）画像を取得する解析では、第１光源１２Ｂ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光源１２Ｂは、１２００ｎｍ以下の波長帯の光を出力する。例えば、第１光源１２Ｂは、１０６４ｎｍ程度の波長帯のレーザ光を出力する。
【0151】
なお、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光源１２Ｂとして、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）、ＡＳＥ（AmplifiedSpontaneousEmission）、及びＬＥＤ（Light Emitting Diode）等を採用してよい。
【0152】
第１光源１２Ｂから出力された光は、偏光保存シングルモード光カプラ（図示せず）、及び、プローブ光用の偏光保存シングルモード光ファイバを介して第１観察用光学系１３Ｂに導かれる。第１観察用光学系１３Ｂは、対物レンズ１３ａと、ビームスプリッタ１３ｂと、第１光走査部１３ｓと、を有する。第１光走査部１３ｓは、半導体デバイスＤの裏面上の照射スポットを走査する。第１光走査部１３ｓは、例えばガルバノミラー又はＭＥＭＳミラー等の光走査素子によって構成されている。対物レンズ１３ａは、第１光走査部１３ｓによって導かれた光を照射スポットに集光する。第１光走査部１３ｓは、計算機４０の制御部４１ｂによって制御される。
【0153】
第１カメラ１５Ｂは、レーザ光に応じた半導体デバイスＤの反射光を検出する。第１カメラ１５Ｂは、検出信号を計算機４０に出力する。第１カメラ１５Ｂ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。
【0154】
第２解析部２０Ｂは、第２光源２１Ｂと、第２観察用光学系２２Ｂ（第２光学系）と、第２カメラ２４Ｂ（第２光検出部）と、を有する。第２光源２１Ｂは、第１光源１２Ｂと同様の構成を有する。第２観察用光学系２２Ｂは、対物レンズ２２ａと、切替部２２ｂ（ビームスプリッタ）と、第２光走査部２２ｓと、を有する。第２光走査部２２ｓは、第１光走査部１３ｓと同様の構成を有する。第２カメラ２４Ｂは、第１実施形態のプロービングカメラ２４と同様の構成を有する。
【0155】
電気信号取得部６１は、半導体デバイスＤに電気的に接続されている。電気信号取得部６１は、レーザ光に応じて半導体デバイスＤで生じた電気信号を検出する。電気信号取得部６１は、検出した電気信号に応じた電気信号特性値を計算機４０に出力する。
【0156】
計算機４０の画像処理部４１ｃは、電気信号特性値に基づいて電気信号画像を出力する。電気信号画像とは、電気信号特性値を、第１光走査部１３ｓ及び第２光走査部２２ｓによるレーザ光の走査位置に関連づけて画像化したものである。また、画像処理部４１ｃは、検出信号に基づいて光学反射像を出力する。そして、画像処理部４１ｃは、光学反射像に電気信号画像を重畳する。その結果、画像処理部４１ｃは、光学反射像に電気信号画像を重畳した重畳画像を解析画像として出力する。
【0157】
電気信号画像とは、例えば、光起電流画像であるＯＢＩＣ画像、電気量変化画像であるＯＢＩＲＣＨ画像、正誤情報画像であるＳＤＬ画像、及びＬＡＤＡ画像等である。
【0158】
ＯＢＩＣ画像は、レーザ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。
【0159】
ＯＢＩＲＣＨ画像は、半導体デバイスＤにレーザ光を照射した位置において生じる抵抗値に基づく。レーザ光が照射される半導体デバイスＤには、一定の電流が印加されている。抵抗値の変化は、電圧値又は電圧の変化として得ることができる。ＯＢＩＲＣＨ画像は、電圧値又は電圧の変化を示す電気信号特性値を画像化したものである。なお、ＯＢＩＲＣＨ画像を得るとき、レーザ光が照射される半導体デバイスＤには、一定の電圧が印加されていてもよい。この場合には、半導体デバイスＤにおける照射位置の抵抗値の変化は、電流値の変化として得ることができる。ＯＢＩＲＣＨ画像は、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。
【0160】
ＳＤＬ画像は、誤作動状態に係る情報（例えばＰＡＳＳ／ＦＡＩＬ信号）を画像化したものである。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にレーザ光を照射する。このレーザ光は、キャリアが励起されない波長を有する。刺激信号の印加とレーザ光の照射によって、誤作動状態を検出することができる。そして、誤作動に係る情報を輝度値として取得する。ＳＤＬ画像は、当該輝度値に基づく画像である。
【0161】
ＬＡＤＡ画像も、誤作動状態に係る情報（例えばＰＡＳＳ／ＦＡＩＬ信号）を画像化したものである。しかし、ＬＡＤＡ画像を得る解析では、キャリアを励起するような波長を有するレーザ光を半導体デバイスＤに照射する点でＳＤＬ画像を得る解析と異なっている。刺激信号の印加とレーザ光の照射によって、誤作動に係る情報を輝度値として取得する点と、当該輝度値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。
【0162】
なお、第１解析部１０Ｂ又は第２解析部２０Ｂの何れかは、故障箇所を示すマークを付す機能を有してもよい。つまり、第１解析部１０Ｂ又は第２解析部２０Ｂの何れかは、第１実施形態のマーキング部２０が有するマーキング用のレーザ光源を有してもよい。
【0163】
＜第３実施形態の半導体故障解析方法＞
次に、解析装置１Ｂの解析処理について説明する。図１４は、解析装置１Ｂを用いた解析処理の主要な工程を示すフロー図である。
次に、解析装置１Ｂの解析処理について説明する。図１４は、解析装置１Ｂを用いた解析処理の主要な工程を示すフロー図である。
【0164】
＜アライメント工程Ｓ１００Ｂ＞
まず、第１観察用光学系１３Ｂと第２観察用光学系２２Ｂとの位置合わせを行う（Ｓ１００Ｂ）。ここでいう位置合わせとは、第１観察用光学系１３Ｂの光軸と第２観察用光学系２２Ｂの光軸を合わせることで、第１観察用光学系１３Ｂに関する第１光走査領域の中心と、第２観察用光学系２２Ｂに関する第２光走査領域の中心と、のずれを解消することをいう。制御部４１ｂは、工程Ｓ１００Ｂのためのアライメント命令を第２解析部２０Ｂ及びデバイス配置部３０に出力する。第１観察用光学系１３Ｂ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（Ｓ１０１）。制御部４１ｂ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。
まず、第１観察用光学系１３Ｂと第２観察用光学系２２Ｂとの位置合わせを行う（Ｓ１００Ｂ）。ここでいう位置合わせとは、第１観察用光学系１３Ｂの光軸と第２観察用光学系２２Ｂの光軸を合わせることで、第１観察用光学系１３Ｂに関する第１光走査領域の中心と、第２観察用光学系２２Ｂに関する第２光走査領域の中心と、のずれを解消することをいう。制御部４１ｂは、工程Ｓ１００Ｂのためのアライメント命令を第２解析部２０Ｂ及びデバイス配置部３０に出力する。第１観察用光学系１３Ｂ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（Ｓ１０１）。制御部４１ｂ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。
【0165】
次に、第１観察用光学系１３Ｂの第１光走査領域と第２観察用光学系２２Ｂの第２光走査領域とを合わせる（Ｓ１０２Ｂ）。これは、第１観察用光学系１３Ｂの光軸と第２観察用光学系２２Ｂの光軸を合わせることで、第１観察用光学系１３Ｂに関する第１光走査領域の中心と、第２観察用光学系２２Ｂに関する第２光走査領域の中心と合わせることを指す。まず、第２観察用光学系２２Ｂの視野にアライメントターゲット５０を捉えるように、ＸＹＺステージ２３は、第２観察用光学系２２Ｂを移動させる。次に、第２光源２５Ｂ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観察用光学系１３Ｂの第１カメラ１５Ｂ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１５Ｂは、透過像を計算機４０に出力する。第２カメラ２４Ｂ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。そして、第２カメラ２４Ｂは、反射像を計算機４０に出力する。画像処理部４１ｃは、透過像及び反射像を用いて、第１観察用光学系１３Ｂの光軸に対する第２観察用光学系２２Ｂ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観察用光学系２２Ｂの移動と、ずれ量の確認と、を繰り返し行う。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観察用光学系１３Ｂに関する第１光走査領域の中心と、第２観察用光学系２２Ｂに関する第２光走査領域の中心と合わせることができる。なお、ずれを許容範囲に収めるための動作として、第１観察用光学系１３Ｂの位置を固定した状態で第２観察用光学系２２Ｂを移動させてもよい。また、第２観察用光学系２２Ｂの位置を固定した状態で第１観察用光学系１３Ｂを移動させてもよい。さらに、第１観察用光学系１３Ｂ及び第２観察用光学系２２Ｂの両方を移動させてもよい。
【0166】
光走査領域の位置合わせが完了した後に、第１観察用光学系１３Ｂ及び第２観察用光学系２２Ｂ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、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を制御してウェハチャック３２を移動させる（Ｓ１０３）。このとき、制御部４１ｂ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。また、第１カメラ１５Ｂ及び第２カメラ２４Ｂから出力される画像データを用いて、第１観察用光学系１３Ｂ及び第２観察用光学系２２Ｂ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が退避しているので、第１観察用光学系１３Ｂ及び第２観察用光学系２２Ｂ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観察用光学系１３Ｂ及び第２観察用光学系２２Ｂの視野に半導体デバイスＤを収める。より詳細には、第１観察用光学系１３Ｂの第１光走査領域及び第２観察用光学系２２Ｂの第２光走査領域に、半導体デバイスＤを配置する。つまり、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観察用光学系１３Ｂ及び第２観察用光学系２２Ｂは、移動させない。その結果、第１観察用光学系１３Ｂの第１光走査領域及び第２観察用光学系２２Ｂ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。
【0167】
＜解析工程Ｓ１１０Ｂ＞
次に、半導体デバイスＤの故障箇所を特定する（Ｓ１１０Ｂ）。解析工程Ｓ１１０Ｂでは、光照射による信号解析を行う。第１観察用光学系１３Ｂは、第１レーザ光を半導体デバイスＤの一方の面に照射する。また、第２観察用光学系２２Ｂは、第２レーザ光を半導体デバイスＤの他方の面に照射する。第１レーザ光及び第２レーザ光の照射は、時間的に並行してもよい。つまり、第１レーザ光が照射される期間は、第２レーザ光が照射される期間と重複する部分を有してよい。また、第１レーザ光が照射される期間は、第２レーザ光が照射される期間と重複しなくてもよい。つまり、第１レーザ光の照射が停止された後に、第２レーザ光の照射が開始されもよい。解析工程Ｓ１１０Ｂでは、第１レーザ光及び第２レーザ光の特性、及び、レーザ光の照射を受けている半導体デバイスＤの状態に応じて、いくつかの電気信号画像を得ることができる。電気信号画像とは、例えば、光起電流画像であるＯＢＩＣ画像、電気量変化画像であるＯＢＩＲＣＨ画像、正誤情報画像であるＳＤＬ画像、及びＬＡＤＡ画像等である。
次に、半導体デバイスＤの故障箇所を特定する（Ｓ１１０Ｂ）。解析工程Ｓ１１０Ｂでは、光照射による信号解析を行う。第１観察用光学系１３Ｂは、第１レーザ光を半導体デバイスＤの一方の面に照射する。また、第２観察用光学系２２Ｂは、第２レーザ光を半導体デバイスＤの他方の面に照射する。第１レーザ光及び第２レーザ光の照射は、時間的に並行してもよい。つまり、第１レーザ光が照射される期間は、第２レーザ光が照射される期間と重複する部分を有してよい。また、第１レーザ光が照射される期間は、第２レーザ光が照射される期間と重複しなくてもよい。つまり、第１レーザ光の照射が停止された後に、第２レーザ光の照射が開始されもよい。解析工程Ｓ１１０Ｂでは、第１レーザ光及び第２レーザ光の特性、及び、レーザ光の照射を受けている半導体デバイスＤの状態に応じて、いくつかの電気信号画像を得ることができる。電気信号画像とは、例えば、光起電流画像であるＯＢＩＣ画像、電気量変化画像であるＯＢＩＲＣＨ画像、正誤情報画像であるＳＤＬ画像、及びＬＡＤＡ画像等である。
【0168】
第１解析として、第１レーザ光及び第２レーザ光を半導体デバイス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。レーザ光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。第１解析で得られる電気信号特性値に基づく電気信号画像は、ＯＢＩＣ画像である。
【0169】
第２解析として、第１レーザ光及び第２レーザ光を半導体デバイス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。なお、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にレーザ光を照射すると、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。第２解析で得られる電気信号特性値に基づく電気信号画像は、ＯＢＩＲＣＨ画像である。
【0170】
第３の解析として、第１レーザ光及び第２レーザ光を半導体デバイスＤに照射する。第３の解析では、第１レーザ光及び第２レーザ光として、キャリアが励起されない波長のレーザを採用する。さらに、第３の解析では、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光を照射すると、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。第３の解析で得られる電気信号特性値を輝度値に変換して得た画像は、ＳＤＬ画像である。
【0171】
第４の解析として、第１レーザ光及び第２レーザ光を半導体デバイスＤに照射する。第４の解析では、第１レーザ光及び第２レーザ光として、キャリアが励起される波長のレーザを採用する。さらに、第４の解析では、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光を照射すると、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。第４の解析で得られる電気信号特性値を輝度値に変換して得た画像は、ＬＡＤＡ画像である。
【0172】
＜マーキング工程Ｓ１２０Ｂ＞
第３実施形態のマーキング工程Ｓ１２０Ｂは、第２実施形態のマーキング工程Ｓ１２０Ａと同様である。第２観察用光学系２２Ｂによってマーキングを行う場合には、第２観察用光学系２２Ｂは、マーキング用のレーザ光源とＸＹＺステージと照明光源とを備えてもよい。
第３実施形態のマーキング工程Ｓ１２０Ｂは、第２実施形態のマーキング工程Ｓ１２０Ａと同様である。第２観察用光学系２２Ｂによってマーキングを行う場合には、第２観察用光学系２２Ｂは、マーキング用のレーザ光源とＸＹＺステージと照明光源とを備えてもよい。
【0173】
解析装置１Ｂは、第１光走査部１３ｓを有する第１観察用光学系１３Ｂを介して半導体デバイスＤに第１光源１２Ｂで発生された光を照射する第１解析部１０Ｂと、第２光走査部２２ｓを有する第２観察用光学系２２Ｂを介して半導体デバイスＤに第２光源２１Ｂで発生された光を照射する第２解析部２０Ｂと、第１解析部１０Ｂと第２解析部２０Ｂとの間に配置されて、半導体デバイスＤを保持すると共に、第１観察用光学系１３Ｂの光走査領域と第２観察用光学系２２Ｂの光走査領域との位置合わせのためのアライメントターゲット５０が設けられたウェハチャック３２を有し、ウェハチャック３２が第１解析部１０Ｂ及び第２解析部２０Ｂに対して相対的に移動するデバイス配置部３０と、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１解析部１０Ｂ、第２解析部２０Ｂ、デバイス配置部３０及び電気信号取得部６１に命令を出力する制御部４１ｂと、を備える。アライメントターゲット５０は、アライメントターゲット５０の一方の側から第１解析部１０Ｂによって検出可能であると共に、アライメントターゲット５０の他方の側から第２解析部２０Ｂによって検出可能である。制御部４１ｂは、第１解析部１０Ｂがアライメントターゲット５０を検出可能な位置にウェハチャック３２を移動させた後に、アライメントターゲット５０を基準として、第２観察用光学系２２Ｂの光走査領域を第１観察用光学系１３Ｂの光走査領域に合わせるアライメント命令を第２解析部２０Ｂ及びデバイス配置部３０に出力する。さらに、制御部４１ｂは、第１観察用光学系１３Ｂの光走査領域と第２観察用光学系２２Ｂの光走査領域との位置関係を維持した状態で、半導体デバイスＤに第１解析部１０Ｂ及び第２解析部２０Ｂの少なくとも一方から光を照射させ、電気信号取得部６１によって半導体デバイスＤからの電気信号を受ける解析命令を第１解析部１０Ｂ、第２解析部２０Ｂ、電気信号取得部６１及びデバイス配置部３０に出力する。
【0174】
解析装置１Ｂを用いた半導体デバイスＤを解析する半導体故障解析方法は、第１解析部１０Ｂがアライメントターゲット５０を検出可能な位置にウェハチャック３２を移動させた後に、アライメントターゲット５０を基準として、第２観察用光学系２２Ｂの光走査領域を第１観察用光学系１３Ｂの光走査領域に合わせるアライメント工程（Ｓ１００Ｂ）と、第１観察用光学系１３Ｂの光走査領域と第２観察用光学系２２Ｂの光走査領域との位置関係を維持した状態で、半導体デバイスＤに第１解析部１０Ｂ及び第２解析部２０Ｂの少なくとも一方から光を照射させ、電気信号取得部６１によって半導体デバイスＤからの電気信号を受ける解析工程（Ｓ１１０Ｂ）と、を有する。
【0175】
解析装置１Ｂは、第１観察用光学系１３Ｂの光走査領域と第２観察用光学系２２Ｂの光走査領域との位置関係を維持した状態で、半導体デバイスＤに光を照射する。従って、第１観察用光学系１３Ｂと第２観察用光学系２２Ｂとは、光走査領域が一致した状態であるので、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。
【0176】
＜第４実施形態の半導体故障解析装置＞
第４実施形態に係る半導体故障解析装置は、ＥＯＰ又はＥＯＦＭ（Electro-Optical Frequency 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。また、ＥＯＦＭ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位置を特定する。光プロービング技術では、光源から出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。また、抽出した信号成分の振幅エネルギーは、２次元のマッピングとして表示される。
第４実施形態に係る半導体故障解析装置は、ＥＯＰ又はＥＯＦＭ（Electro-Optical Frequency 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。また、ＥＯＦＭ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位置を特定する。光プロービング技術では、光源から出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。また、抽出した信号成分の振幅エネルギーは、２次元のマッピングとして表示される。
【0177】
つまり、光プロービング技術は、駆動中の半導体デバイスＤからの光の強度変調に基づいて、半導体デバイスＤの故障を解析する。そこで、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。この場合の変調周波数は、熱源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。
【0178】
図１５に示すように、第４実施形態の半導体故障解析装置（以下、「解析装置１Ｃ」と称する）は、第１解析部１０Ｃと、第２解析部２０Ｃ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。つまり、第４実施形態の解析装置１Ｃは、第３実施形態の解析装置１Ｂが有する電気信号取得部６１を備えない。
【0179】
第１解析部１０Ｃは、第１光源１２Ｃと、第１観察用光学系１３Ｃ（第１光学系）と、ＸＹＺステージ１４（第１駆動部）と、第１カメラ１５Ｃ（第１光検出部）と、を有する。第１光源１２Ｃは、第２実施形態の第１光源１２Ｂと同様である。第１観察用光学系１３Ｃは、第２実施形態の第１観察用光学系１３Ｂと同様である。第１カメラ１５Ｃは、第２実施形態の第１カメラ１５Ｂと同様である。
【0180】
第２解析部２０Ｃは、第２光源２１Ｃと、第２観察用光学系２２Ｃ（第２光学系）と、第２カメラ２４Ｃ（第２光検出部）と、を有する。第２光源２１Ｃは、第２実施形態の第２光源２１Ｂと同様である。第２観察用光学系２２Ｃは、第２実施形態の第２観察用光学系２２Ｂと同様である。第２カメラ２４Ｃは、第２実施形態の第２カメラ２４Ｂと同様である。
【0181】
なお、第１解析部１０Ｃ又は第２解析部２０Ｃの何れかは、故障箇所を示すマークを付す機能を有してもよい。つまり、第１解析部１０Ｃ又は第２解析部２０Ｃの何れかは、第１実施形態のマーキング部２０が有するマーキング用のレーザ光源を有してもよい。
【0182】
＜第４実施形態の半導体故障解析＞
次に、解析装置１Ｃの解析処理について説明する。図１６は、解析装置１Ｃを用いた解析処理の主要な工程を示すフロー図である。
次に、解析装置１Ｃの解析処理について説明する。図１６は、解析装置１Ｃを用いた解析処理の主要な工程を示すフロー図である。
【0183】
＜アライメント工程Ｓ１００Ｃ＞
第４実施形態のアライメント工程Ｓ１００Ｃは、第３実施形態のアライメント工程Ｓ１００Ｂと同様である。従って、第４実施形態のアライメント工程Ｓ１００Ｃが有する光走査領域を合わせる工程（Ｓ１０２Ｃ）は、第３実施形態の工程Ｓ１０２Ｂと同様である。
第４実施形態のアライメント工程Ｓ１００Ｃは、第３実施形態のアライメント工程Ｓ１００Ｂと同様である。従って、第４実施形態のアライメント工程Ｓ１００Ｃが有する光走査領域を合わせる工程（Ｓ１０２Ｃ）は、第３実施形態の工程Ｓ１０２Ｂと同様である。
【0184】
＜解析工程Ｓ１１０Ｃ＞
次に、半導体デバイスＤの故障箇所を特定する（Ｓ１１０Ｃ）。第１解析部１０Ｃは、第１光源１２Ｃからの光を第１光走査部１３ｓによって半導体デバイスＤに照射する。第１光源１２Ｃが出力する光は、例えば５３０ｎｍ以上の波長帯の光である。なお、第１光源１２Ｃが出力する光は、好ましくは１０６４ｎｍ以上の波長帯の光である。光は、半導体デバイスＤの表面で反射する。反射した光は、第１解析部１０Ｃに入射する。入射した光は、第１カメラ１５Ｃによって検出される。第１カメラ１５Ｃは、反射光に基づく情報を計算機４０に出力する。計算機４０の画像処理部４１ｃは、第１カメラ１５Ｃが出力した情報を利用して光学反射像を生成する。なお、この動作では、刺激信号印加部６０は、刺激信号を出力しない。
次に、半導体デバイスＤの故障箇所を特定する（Ｓ１１０Ｃ）。第１解析部１０Ｃは、第１光源１２Ｃからの光を第１光走査部１３ｓによって半導体デバイスＤに照射する。第１光源１２Ｃが出力する光は、例えば５３０ｎｍ以上の波長帯の光である。なお、第１光源１２Ｃが出力する光は、好ましくは１０６４ｎｍ以上の波長帯の光である。光は、半導体デバイスＤの表面で反射する。反射した光は、第１解析部１０Ｃに入射する。入射した光は、第１カメラ１５Ｃによって検出される。第１カメラ１５Ｃは、反射光に基づく情報を計算機４０に出力する。計算機４０の画像処理部４１ｃは、第１カメラ１５Ｃが出力した情報を利用して光学反射像を生成する。なお、この動作では、刺激信号印加部６０は、刺激信号を出力しない。
【0185】
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。刺激信号を受けた半導体デバイスＤに対して、第１解析部１０Ｃは、第１光源１２Ｃからの光を照射する。この動作では、ユーザが選択した照射位置に第１光源１２Ｃからの光が照射される。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１５Ｃは、刺激信号を受けている半導体デバイスＤからの反射光を検出する。そして、第１カメラ１５Ｃは、計算機４０に反射光に基づく情報を計算機４０に出力する。
【0186】
刺激信号を受けている半導体デバイスＤ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からの反射光は、素子に動作に伴って変調されている。
【0187】
計算機４０の画像処理部４１ｃは、第１カメラ１５Ｃ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４１ｃは、表示部４１ｄに当該信号波形を表示する。そして、上述した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。
【0188】
なお、画像処理部４１ｃ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、検出信号とテストパターンなどの刺激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。この場合、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。また、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。そして、光学反射像にＥＯＦＭ画像を重畳させた重畳画像を解析画像として用いることができる。
【0189】
また、第２解析部２０Ｃにおいても、上述した第１解析部１０Ｃにおける解析動作と同様の処理を行う。第１解析部１０Ｃにおける解析動作と第２解析部２０Ｃにおける解析動作とは、並行して行ってもよい。また、これらの動作は、交互に行ってもよい。
【0190】
＜マーキング工程Ｓ１２０Ｃ＞
第４実施形態のマーキング工程Ｓ１２０Ｃは、第２実施形態のマーキング工程Ｓ１２０Ａと同様である。第２観察用光学系２２Ｃによってマーキングを行う場合には、第２観察用光学系２２Ｂは、マーキング用のレーザ光源とＸＹＺステージと照明光源とを備えてもよい。
第４実施形態のマーキング工程Ｓ１２０Ｃは、第２実施形態のマーキング工程Ｓ１２０Ａと同様である。第２観察用光学系２２Ｃによってマーキングを行う場合には、第２観察用光学系２２Ｂは、マーキング用のレーザ光源とＸＹＺステージと照明光源とを備えてもよい。
【0191】
解析装置１Ｃは、第１光走査部１３ｓを有する第１観察用光学系１３Ｃを介して半導体デバイスＤに第１光源１２Ｃで発生された光を照射し、第１光源１２Ｃの光に応じて発生する半導体デバイスＤからの第１応答光を第１カメラ１５Ｃが受ける第１解析部１０Ｃと、第２光走査部２２ｓを有する第２観察用光学系２２Ｃを介して半導体デバイスＤに第２光源２１Ｃで発生された光を照射し、第２光源２１Ｃの光に応じて発生する半導体デバイスＤからの第２応答光を第２カメラ２４Ｃが受ける第２解析部２０Ｃと、第１解析部１０Ｃと第２解析部２０Ｃとの間に配置されて、半導体デバイスＤを保持すると共に、第１観察用光学系１３Ｃの光走査領域と第２観察用光学系２２Ｃの光走査領域との位置合わせのためのアライメントターゲット５０が設けられたウェハチャック３２を有し、ウェハチャック３２が第１解析部１０Ｃ及び第２解析部２０Ｃに対して相対的に移動するデバイス配置部３０と、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と、第１解析部１０Ｃ、第２解析部２０Ｃ、デバイス配置部３０及び刺激信号印加部６０に命令を出力する制御部４１ｂと、を備える。アライメントターゲット５０は、アライメントターゲット５０の一方の側から第１解析部１０Ｃによって検出可能であると共に、アライメントターゲット５０の他方の側から第２解析部２０Ｃによって検出可能である。制御部４１ｂは、第１カメラ１５Ｃがアライメントターゲット５０を検出可能な位置にウェハチャック３２を移動させた後に、アライメントターゲット５０を基準として、第２観察用光学系２２Ｃの光走査領域を第１観察用光学系１３Ｃの光走査領域に合わせるアライメント命令を第２解析部２０Ｃ及びデバイス配置部３０に出力する。さらに、制御部４１ｂは、第１観察用光学系１３Ｃの光走査領域と第２観察用光学系２２Ｃの光走査領域との位置関係を維持すると共に刺激信号を半導体デバイスＤに印加させた状態で、半導体デバイスＤに第１解析部１０Ｃ及び第２解析部２０Ｃの少なくとも一方から光を照射させ、半導体デバイスＤからの第１応答光及び第２応答光の少なくとも一方を第１カメラ１５Ｃ及び第２カメラ２４Ｃの少なくとも一方で受ける解析命令を第１解析部１０Ｃ、第２解析部２０Ｃ、刺激信号印加部６０及びデバイス配置部３０に出力する。
【0192】
解析装置１Ｃを用いて半導体デバイスを解析する半導体故障解析方法は、第１カメラ１５Ｃがアライメントターゲット５０を検出可能な位置にウェハチャック３２を移動させた後に、アライメントターゲット５０を基準として、第２観察用光学系２２Ｃの光走査領域を第１観察用光学系１３Ｃの光走査領域に合わせるアライメント工程（Ｓ１００Ｃ）と、第１観察用光学系１３Ｃの光走査領域と第２観察用光学系２２Ｃの光走査領域との位置関係を維持すると共に刺激信号を半導体デバイスＤに印加させた状態で、半導体デバイスＤに第１解析部１０Ｃ及び第２解析部２０Ｃの少なくとも一方から光を照射させ、半導体デバイスＤからの第１応答光及び第２応答光の少なくとも一方を第１カメラ１５Ｃ及び第２カメラ２４Ｃの少なくとも一方で受ける解析工程（Ｓ１１０Ｃ）と、を有する。
【0193】
解析装置１Ｃは、第１観察用光学系１３Ｃの光走査領域と第２観察用光学系２２Ｃの光走査領域との位置関係を維持した状態で、半導体デバイスＤに光を照射する。従って、第１観察用光学系１３Ｃと第２観察用光学系２２Ｃとは、光走査領域が一致した状態であるので、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。
【符号の説明】
【0194】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｓ…解析装置（半導体故障解析装置）、１０…解析部、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…第１解析部、１１…テスタユニット、１２…光源、１３…観察用光学系（第１光学系）、１４…ＸＹＺステージ（第１駆動部）、１５…二次元カメラ（第１光検出部）、２０…マーキング部、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…第２解析部、２１…レーザ光源、２２…レーザマーキング用光学系（第２光学系）、２３…ＸＹＺステージ（第２駆動部）、２４…プロービングカメラ（第２光検出部）、２５…照明光源、３０…デバイス配置部、３１…サンプルステージ、３２…ウェハチャック、３３…ＸＹ駆動部（第３の駆動部）、３２ａ…デバイス保持部、３２ｂ…ターゲット穴、４０…計算機、４１ａ…条件設定部、４１ｂ…制御部、４１ｃ…画像処理部、４１ｅ…入力部、４１ｄ…表示部、５０…アライメントターゲット、５０ａ…光透過部、５０ｂ…不透明部、Ｄ…半導体デバイス、ＭＥ…メタル層、ｆｐ…故障箇所、ｍｐ…マーキング箇所。
【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】