JP2004146428A - 故障解析方法 - Google Patents
故障解析方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004146428A JP2004146428A JP2002306856A JP2002306856A JP2004146428A JP 2004146428 A JP2004146428 A JP 2004146428A JP 2002306856 A JP2002306856 A JP 2002306856A JP 2002306856 A JP2002306856 A JP 2002306856A JP 2004146428 A JP2004146428 A JP 2004146428A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wiring pattern
- image
- pattern image
- semiconductor chip
- failure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 59
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 42
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 15
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 19
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 30
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 18
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
- G01R31/302—Contactless testing
- G01R31/308—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation
- G01R31/311—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation of integrated circuits
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Toxicology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Tests Of Electronic Circuits (AREA)
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
Abstract
【課題】ウェハの裏面側から取得した故障箇所の位置を、表面側から取得した配線パターン像上で特定することが容易に可能な故障解析装置および故障解析方法を提供する。
【解決手段】被解析ウェハ１００の表面に照射された光５１ａの一部は、メタル配線により反射され、ＣＣＤ１１により被解析ウェハ１００の反射像である第１の配線パターン像として撮像される。メタル配線の隙間を通過した光５１ａの赤外光成分は、赤外光検出器１２により被解析ウェハ１００の透過像である第２の配線パターン像として撮像される。また、赤外光検出器１２は故障箇所による故障発光像の撮像も行う。
【選択図】 図１
【解決手段】被解析ウェハ１００の表面に照射された光５１ａの一部は、メタル配線により反射され、ＣＣＤ１１により被解析ウェハ１００の反射像である第１の配線パターン像として撮像される。メタル配線の隙間を通過した光５１ａの赤外光成分は、赤外光検出器１２により被解析ウェハ１００の透過像である第２の配線パターン像として撮像される。また、赤外光検出器１２は故障箇所による故障発光像の撮像も行う。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路の故障解析に関するものであり、特に故障箇所の位置を特定するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体集積回路の不良箇所（故障箇所）を検出する半導体故障解析方法として、エミッション解析法が広く知られている。エミッション解析法は、故障箇所における電流リークにより発生する微弱な光を検出することにより故障箇所の像を撮像し、当該故障箇所の位置を特定する解析方法である。
【０００３】
一方、近年の半導体集積回路の集積化に伴い金属配線層の多層化が進んでいる。金属配線は光を透過させないため、例えば下層の金属配線層やその下の半導体素子での発光を、半導体チップが形成されたウェハの表面側から観測することは困難となってきている。そこで、シリコンが波長１μｍ以上の赤外光を透過することに着目し、故障箇所が発する光に含まれる赤外光成分をシリコン基板裏面側（ウェハの裏面側）から検出して故障箇所を検出する手法（裏面エミッション解析法）が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３３５２６号公報（第４−５頁、第１−３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
裏面エミッション解析法により故障箇所の検出した後は、故障の原因を究明するために物理解析を行うが、通常この解析は半導体デバイスの表面側から行う。そのため、デバイスの表面側から撮像した配線パターン像上での、発光箇所の位置を正確に特定することは重要である。
【０００６】
従来の裏面エミッション解析においては、ウェハの裏面側から撮像した故障箇所の発光像と、同じくウェハの裏面側から撮像したデバイスの配線パターン像とを重ね合わせることで、当該異常箇所の位置を特定していた。よって、デバイスの表面側から撮像した配線パターン像上での異常箇所の位置を特定する必要がある場合は、まず上記の特許文献１のように、ＣＡＤツール等を使用して配線パターンのレイアウト図と裏面側から撮像した配線パターン像とを照合し、一旦レイアウト図上での故障箇所の位置を特定していた。そしてその後、表面側から撮像した配線パターン像とレイアウト図とを照合し、表面側から撮像した配線パターン像上での故障箇所の位置を特定していた。
【０００７】
このように、裏面から撮像した故障箇所の位置を表面から撮像した配線パターン像上で特定する際には、一旦レイアウト図との照合作業を介するため、煩雑な作業を伴っていた。
【０００８】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであって、裏面側から取得した故障箇所の位置を、表面側から取得した配線パターン像上で特定することが容易に可能な故障解析装置および故障解析方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る故障解析方法は、（ａ）解析対象となる半導体チップの表面に波長１μｍ以上の成分を含む第１の光を照射する工程と、（ｂ）前記半導体チップの前記第１の光による反射像である第１の配線パターン像および透過像である第２の配線パターン像を撮像する工程と、（ｃ）前記半導体チップの裏面側から、前記半導体チップの故障箇所による発光像を撮像する工程とを備え、前記第２の配線パターン像と前記発光像とは同一の撮像器により撮像することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る故障解析方法は、（ａ）解析対象となる半導体チップに波長１μｍ以上の成分を含むレーザビームを走査して照射しつつ、前記半導体チップの前記レーザビームによる透過像である第１の配線パターン像および反射像である第２の配線パターン像を撮像する工程と、（ｂ）前記半導体チップの故障箇所の像を撮像する工程とを備え、前記工程（ａ）は、前記半導体チップの表面側に配置された第１の撮像器および裏面側に配置された第２の撮像器により実行され、前記工程（ｂ）は、前記半導体チップの裏面側に配置された第３の撮像器によって実行され、前記工程（ａ）および（ｂ）に先立って、前記第２の撮像器と前記第３の撮像器との位置合わせが行われることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る故障解析装置の構成を示す図である。同図に示すように、解析の対象となる半導体チップが形成された被解析ウェハ１００を固定するためのウェハチャック１は、水平方向に移動可能なウェハステージ２に搭載される。ウェハチャック１は、石英ガラスにより形成されたものが一般的である。被解析ウェハ１００のチップに対する電圧信号の入出力を行うプローブ３は、プローブカード４に固定される。
【００１２】
第１の光源５１および第２の光源５２は、波長１μｍ以上の赤外光成分を含む光を発する例えばハロゲンランプである。第１の光源５１が放射した光５１ａは、ハーフミラー６１で反射され、解析領域（視野）を拡大／縮小するためのレンズ光学系７１を介して被解析ウェハ１００に表面側から照射される。
【００１３】
図２は、本実施の形態に係る故障解析装置の動作を説明するための図であり、被解析ウェハ１００およびウェハチャック１の解析領域の拡大断面図である。ここで、同図に示すように被解析ウェハ１００は多層配線構造を有するものと仮定する。被解析ウェハ１００の表面に照射された光５１ａの一部は、被解析ウェハ１００のデバイス形成層１０２に形成されたメタル配線１０３により反射される。そして、レンズ光学系７１、ハーフミラー６１を介してＣＣＤ１１に入射し、ＣＣＤ１１により被解析ウェハ１００の反射像である第１の配線パターン像として撮像される。即ち、第１の配線パターン像は、被解析ウェハ１００の表面から撮像した配線パターン像である。
【００１４】
また、メタル配線１０３で反射されずにメタル配線１０３の隙間を通過した光５１ａの赤外光成分は、シリコン基板１０１を透過し、ウェハチャック１、レンズ光学系７２、ハーフミラー６２を介して赤外光検出器１２に入射し、赤外光検出器１２により被解析ウェハ１００の透過像である第２の配線パターン像として撮像される。即ち、第２の配線パターン像は、被解析ウェハ１００の裏面から撮像した配線パターン像である。
【００１５】
一方、第２の光源５２が発した光５２ａは、ハーフミラー６２で反射され、レンズ光学系７２およびウェハチャック１を介して被解析ウェハ１００に裏面側から照射される。レンズ光学系７２は、解析領域（視野）を拡大／縮小すると共に、光５２ａの赤外成分のみを通過させるフィルタを有している。
【００１６】
被解析ウェハ１００の裏面に照射された光５２ａの赤外光成分は、被解析ウェハ１００のシリコン基板１０１を透過してデバイス形成層１０２に到達する。その一部はデバイス形成層１０２に形成されたメタル配線１０３により反射される。そして、シリコン基板１０１、ウェハチャック１、レンズ光学系７２、ハーフミラー６２を介して赤外光検出器１２に入射し、赤外光検出器１２により被解析ウェハ１００の反射像である第３の配線パターン像として撮像される。即ち、第３の配線パターン像は、被解析ウェハ１００の裏面から撮像した配線パターン像である。
【００１７】
また、赤外光検出器１２は、被解析ウェハ１００の故障箇所の検出にも使用される。プローブ３により、被解析ウェハ１００上のチップに所定の電圧信号を印加すると、故障箇所１１０は電流リークにより発光する。その光の赤外光成分１１０ａは、シリコン基板１０１、ウェハチャック１、レンズ光学系７２、ハーフミラー６２を介して赤外光検出器１２に入射し、赤外光検出器１２により故障箇所の像（以下、「故障発光像」と称する）として撮像される。
【００１８】
なお、故障箇所からの発光は極めて微弱であるので、赤外光検出器１２は受光感度が高いものを用いる必要がある。但し、光源５１，５２を用いた配線パターン像の撮像の際は、故障発光像に比較して極めて強い光が赤外光検出器１２に入射されるので、受光感度を低く抑えるように調整しておく必要がある。
【００１９】
以上のように、ＣＣＤ１１は、被解析ウェハ１００の表面から撮像した配線パターン像である第１の配線パターン像を撮像し、赤外光検出器１２は、被解析ウェハ１００の裏面から撮像した配線パターン像である第２の配線パターン像、第３の配線パターン像および故障発光像を撮像する。
【００２０】
故障発光像と第２の配線パターン像および第３の配線パターン像とは、同一の赤外光検出器１２により撮像されるので、両者の解析領域（視野）は一致するため互いの位置合わせは容易に行うことができる。また、第１の配線パターン像は表面からの反射像であるので、第１の配線パターン像からは少なくとも多層配線の最上層の配線パターン像が得られる。また、第２の配線パターン像は透過像であるので、これにも多層配線の最上層の配線パターン像も含まれている。よって、最上層の配線パターン像を基準として、第１の配線パターン像と第２の配線パターン像との位置合わせも容易に行うことができる。
【００２１】
従って、本実施の形態によれば、被解析ウェハ１００の表面側から撮像した第１の配線パターン像と故障発光像との位置合わせを容易に行うことが可能である。つまり、裏面側から撮像した故障箇所の位置を、表面側から取得した配線パターン像上で特定することを容易に行うことができる。
【００２２】
＜実施の形態２＞
実施の形態１では、被解析ウェハ１００の表面からの配線パターン像を撮像する手段としてＣＣＤを用いたが、本実施の形態においてはそれに替えて赤外光検出器を用いる。即ち、図３に示すように、本実施の形態に係る故障解析装置は、第１の赤外光検出器２１および第２の赤外光検出器２２とを備える。なお、図３において、図１と同様の要素には同一符号を付してあるので、ここでの詳細な説明は省略する。
【００２３】
図４は、本実施の形態に係る故障解析装置の動作を説明するための図であり、被解析ウェハ１００およびウェハチャック１の解析領域の拡大断面図である。第１の光源５１が放射した光５１ａは、ハーフミラー６１で反射され、レンズ光学系７１を介して被解析ウェハ１００に表面側から照射される。レンズ光学系７１は光５１ａの赤外光成分のみを通過させるフィルタを備えている。
【００２４】
被解析ウェハ１００の表面に照射された光５１ａの赤外光成分の一部は、被解析ウェハ１００のデバイス形成層１０２に形成されたメタル配線１０３により反射される。そして、レンズ光学系７１、ハーフミラー６１を介して第１の赤外光検出器２１に入射し、第１の赤外光検出器２１により被解析ウェハ１００の反射像である第１の配線パターン像として撮像される。
【００２５】
また、メタル配線１０３の隙間を通過した光５１ａの赤外光成分は、シリコン基板１０１を透過し、ウェハチャック１、レンズ光学系７２、ハーフミラー６２を介して第２の赤外光検出器２２に入射し、第２の赤外光検出器２２により被解析ウェハ１００の透過像である第２の配線パターン像として撮像される。
【００２６】
一方、第２の光源５２が発した光５２ａは、ハーフミラー６２で反射され、レンズ光学系７２およびウェハチャック１を介して被解析ウェハ１００に裏面側から照射される。
【００２７】
被解析ウェハ１００の裏面に照射された光５２ａの赤外光成分の一部は、デバイス形成層１０２に形成されたメタル配線１０３により反射される。メタル配線１０３により反射された光５２ａの赤外光成分は、シリコン基板１０１、ウェハチャック１、レンズ光学系７２、ハーフミラー６２を介して第２の赤外光検出器２２に入射し、第２の赤外光検出器２２により被解析ウェハ１００の反射像である第３の配線パターン像として撮像される。
【００２８】
メタル配線１０３の間を通過した光５２ａの赤外光成分は、レンズ光学系７１、ハーフミラー６１を介して第１の赤外光検出器２１に入射し、第１の赤外光検出器２１により被解析ウェハ１００の透過像である第４の配線パターン像として撮像される。
【００２９】
また、第２の赤外光検出器２２は、実施の形態１における赤外光検出器１２と同様に、被解析ウェハ１００の故障箇所による故障発光像を撮像する。
【００３０】
以上のように、第１の赤外光検出器２１は、被解析ウェハ１００の表面から撮像した配線パターン像である第１の配線パターン像および第４の配線パターン像を撮像し、第２の赤外光検出器２２は、被解析ウェハ１００の裏面から撮像した配線パターン像である第２の配線パターン像、第３の配線パターン像および故障発光像を撮像する。
【００３１】
故障発光像と第２の配線パターン像および第３の配線パターン像とは、同一の赤外光検出器１２により撮像されるので、それらの位置合わせは容易に行うことができる。また、第１の配線パターン像は表面からの反射像であるので、第１の配線パターン像からは少なくとも多層配線の最上層の配線パターン像が得られる。第３の配線パターン像は裏面からの反射像であるので、第３の配線パターン像からは少なくとも多層配線の最下層の配線パターン像が得られる。
一方、第２の配線パターン像および第４のパターン像は透過像であるので、これらには多層配線の最上層、最下層両方の配線パターン像も含まれている。よって、最上層あるいは最下層の配線パターン像を基準として、これらは互いに容易に位置合わせが可能である。
【００３２】
従って、本実施の形態によれば、被解析ウェハ１００の表面側から撮像した第１の配線パターン像および第４の配線パターン像と、故障発光像との位置合わせを容易に行うことが可能である。つまり、裏面側から撮像した故障箇所の位置を、表面側から取得した配線パターン像上で特定することを容易に行うことができる。また、表面側から取得した配線パターン像として、第１の配線パターン像と第４の配線パターン像との２つを取得できるので、それらを互いに照合することにより、実施の形態１よりもさらに正確に故障箇所の位置を特定することも可能になる。
【００３３】
＜実施の形態３＞
図５は、実施の形態３に係る故障解析装置の構成を示す図である。同図において、図１と同様の要素には同一符号を付してあるので、ここでの詳細な説明は省略する。本実施の形態においては、被解析ウェハ１００の配線パターン像を得るための光源として、被解析ウェハ１００に裏面からレーザビーム５３ａを走査して照射するレーザ光学系５３を用いる。レーザ光学系５３が発するレーザビーム５３ａは、波長１μｍ以上の赤外光成分を含んでいる。
【００３４】
レーザ光学系５３から発せられたレーザビーム５３ａは、ハーフミラー６２、レンズ光学系７２、ウェハチャック１を介して被解析ウェハ１００に到達する。被解析ウェハ１００内のメタル配線１０３により反射されたレーザビーム５３ａの赤外光成分は、第２の赤外光検出器３２に入射する。一方、メタル配線１０３の間を通過したレーザビーム５３ａの赤外光成分は、第１の赤外光検出器３１へと入射する。
【００３５】
第１の赤外光検出器３１および第２の赤外光検出器３２は、レーザビーム５３ａの走査に同期した入射光の強度変化に基づき、それぞれレーザ走査像を取得する。即ち、第１の赤外光検出器３１は、レーザ走査像として被解析ウェハ１００のレーザビーム５３ａによる透過像である第１の配線パターン像を撮像する。また、第２の赤外光検出器３２は、レーザ走査像として被解析ウェハ１００のレーザビーム５３ａによる反射像である第２の配線パターン像を撮像する。
【００３６】
一方、本実施の形態においては、被解析ウェハ１００の故障箇所による故障発光像の撮像は、第３の赤外光検出器３３によって行う。第３の赤外光検出器３３の動作は、実施の形態１における赤外光検出器１２と同様である。
【００３７】
但し、本実施の形態においては、第２の赤外光検出器３２と第３の赤外光検出器３３とは、予め解析領域（視野）が互いに同一になるように位置調整しておく。一般に、レンズ光学系７２の特性上、解析領域の中心は歪みが少ないので、この位置調整はレーザ光学系５３がレーザビーム５３ａを走査する領域の中心（即ち解析領域の中心）と、第３の赤外光検出器３３の解析領域の中心とを一致させるとよい。例えば、レーザビーム５３ａの走査領域の中心に照射してその反射光が第３の赤外光検出器３３の中心座標に入射するように第３の赤外光検出器３３の位置を調整することで可能である。但し、レーザビーム５３ａは極めて光強度が高いため、その際は第３の赤外光検出器３３の感度を低く抑えておく必要がある。
【００３８】
以上のように、第１の赤外光検出器３１は、被解析ウェハ１００の表面から撮像した配線パターン像である第１の配線パターン像を撮像し、第２の赤外光検出器３２は、被解析ウェハ１００の裏面から撮像した配線パターン像である第２の配線パターン像を撮像する。また、第３の赤外光検出器３３は裏面から撮像した故障発光像を取得する。
【００３９】
第１の配線パターン像と第２の配線パターン像は、共に同じレーザビーム５３ａの走査に基づくレーザ走査像であるので、解析領域は完全に一致するため位置合わせは容易に可能である。また、第２の赤外光検出器３２と第３の赤外光検出器３３とは、予めその解析領域を一致させているので容易に位置合わせを行うことが可能である。
【００４０】
従って、本実施の形態によれば、被解析ウェハ１００の表面側から撮像した第１の配線パターン像および第２の配線パターン像と故障発光像との位置合わせを容易に行うことが可能である。つまり、裏面側から撮像した故障箇所の位置を、表面側から取得した配線パターン像上で特定することを容易に行うことができる。
【００４１】
ところで、半導体デバイスの故障箇所を検出する手法として、ＯＢＩＣ法（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｅａｍ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ）並びにＯＢＩＲＣＨ法（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｅａｍ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｒｓｉｓｔａｎｃｅ Ｃｈａｎｇｅ ｍｅｔｈｏｄ）が知られている。ＯＢＩＣ法は、解析対象である半導体デバイスに低電圧を印加した状態で、レーザビームを走査して照射しながら、走査場所ごとの電流変化を輝度変化として表示させることで故障箇所の像を撮像する手法である。ＯＢＩＲＣＨ法は、解析対象の半導体デバイスにレーザビームを走査して照射し、配線の温度上昇に伴う抵抗変化を輝度変化として表示させることで故障箇所の像を撮像する手法である。
【００４２】
金属配線はレーザビームを透過させないため、ＯＢＩＣ法およびＯＢＩＲＣＨ法においても、金属配線層が多層化されるとウェハの表面側から観測することは困難となる。そこで、ウェハの裏面側（シリコン基板側）から赤外レーザビームを照射する赤外ＯＢＩＣ法（ＩＲ−ＯＢＩＣ：Ｉｎｆｒａｒｅｄ ＯＢＩＣ）や赤外ＯＢＩＲＣＨ法（ＩＲ−ＯＢＩＲＣＨ：Ｉｎｆｒａｒｅｄ ＯＢＩＲＣＨ）法が提案されている。
【００４３】
例えば、本実施の形態に係る故障解析装置のように、赤外光成分を含むレーザビーム３５ａを被解析ウェハ１００の裏面側から走査して照射することが可能なレーザ光学系５３を備える構成であれば、それを用いたＩＲ−ＯＢＩＣ法やＩＲ−ＯＢＩＲＣＨ法を行うことも可能である。つまり、第３の赤外光検出器３３に替えて、第３の撮像器としてＩＲ−ＯＢＩＣ解析装置又はＩＲ−ＯＢＩＲＣＨ解析装置を使用して故障箇所の像を撮像してもよい。なお、この場合ＩＲ−ＯＢＩＣ法あるいはＩＲ−ＯＢＩＲＣＨ法を行うためのレーザの走査領域と、第１および第２の配線パターン像を撮像するためのレーザ走査領域とを一致させることにより、両者の解析領域（視野）を一致させることができる。それにより、故障箇所の像と第１および第２の配線パターン像との、容易に第１および第２の配線パターン像上における故障箇所の位置を特定することができる。
【００４４】
＜実施の形態４＞
図６は、実施の形態４に係る故障解析装置の構成を示す図である。同図において、図１および図５と同様の要素には同一符号を付してある。本実施の形態では、被解析ウェハ１００の配線パターン像を得るための光源として、被解析ウェハ１００に表面からレーザビーム５４ａを走査して照射するレーザ光学系５４を用いる。レーザ光学系５４が発するレーザビーム５４ａは、波長１μｍ以上の赤外光成分を含んでいる。
【００４５】
レーザ光学系５４から発せられたレーザビーム５４ａは、ハーフミラー６１、レンズ光学系７１を介して被解析ウェハ１００の表面に照射される。被解析ウェハ１００内のメタル配線１０３により反射されたレーザビーム５４ａの赤外光成分は、第１の赤外光検出器３１に入射する。一方、メタル配線１０３の間を通過したレーザビーム５４ａの赤外光成分は、第２の赤外光検出器３２へと入射する。即ち、第１の赤外光検出器３１は、被解析ウェハ１００のレーザビーム５４ａによる反射像である第１の配線パターン像を撮像し、一方、第２の赤外光検出器３２は、被解析ウェハ１００のレーザビーム５４ａによる透過像である第２の配線パターン像を撮像する。
【００４６】
また、実施の形態３と同様に、第３の赤外光検出器３３は被解析ウェハ１００の故障箇所による故障発光像を撮像する。なお、本実施の形態においても、第２の赤外光検出器３２と第３の赤外光検出器３３とは、予め解析領域（視野）が互いに同一になるように位置調整しておく。
【００４７】
第１の配線パターン像と第２の配線パターン像は、共に同じレーザビーム５４ａの走査に基づくレーザ走査像であるので、解析領域は完全に一致するため位置合わせは容易に可能である。また、第２の赤外光検出器３２と第３の赤外光検出器３３とは、予めその解析領域を一致させているので容易に位置合わせを行うことが可能である。
【００４８】
従って、実施の形態３と同様に、被解析ウェハ１００の表面側から撮像した第１の配線パターン像および第２の配線パターン像と故障発光像との位置合わせを容易に行うことが可能である。つまり、裏面側から撮像した故障箇所の位置を、表面側から取得した配線パターン像上で特定することを容易に行うことができる。また、レーザビーム５４ａを被解析ウェハ１００の表面側から照射するので、表面側から撮像した第１の配線パターン像をより鮮明に得ることができるという効果もある。
【００４９】
＜実施の形態５＞
実施の形態３および４では、被解析ウェハ１００の裏面側から撮像した配線パターン像を取得する手段（第２の赤外光検出器３２）とは個別に、故障発光像を撮像する手段（第３の赤外光検出器３３）を備える構成とした。本実施の形態においては、その２つの像を１つの撮像器により撮像する。
【００５０】
図７は、本実施の形態に係る故障解析装置の構成を示す図である。同図において、図１および図５と同様の要素には同一符号を付してあるので、ここでの詳細な説明は省略する。
【００５１】
第１の赤外光検出器３１は、被解析ウェハ１００のレーザビーム５３ａによる透過像である第１の配線パターン像を撮像する。一方、第２の赤外光検出器４２は、被解析ウェハ１００のレーザビーム５３ａによる反射像である第２の配線パターン像と故障箇所による故障発光像と両方を撮像する。但し、レーザビーム５３ａの強度は、故障箇所からの発光に比べ極めて強いので、第２の配線パターン像の撮像の際は第２の赤外光検出器４２の受光感度を低く抑えるように調整する必要がある。
【００５２】
また、第１の赤外光検出器３１は、レーザビーム５３ａの走査に同期した入射光の強度変化に基づき、レーザ走査像として第１の配線パターン像を取得する。即ち、時分割的に得られたデータを画像に変換するための演算処理を行っている。しかし、故障発光像の撮像にも用いられる第２の赤外光検出器４２は、画素単位で光を検出することができるため、そのような演算処理を行わずに各画素毎に得られた入射光の強度から直接的に第２の配線パターン像を得ることができる。なお、第２の赤外光検出器４２でも入射光の強度データを時分割的に得ることは可能であるので、演算処理によるレーザ走査像を第２の配線パターン像としてもよいことは言うまでもない。
【００５３】
第１の配線パターン像と第２の配線パターン像は、共に同じレーザビーム５３ａの走査に基づくレーザ走査像であるので、解析領域は完全に一致するため位置合わせは容易に可能である。また、第２の配線パターン像と故障発光像とは、同一の第２の赤外光検出器４２によって撮像されるので、両者の解析領域（視野）は同一であるため容易に位置合わせが可能である。
【００５４】
従って、本実施の形態によれば、被解析ウェハ１００の表面側から撮像した第１の配線パターン像と故障発光像との位置合わせを容易に行うことが可能である。つまり、裏面側から撮像した故障箇所の位置を、表面側から取得した配線パターン像上で特定することを容易に行うことができる。
【００５５】
なお、図７においては、被解析ウェハ１００の配線パターン像を得るための光源として、被解析ウェハ１００に裏面からレーザビーム５３ａを走査して照射するレーザ光学系５３を用いる構成を示したが、例えば、図８のように、表面からレーザビーム５４ａを走査して照射するレーザ光学系５４を用いてもよい。この場合、上記の効果に加え、レーザビーム５４ａを被解析ウェハ１００の表面側から照射するので、表面側から撮像した第１の配線パターン像をより鮮明に得ることができるという効果が得られる。
【００５６】
【発明の効果】
請求項１に係る故障解析方法によれば、故障箇所による発光像と第２の配線パターン像とは、同一の撮像器により撮像されるので、両者の解析領域（視野）は一致するため互いの位置合わせは容易に行うことができる。また、第１の配線パターン像は表面からの反射像であるので、第１の配線パターン像からは少なくとも半導体チップに形成された多層配線の最上層の配線パターン像が得られる。また、第２の配線パターン像は透過像であるので、これにも多層配線の最上層の配線パターン像が含まれている。よって、第１の配線パターン像と第２の配線パターン像との位置合わせも容易に行うことができる。従って、半導体チップの表面側から撮像した第１の配線パターン像と故障発光像との位置合わせを容易に行うことが可能である。つまり、裏面側から撮像した故障箇所の位置を、表面側から取得した配線パターン像上で特定することを容易に行うことができる。
【００５７】
請求項３に係る故障解析方法によれば、第１の配線パターン像と第２の配線パターン像は、共に同じレーザビームの走査に基づくレーザ走査像であるので、解析領域は完全に一致するため位置合わせは容易に可能である。また、予め第２の撮像器と第３の撮像器との位置合わせを行うことで、第２の配線パターン像と故障箇所の像との位置合わせも容易に行うことが可能である。従って、半導体チップの表面側から撮像した第１の配線パターン像と故障発光像との位置合わせを容易に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る故障解析装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る故障解析装置の動作を説明するための図である。
【図３】実施の形態２に係る故障解析装置の構成を示す図である。
【図４】実施の形態２に係る故障解析装置の動作を説明するための図である。
【図５】実施の形態３に係る故障解析装置の構成を示す図である。
【図６】実施の形態４に係る故障解析装置の構成を示す図である。
【図７】実施の形態５に係る故障解析装置の構成を示す図である。
【図８】実施の形態５に係る故障解析装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ ウェハチャック、２ ウェハステージ、３ プローブ、４ プローブカード、５１ 第１の光源、５２ 第２の光源、６１，６２ ハーフミラー、７１，７２ レンズ光学系、１１ ＣＣＤ、１２，２１，２２，３１，３２，３３，４２ 赤外光検出器、１００ 被解析ウェハ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路の故障解析に関するものであり、特に故障箇所の位置を特定するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体集積回路の不良箇所（故障箇所）を検出する半導体故障解析方法として、エミッション解析法が広く知られている。エミッション解析法は、故障箇所における電流リークにより発生する微弱な光を検出することにより故障箇所の像を撮像し、当該故障箇所の位置を特定する解析方法である。
【０００３】
一方、近年の半導体集積回路の集積化に伴い金属配線層の多層化が進んでいる。金属配線は光を透過させないため、例えば下層の金属配線層やその下の半導体素子での発光を、半導体チップが形成されたウェハの表面側から観測することは困難となってきている。そこで、シリコンが波長１μｍ以上の赤外光を透過することに着目し、故障箇所が発する光に含まれる赤外光成分をシリコン基板裏面側（ウェハの裏面側）から検出して故障箇所を検出する手法（裏面エミッション解析法）が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３３５２６号公報（第４−５頁、第１−３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
裏面エミッション解析法により故障箇所の検出した後は、故障の原因を究明するために物理解析を行うが、通常この解析は半導体デバイスの表面側から行う。そのため、デバイスの表面側から撮像した配線パターン像上での、発光箇所の位置を正確に特定することは重要である。
【０００６】
従来の裏面エミッション解析においては、ウェハの裏面側から撮像した故障箇所の発光像と、同じくウェハの裏面側から撮像したデバイスの配線パターン像とを重ね合わせることで、当該異常箇所の位置を特定していた。よって、デバイスの表面側から撮像した配線パターン像上での異常箇所の位置を特定する必要がある場合は、まず上記の特許文献１のように、ＣＡＤツール等を使用して配線パターンのレイアウト図と裏面側から撮像した配線パターン像とを照合し、一旦レイアウト図上での故障箇所の位置を特定していた。そしてその後、表面側から撮像した配線パターン像とレイアウト図とを照合し、表面側から撮像した配線パターン像上での故障箇所の位置を特定していた。
【０００７】
このように、裏面から撮像した故障箇所の位置を表面から撮像した配線パターン像上で特定する際には、一旦レイアウト図との照合作業を介するため、煩雑な作業を伴っていた。
【０００８】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであって、裏面側から取得した故障箇所の位置を、表面側から取得した配線パターン像上で特定することが容易に可能な故障解析装置および故障解析方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る故障解析方法は、（ａ）解析対象となる半導体チップの表面に波長１μｍ以上の成分を含む第１の光を照射する工程と、（ｂ）前記半導体チップの前記第１の光による反射像である第１の配線パターン像および透過像である第２の配線パターン像を撮像する工程と、（ｃ）前記半導体チップの裏面側から、前記半導体チップの故障箇所による発光像を撮像する工程とを備え、前記第２の配線パターン像と前記発光像とは同一の撮像器により撮像することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る故障解析方法は、（ａ）解析対象となる半導体チップに波長１μｍ以上の成分を含むレーザビームを走査して照射しつつ、前記半導体チップの前記レーザビームによる透過像である第１の配線パターン像および反射像である第２の配線パターン像を撮像する工程と、（ｂ）前記半導体チップの故障箇所の像を撮像する工程とを備え、前記工程（ａ）は、前記半導体チップの表面側に配置された第１の撮像器および裏面側に配置された第２の撮像器により実行され、前記工程（ｂ）は、前記半導体チップの裏面側に配置された第３の撮像器によって実行され、前記工程（ａ）および（ｂ）に先立って、前記第２の撮像器と前記第３の撮像器との位置合わせが行われることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る故障解析装置の構成を示す図である。同図に示すように、解析の対象となる半導体チップが形成された被解析ウェハ１００を固定するためのウェハチャック１は、水平方向に移動可能なウェハステージ２に搭載される。ウェハチャック１は、石英ガラスにより形成されたものが一般的である。被解析ウェハ１００のチップに対する電圧信号の入出力を行うプローブ３は、プローブカード４に固定される。
【００１２】
第１の光源５１および第２の光源５２は、波長１μｍ以上の赤外光成分を含む光を発する例えばハロゲンランプである。第１の光源５１が放射した光５１ａは、ハーフミラー６１で反射され、解析領域（視野）を拡大／縮小するためのレンズ光学系７１を介して被解析ウェハ１００に表面側から照射される。
【００１３】
図２は、本実施の形態に係る故障解析装置の動作を説明するための図であり、被解析ウェハ１００およびウェハチャック１の解析領域の拡大断面図である。ここで、同図に示すように被解析ウェハ１００は多層配線構造を有するものと仮定する。被解析ウェハ１００の表面に照射された光５１ａの一部は、被解析ウェハ１００のデバイス形成層１０２に形成されたメタル配線１０３により反射される。そして、レンズ光学系７１、ハーフミラー６１を介してＣＣＤ１１に入射し、ＣＣＤ１１により被解析ウェハ１００の反射像である第１の配線パターン像として撮像される。即ち、第１の配線パターン像は、被解析ウェハ１００の表面から撮像した配線パターン像である。
【００１４】
また、メタル配線１０３で反射されずにメタル配線１０３の隙間を通過した光５１ａの赤外光成分は、シリコン基板１０１を透過し、ウェハチャック１、レンズ光学系７２、ハーフミラー６２を介して赤外光検出器１２に入射し、赤外光検出器１２により被解析ウェハ１００の透過像である第２の配線パターン像として撮像される。即ち、第２の配線パターン像は、被解析ウェハ１００の裏面から撮像した配線パターン像である。
【００１５】
一方、第２の光源５２が発した光５２ａは、ハーフミラー６２で反射され、レンズ光学系７２およびウェハチャック１を介して被解析ウェハ１００に裏面側から照射される。レンズ光学系７２は、解析領域（視野）を拡大／縮小すると共に、光５２ａの赤外成分のみを通過させるフィルタを有している。
【００１６】
被解析ウェハ１００の裏面に照射された光５２ａの赤外光成分は、被解析ウェハ１００のシリコン基板１０１を透過してデバイス形成層１０２に到達する。その一部はデバイス形成層１０２に形成されたメタル配線１０３により反射される。そして、シリコン基板１０１、ウェハチャック１、レンズ光学系７２、ハーフミラー６２を介して赤外光検出器１２に入射し、赤外光検出器１２により被解析ウェハ１００の反射像である第３の配線パターン像として撮像される。即ち、第３の配線パターン像は、被解析ウェハ１００の裏面から撮像した配線パターン像である。
【００１７】
また、赤外光検出器１２は、被解析ウェハ１００の故障箇所の検出にも使用される。プローブ３により、被解析ウェハ１００上のチップに所定の電圧信号を印加すると、故障箇所１１０は電流リークにより発光する。その光の赤外光成分１１０ａは、シリコン基板１０１、ウェハチャック１、レンズ光学系７２、ハーフミラー６２を介して赤外光検出器１２に入射し、赤外光検出器１２により故障箇所の像（以下、「故障発光像」と称する）として撮像される。
【００１８】
なお、故障箇所からの発光は極めて微弱であるので、赤外光検出器１２は受光感度が高いものを用いる必要がある。但し、光源５１，５２を用いた配線パターン像の撮像の際は、故障発光像に比較して極めて強い光が赤外光検出器１２に入射されるので、受光感度を低く抑えるように調整しておく必要がある。
【００１９】
以上のように、ＣＣＤ１１は、被解析ウェハ１００の表面から撮像した配線パターン像である第１の配線パターン像を撮像し、赤外光検出器１２は、被解析ウェハ１００の裏面から撮像した配線パターン像である第２の配線パターン像、第３の配線パターン像および故障発光像を撮像する。
【００２０】
故障発光像と第２の配線パターン像および第３の配線パターン像とは、同一の赤外光検出器１２により撮像されるので、両者の解析領域（視野）は一致するため互いの位置合わせは容易に行うことができる。また、第１の配線パターン像は表面からの反射像であるので、第１の配線パターン像からは少なくとも多層配線の最上層の配線パターン像が得られる。また、第２の配線パターン像は透過像であるので、これにも多層配線の最上層の配線パターン像も含まれている。よって、最上層の配線パターン像を基準として、第１の配線パターン像と第２の配線パターン像との位置合わせも容易に行うことができる。
【００２１】
従って、本実施の形態によれば、被解析ウェハ１００の表面側から撮像した第１の配線パターン像と故障発光像との位置合わせを容易に行うことが可能である。つまり、裏面側から撮像した故障箇所の位置を、表面側から取得した配線パターン像上で特定することを容易に行うことができる。
【００２２】
＜実施の形態２＞
実施の形態１では、被解析ウェハ１００の表面からの配線パターン像を撮像する手段としてＣＣＤを用いたが、本実施の形態においてはそれに替えて赤外光検出器を用いる。即ち、図３に示すように、本実施の形態に係る故障解析装置は、第１の赤外光検出器２１および第２の赤外光検出器２２とを備える。なお、図３において、図１と同様の要素には同一符号を付してあるので、ここでの詳細な説明は省略する。
【００２３】
図４は、本実施の形態に係る故障解析装置の動作を説明するための図であり、被解析ウェハ１００およびウェハチャック１の解析領域の拡大断面図である。第１の光源５１が放射した光５１ａは、ハーフミラー６１で反射され、レンズ光学系７１を介して被解析ウェハ１００に表面側から照射される。レンズ光学系７１は光５１ａの赤外光成分のみを通過させるフィルタを備えている。
【００２４】
被解析ウェハ１００の表面に照射された光５１ａの赤外光成分の一部は、被解析ウェハ１００のデバイス形成層１０２に形成されたメタル配線１０３により反射される。そして、レンズ光学系７１、ハーフミラー６１を介して第１の赤外光検出器２１に入射し、第１の赤外光検出器２１により被解析ウェハ１００の反射像である第１の配線パターン像として撮像される。
【００２５】
また、メタル配線１０３の隙間を通過した光５１ａの赤外光成分は、シリコン基板１０１を透過し、ウェハチャック１、レンズ光学系７２、ハーフミラー６２を介して第２の赤外光検出器２２に入射し、第２の赤外光検出器２２により被解析ウェハ１００の透過像である第２の配線パターン像として撮像される。
【００２６】
一方、第２の光源５２が発した光５２ａは、ハーフミラー６２で反射され、レンズ光学系７２およびウェハチャック１を介して被解析ウェハ１００に裏面側から照射される。
【００２７】
被解析ウェハ１００の裏面に照射された光５２ａの赤外光成分の一部は、デバイス形成層１０２に形成されたメタル配線１０３により反射される。メタル配線１０３により反射された光５２ａの赤外光成分は、シリコン基板１０１、ウェハチャック１、レンズ光学系７２、ハーフミラー６２を介して第２の赤外光検出器２２に入射し、第２の赤外光検出器２２により被解析ウェハ１００の反射像である第３の配線パターン像として撮像される。
【００２８】
メタル配線１０３の間を通過した光５２ａの赤外光成分は、レンズ光学系７１、ハーフミラー６１を介して第１の赤外光検出器２１に入射し、第１の赤外光検出器２１により被解析ウェハ１００の透過像である第４の配線パターン像として撮像される。
【００２９】
また、第２の赤外光検出器２２は、実施の形態１における赤外光検出器１２と同様に、被解析ウェハ１００の故障箇所による故障発光像を撮像する。
【００３０】
以上のように、第１の赤外光検出器２１は、被解析ウェハ１００の表面から撮像した配線パターン像である第１の配線パターン像および第４の配線パターン像を撮像し、第２の赤外光検出器２２は、被解析ウェハ１００の裏面から撮像した配線パターン像である第２の配線パターン像、第３の配線パターン像および故障発光像を撮像する。
【００３１】
故障発光像と第２の配線パターン像および第３の配線パターン像とは、同一の赤外光検出器１２により撮像されるので、それらの位置合わせは容易に行うことができる。また、第１の配線パターン像は表面からの反射像であるので、第１の配線パターン像からは少なくとも多層配線の最上層の配線パターン像が得られる。第３の配線パターン像は裏面からの反射像であるので、第３の配線パターン像からは少なくとも多層配線の最下層の配線パターン像が得られる。
一方、第２の配線パターン像および第４のパターン像は透過像であるので、これらには多層配線の最上層、最下層両方の配線パターン像も含まれている。よって、最上層あるいは最下層の配線パターン像を基準として、これらは互いに容易に位置合わせが可能である。
【００３２】
従って、本実施の形態によれば、被解析ウェハ１００の表面側から撮像した第１の配線パターン像および第４の配線パターン像と、故障発光像との位置合わせを容易に行うことが可能である。つまり、裏面側から撮像した故障箇所の位置を、表面側から取得した配線パターン像上で特定することを容易に行うことができる。また、表面側から取得した配線パターン像として、第１の配線パターン像と第４の配線パターン像との２つを取得できるので、それらを互いに照合することにより、実施の形態１よりもさらに正確に故障箇所の位置を特定することも可能になる。
【００３３】
＜実施の形態３＞
図５は、実施の形態３に係る故障解析装置の構成を示す図である。同図において、図１と同様の要素には同一符号を付してあるので、ここでの詳細な説明は省略する。本実施の形態においては、被解析ウェハ１００の配線パターン像を得るための光源として、被解析ウェハ１００に裏面からレーザビーム５３ａを走査して照射するレーザ光学系５３を用いる。レーザ光学系５３が発するレーザビーム５３ａは、波長１μｍ以上の赤外光成分を含んでいる。
【００３４】
レーザ光学系５３から発せられたレーザビーム５３ａは、ハーフミラー６２、レンズ光学系７２、ウェハチャック１を介して被解析ウェハ１００に到達する。被解析ウェハ１００内のメタル配線１０３により反射されたレーザビーム５３ａの赤外光成分は、第２の赤外光検出器３２に入射する。一方、メタル配線１０３の間を通過したレーザビーム５３ａの赤外光成分は、第１の赤外光検出器３１へと入射する。
【００３５】
第１の赤外光検出器３１および第２の赤外光検出器３２は、レーザビーム５３ａの走査に同期した入射光の強度変化に基づき、それぞれレーザ走査像を取得する。即ち、第１の赤外光検出器３１は、レーザ走査像として被解析ウェハ１００のレーザビーム５３ａによる透過像である第１の配線パターン像を撮像する。また、第２の赤外光検出器３２は、レーザ走査像として被解析ウェハ１００のレーザビーム５３ａによる反射像である第２の配線パターン像を撮像する。
【００３６】
一方、本実施の形態においては、被解析ウェハ１００の故障箇所による故障発光像の撮像は、第３の赤外光検出器３３によって行う。第３の赤外光検出器３３の動作は、実施の形態１における赤外光検出器１２と同様である。
【００３７】
但し、本実施の形態においては、第２の赤外光検出器３２と第３の赤外光検出器３３とは、予め解析領域（視野）が互いに同一になるように位置調整しておく。一般に、レンズ光学系７２の特性上、解析領域の中心は歪みが少ないので、この位置調整はレーザ光学系５３がレーザビーム５３ａを走査する領域の中心（即ち解析領域の中心）と、第３の赤外光検出器３３の解析領域の中心とを一致させるとよい。例えば、レーザビーム５３ａの走査領域の中心に照射してその反射光が第３の赤外光検出器３３の中心座標に入射するように第３の赤外光検出器３３の位置を調整することで可能である。但し、レーザビーム５３ａは極めて光強度が高いため、その際は第３の赤外光検出器３３の感度を低く抑えておく必要がある。
【００３８】
以上のように、第１の赤外光検出器３１は、被解析ウェハ１００の表面から撮像した配線パターン像である第１の配線パターン像を撮像し、第２の赤外光検出器３２は、被解析ウェハ１００の裏面から撮像した配線パターン像である第２の配線パターン像を撮像する。また、第３の赤外光検出器３３は裏面から撮像した故障発光像を取得する。
【００３９】
第１の配線パターン像と第２の配線パターン像は、共に同じレーザビーム５３ａの走査に基づくレーザ走査像であるので、解析領域は完全に一致するため位置合わせは容易に可能である。また、第２の赤外光検出器３２と第３の赤外光検出器３３とは、予めその解析領域を一致させているので容易に位置合わせを行うことが可能である。
【００４０】
従って、本実施の形態によれば、被解析ウェハ１００の表面側から撮像した第１の配線パターン像および第２の配線パターン像と故障発光像との位置合わせを容易に行うことが可能である。つまり、裏面側から撮像した故障箇所の位置を、表面側から取得した配線パターン像上で特定することを容易に行うことができる。
【００４１】
ところで、半導体デバイスの故障箇所を検出する手法として、ＯＢＩＣ法（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｅａｍ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ）並びにＯＢＩＲＣＨ法（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｅａｍ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｒｓｉｓｔａｎｃｅ Ｃｈａｎｇｅ ｍｅｔｈｏｄ）が知られている。ＯＢＩＣ法は、解析対象である半導体デバイスに低電圧を印加した状態で、レーザビームを走査して照射しながら、走査場所ごとの電流変化を輝度変化として表示させることで故障箇所の像を撮像する手法である。ＯＢＩＲＣＨ法は、解析対象の半導体デバイスにレーザビームを走査して照射し、配線の温度上昇に伴う抵抗変化を輝度変化として表示させることで故障箇所の像を撮像する手法である。
【００４２】
金属配線はレーザビームを透過させないため、ＯＢＩＣ法およびＯＢＩＲＣＨ法においても、金属配線層が多層化されるとウェハの表面側から観測することは困難となる。そこで、ウェハの裏面側（シリコン基板側）から赤外レーザビームを照射する赤外ＯＢＩＣ法（ＩＲ−ＯＢＩＣ：Ｉｎｆｒａｒｅｄ ＯＢＩＣ）や赤外ＯＢＩＲＣＨ法（ＩＲ−ＯＢＩＲＣＨ：Ｉｎｆｒａｒｅｄ ＯＢＩＲＣＨ）法が提案されている。
【００４３】
例えば、本実施の形態に係る故障解析装置のように、赤外光成分を含むレーザビーム３５ａを被解析ウェハ１００の裏面側から走査して照射することが可能なレーザ光学系５３を備える構成であれば、それを用いたＩＲ−ＯＢＩＣ法やＩＲ−ＯＢＩＲＣＨ法を行うことも可能である。つまり、第３の赤外光検出器３３に替えて、第３の撮像器としてＩＲ−ＯＢＩＣ解析装置又はＩＲ−ＯＢＩＲＣＨ解析装置を使用して故障箇所の像を撮像してもよい。なお、この場合ＩＲ−ＯＢＩＣ法あるいはＩＲ−ＯＢＩＲＣＨ法を行うためのレーザの走査領域と、第１および第２の配線パターン像を撮像するためのレーザ走査領域とを一致させることにより、両者の解析領域（視野）を一致させることができる。それにより、故障箇所の像と第１および第２の配線パターン像との、容易に第１および第２の配線パターン像上における故障箇所の位置を特定することができる。
【００４４】
＜実施の形態４＞
図６は、実施の形態４に係る故障解析装置の構成を示す図である。同図において、図１および図５と同様の要素には同一符号を付してある。本実施の形態では、被解析ウェハ１００の配線パターン像を得るための光源として、被解析ウェハ１００に表面からレーザビーム５４ａを走査して照射するレーザ光学系５４を用いる。レーザ光学系５４が発するレーザビーム５４ａは、波長１μｍ以上の赤外光成分を含んでいる。
【００４５】
レーザ光学系５４から発せられたレーザビーム５４ａは、ハーフミラー６１、レンズ光学系７１を介して被解析ウェハ１００の表面に照射される。被解析ウェハ１００内のメタル配線１０３により反射されたレーザビーム５４ａの赤外光成分は、第１の赤外光検出器３１に入射する。一方、メタル配線１０３の間を通過したレーザビーム５４ａの赤外光成分は、第２の赤外光検出器３２へと入射する。即ち、第１の赤外光検出器３１は、被解析ウェハ１００のレーザビーム５４ａによる反射像である第１の配線パターン像を撮像し、一方、第２の赤外光検出器３２は、被解析ウェハ１００のレーザビーム５４ａによる透過像である第２の配線パターン像を撮像する。
【００４６】
また、実施の形態３と同様に、第３の赤外光検出器３３は被解析ウェハ１００の故障箇所による故障発光像を撮像する。なお、本実施の形態においても、第２の赤外光検出器３２と第３の赤外光検出器３３とは、予め解析領域（視野）が互いに同一になるように位置調整しておく。
【００４７】
第１の配線パターン像と第２の配線パターン像は、共に同じレーザビーム５４ａの走査に基づくレーザ走査像であるので、解析領域は完全に一致するため位置合わせは容易に可能である。また、第２の赤外光検出器３２と第３の赤外光検出器３３とは、予めその解析領域を一致させているので容易に位置合わせを行うことが可能である。
【００４８】
従って、実施の形態３と同様に、被解析ウェハ１００の表面側から撮像した第１の配線パターン像および第２の配線パターン像と故障発光像との位置合わせを容易に行うことが可能である。つまり、裏面側から撮像した故障箇所の位置を、表面側から取得した配線パターン像上で特定することを容易に行うことができる。また、レーザビーム５４ａを被解析ウェハ１００の表面側から照射するので、表面側から撮像した第１の配線パターン像をより鮮明に得ることができるという効果もある。
【００４９】
＜実施の形態５＞
実施の形態３および４では、被解析ウェハ１００の裏面側から撮像した配線パターン像を取得する手段（第２の赤外光検出器３２）とは個別に、故障発光像を撮像する手段（第３の赤外光検出器３３）を備える構成とした。本実施の形態においては、その２つの像を１つの撮像器により撮像する。
【００５０】
図７は、本実施の形態に係る故障解析装置の構成を示す図である。同図において、図１および図５と同様の要素には同一符号を付してあるので、ここでの詳細な説明は省略する。
【００５１】
第１の赤外光検出器３１は、被解析ウェハ１００のレーザビーム５３ａによる透過像である第１の配線パターン像を撮像する。一方、第２の赤外光検出器４２は、被解析ウェハ１００のレーザビーム５３ａによる反射像である第２の配線パターン像と故障箇所による故障発光像と両方を撮像する。但し、レーザビーム５３ａの強度は、故障箇所からの発光に比べ極めて強いので、第２の配線パターン像の撮像の際は第２の赤外光検出器４２の受光感度を低く抑えるように調整する必要がある。
【００５２】
また、第１の赤外光検出器３１は、レーザビーム５３ａの走査に同期した入射光の強度変化に基づき、レーザ走査像として第１の配線パターン像を取得する。即ち、時分割的に得られたデータを画像に変換するための演算処理を行っている。しかし、故障発光像の撮像にも用いられる第２の赤外光検出器４２は、画素単位で光を検出することができるため、そのような演算処理を行わずに各画素毎に得られた入射光の強度から直接的に第２の配線パターン像を得ることができる。なお、第２の赤外光検出器４２でも入射光の強度データを時分割的に得ることは可能であるので、演算処理によるレーザ走査像を第２の配線パターン像としてもよいことは言うまでもない。
【００５３】
第１の配線パターン像と第２の配線パターン像は、共に同じレーザビーム５３ａの走査に基づくレーザ走査像であるので、解析領域は完全に一致するため位置合わせは容易に可能である。また、第２の配線パターン像と故障発光像とは、同一の第２の赤外光検出器４２によって撮像されるので、両者の解析領域（視野）は同一であるため容易に位置合わせが可能である。
【００５４】
従って、本実施の形態によれば、被解析ウェハ１００の表面側から撮像した第１の配線パターン像と故障発光像との位置合わせを容易に行うことが可能である。つまり、裏面側から撮像した故障箇所の位置を、表面側から取得した配線パターン像上で特定することを容易に行うことができる。
【００５５】
なお、図７においては、被解析ウェハ１００の配線パターン像を得るための光源として、被解析ウェハ１００に裏面からレーザビーム５３ａを走査して照射するレーザ光学系５３を用いる構成を示したが、例えば、図８のように、表面からレーザビーム５４ａを走査して照射するレーザ光学系５４を用いてもよい。この場合、上記の効果に加え、レーザビーム５４ａを被解析ウェハ１００の表面側から照射するので、表面側から撮像した第１の配線パターン像をより鮮明に得ることができるという効果が得られる。
【００５６】
【発明の効果】
請求項１に係る故障解析方法によれば、故障箇所による発光像と第２の配線パターン像とは、同一の撮像器により撮像されるので、両者の解析領域（視野）は一致するため互いの位置合わせは容易に行うことができる。また、第１の配線パターン像は表面からの反射像であるので、第１の配線パターン像からは少なくとも半導体チップに形成された多層配線の最上層の配線パターン像が得られる。また、第２の配線パターン像は透過像であるので、これにも多層配線の最上層の配線パターン像が含まれている。よって、第１の配線パターン像と第２の配線パターン像との位置合わせも容易に行うことができる。従って、半導体チップの表面側から撮像した第１の配線パターン像と故障発光像との位置合わせを容易に行うことが可能である。つまり、裏面側から撮像した故障箇所の位置を、表面側から取得した配線パターン像上で特定することを容易に行うことができる。
【００５７】
請求項３に係る故障解析方法によれば、第１の配線パターン像と第２の配線パターン像は、共に同じレーザビームの走査に基づくレーザ走査像であるので、解析領域は完全に一致するため位置合わせは容易に可能である。また、予め第２の撮像器と第３の撮像器との位置合わせを行うことで、第２の配線パターン像と故障箇所の像との位置合わせも容易に行うことが可能である。従って、半導体チップの表面側から撮像した第１の配線パターン像と故障発光像との位置合わせを容易に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る故障解析装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る故障解析装置の動作を説明するための図である。
【図３】実施の形態２に係る故障解析装置の構成を示す図である。
【図４】実施の形態２に係る故障解析装置の動作を説明するための図である。
【図５】実施の形態３に係る故障解析装置の構成を示す図である。
【図６】実施の形態４に係る故障解析装置の構成を示す図である。
【図７】実施の形態５に係る故障解析装置の構成を示す図である。
【図８】実施の形態５に係る故障解析装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ ウェハチャック、２ ウェハステージ、３ プローブ、４ プローブカード、５１ 第１の光源、５２ 第２の光源、６１，６２ ハーフミラー、７１，７２ レンズ光学系、１１ ＣＣＤ、１２，２１，２２，３１，３２，３３，４２ 赤外光検出器、１００ 被解析ウェハ。
Claims (6)
- （ａ）解析対象となる半導体チップの表面に波長１μｍ以上の成分を含む第１の光を照射する工程と、
（ｂ）前記半導体チップの前記第１の光による反射像である第１の配線パターン像および透過像である第２の配線パターン像を撮像する工程と、
（ｃ）前記半導体チップの裏面側から、前記半導体チップの故障箇所による発光像を撮像する工程とを備え、
前記第２の配線パターン像と前記発光像とは同一の撮像器により撮像する
ことを特徴とする故障解析方法。 - 請求項１に記載の故障解析方法であって、さらに、
（ｄ）前記半導体チップの裏面に波長１μｍ以上の成分を含む第２の光を照射する工程と、
（ｅ）前記半導体チップの前記第２の光による反射像である第３の配線パターン像および透過像である第４の配線パターンを撮像する工程とをさらに備え、
前記第３の配線パターン像は前記同一の撮像器により撮像する
ことを特徴とする故障解析方法。 - （ａ）解析対象となる半導体チップに波長１μｍ以上の成分を含むレーザビームを走査して照射しつつ、前記半導体チップの前記レーザビームによる透過像である第１の配線パターン像および反射像である第２の配線パターン像を撮像する工程と、
（ｂ）前記半導体チップの故障箇所の像を撮像する工程とを備え、
前記工程（ａ）は、前記半導体チップの表面側に配置された第１の撮像器および裏面側に配置された第２の撮像器により実行され、
前記工程（ｂ）は、前記半導体チップの裏面側に配置された第３の撮像器によって実行され、
前記工程（ａ）および（ｂ）に先立って、前記第２の撮像器と前記第３の撮像器との位置合わせが行われる
ことを特徴とする故障解析方法。 - 請求項３に記載の故障解析方法であって、
前記工程（ｂ）は、
（ｃ）前記半導体チップの裏面側から、前記半導体チップの故障箇所による発光像を撮像する工程である
ことを特徴とする故障解析方法。 - 請求項３に記載の故障解析方法であって、
前記工程（ｂ）は、
（ｄ）前記レーザビームを前記半導体チップの裏面側から走査して照射しつつ、ＯＢＩＣ法またはＯＢＩＲＣＨ法を用いて前記故障箇所の像を撮像する工程である
ことを特徴とする故障解析方法。 - （ａ）解析対象となる半導体チップに波長１μｍ以上の成分を含むレーザビームを走査して照射しつつ、前記半導体チップの前記レーザビームによる透過像である第１の配線パターン像および反射像である第２の配線パターン像を撮像する工程と、
（ｂ）前記半導体チップの故障箇所の像を撮像する工程とを備え、
前記工程（ａ）は、前記半導体チップの表面に配置された第１の撮像器および裏面に配置された第２の撮像器により実行され、
前記工程（ｂ）は、前記第２の撮像器によって実行される
ことを特徴とする故障解析方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002306856A JP2004146428A (ja) | 2002-10-22 | 2002-10-22 | 故障解析方法 |
| US10/620,380 US20040103353A1 (en) | 2002-10-22 | 2003-07-17 | Failure analysis method |
| KR1020030051884A KR20040035553A (ko) | 2002-10-22 | 2003-07-28 | 고장 해석 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002306856A JP2004146428A (ja) | 2002-10-22 | 2002-10-22 | 故障解析方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004146428A true JP2004146428A (ja) | 2004-05-20 |
Family
ID=32321588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002306856A Pending JP2004146428A (ja) | 2002-10-22 | 2002-10-22 | 故障解析方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20040103353A1 (ja) |
| JP (1) | JP2004146428A (ja) |
| KR (1) | KR20040035553A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010135784A (ja) * | 2008-11-13 | 2010-06-17 | Dcg Systems Inc | 不明瞭な表示を有するプロービングアプリケーションにおけるデバイスパッドに対するプローブチップのアライメント |
| JP2013511711A (ja) * | 2009-11-20 | 2013-04-04 | ファンデーション ソウル テクノパーク | レーザーを用いた貼り合わせウェーハの検査装置 |
| JP2019134169A (ja) * | 2013-12-26 | 2019-08-08 | 浜松ホトニクス株式会社 | 画像処理方法、画像処理装置、画像処理プログラム、及び画像処理プログラムを記憶した記憶媒体 |
| JP2021108383A (ja) * | 2017-01-19 | 2021-07-29 | 浜松ホトニクス株式会社 | 検査方法、検査装置、及びマーキング形成方法 |
| WO2021166496A1 (ja) * | 2020-02-18 | 2021-08-26 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体故障解析装置及び半導体故障解析方法 |
| JP7186934B1 (ja) * | 2021-07-19 | 2022-12-09 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体故障解析装置及び半導体故障解析方法 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6995564B1 (en) * | 2003-01-15 | 2006-02-07 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method and system for locating chip-level defects through emission imaging of a semiconductor device |
| FR2891626B1 (fr) * | 2005-09-30 | 2008-02-01 | Cnes Epic | Dispositif d'analyse d'un circuit integre. |
| KR100825785B1 (ko) * | 2006-10-20 | 2008-04-29 | 삼성전자주식회사 | 칩 위치 식별장치 및 이를 이용한 칩 위치 식별 방법 |
| KR100885182B1 (ko) * | 2006-12-20 | 2009-02-23 | 삼성전자주식회사 | 에미션 분석 장치 및 불량 분석 방법 |
| CN106066984A (zh) * | 2016-07-11 | 2016-11-02 | 深圳市兴通物联科技有限公司 | 激光条码扫描解码控制电路及条码扫描器 |
| KR20230021669A (ko) * | 2020-06-08 | 2023-02-14 | 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 | 반도체 검사 방법 및 반도체 검사 장치 |
| US20220359029A1 (en) * | 2021-05-06 | 2022-11-10 | Micron Technology, Inc. | Memory Failure Prediction |
-
2002
- 2002-10-22 JP JP2002306856A patent/JP2004146428A/ja active Pending
-
2003
- 2003-07-17 US US10/620,380 patent/US20040103353A1/en not_active Abandoned
- 2003-07-28 KR KR1020030051884A patent/KR20040035553A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010135784A (ja) * | 2008-11-13 | 2010-06-17 | Dcg Systems Inc | 不明瞭な表示を有するプロービングアプリケーションにおけるデバイスパッドに対するプローブチップのアライメント |
| JP2015019087A (ja) * | 2008-11-13 | 2015-01-29 | ディーシージー システムズ インコーポレーテッド | 集積回路プロービングアプリケーション用にプローブカードのプローブチップアレイを対応するコンタクトパッドにアライメントさせる方法 |
| JP2013511711A (ja) * | 2009-11-20 | 2013-04-04 | ファンデーション ソウル テクノパーク | レーザーを用いた貼り合わせウェーハの検査装置 |
| JP2019134169A (ja) * | 2013-12-26 | 2019-08-08 | 浜松ホトニクス株式会社 | 画像処理方法、画像処理装置、画像処理プログラム、及び画像処理プログラムを記憶した記憶媒体 |
| JP2021108383A (ja) * | 2017-01-19 | 2021-07-29 | 浜松ホトニクス株式会社 | 検査方法、検査装置、及びマーキング形成方法 |
| JP7033225B2 (ja) | 2017-01-19 | 2022-03-09 | 浜松ホトニクス株式会社 | 検査方法、検査装置、及びマーキング形成方法 |
| WO2021166496A1 (ja) * | 2020-02-18 | 2021-08-26 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体故障解析装置及び半導体故障解析方法 |
| JP6984075B1 (ja) * | 2020-02-18 | 2021-12-17 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体故障解析装置及び半導体故障解析方法 |
| JP7186934B1 (ja) * | 2021-07-19 | 2022-12-09 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体故障解析装置及び半導体故障解析方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20040035553A (ko) | 2004-04-29 |
| US20040103353A1 (en) | 2004-05-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI676810B (zh) | 檢查裝置及檢查方法 | |
| US7026832B2 (en) | Probe mark reading device and probe mark reading method | |
| TWI626601B (zh) | 影像處理方法、影像處理裝置、影像處理程式及記憶影像處理程式之記憶媒體 | |
| US8159243B2 (en) | Probe tip to device pad alignment in obscured view probing applications | |
| JP2004146428A (ja) | 故障解析方法 | |
| JP2002540398A (ja) | 半導体の構成 | |
| KR20090023553A (ko) | 반도체 불량 해석 장치, 불량 해석 방법 및 불량 해석 프로그램 | |
| TW201828383A (zh) | 檢查方法、檢查裝置、及標記形成方法 | |
| WO2021166496A1 (ja) | 半導体故障解析装置及び半導体故障解析方法 | |
| TWI390228B (zh) | Semiconductor poor analytical devices, poor analytical methods, and poor analytical procedures | |
| JP5005893B2 (ja) | 半導体不良解析装置、不良解析方法、及び不良解析プログラム | |
| CN115714103A (zh) | 用于晶圆键合对准及检测的装置和方法 | |
| JP3813336B2 (ja) | 集積回路の故障箇所特定方法および故障箇所特定装置 | |
| KR100825785B1 (ko) | 칩 위치 식별장치 및 이를 이용한 칩 위치 식별 방법 | |
| JP6746744B1 (ja) | 検査装置及び検査方法 | |
| JP2577805B2 (ja) | はんだ付部検査方法とその装置並びに電子部品実装状態検査方法 | |
| JP3135063B2 (ja) | 比較検査方法および装置 | |
| US6995564B1 (en) | Method and system for locating chip-level defects through emission imaging of a semiconductor device | |
| KR101575895B1 (ko) | 웨이퍼 검사장치 및 웨이퍼 검사방법 | |
| JP2624481B2 (ja) | 光誘起電流による半導体装置の検査装置 | |
| JP2968106B2 (ja) | バイアホール検査装置 | |
| JPH05152401A (ja) | バンプ形状検査装置 | |
| CN117589795A (zh) | 图像获取装置、基板检查装置、图像获取方法及基板检查方法 | |
| JP2518162B2 (ja) | 半導体集積回路故障検査装置 | |
| JPH08316281A (ja) | 欠陥検査装置 |