JP2008141207A - 故障解析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステージ上に安定して試料を搭載でき、かつ解析視野を移動させることが可能な故障解析技術を提供する。
【解決手段】ステージ１１上に解析用プレート２を介して試料１を載置する。解析用プレート２の主面２ｂには凹部２ｃが設けられており、その凹部２ｃの底面２ｃａには固浸レンズとして機能する凸部２ｄが設けられている。そして、凸部２ｄは解析用プレート２の主面２ｂよりも突出していない。試料１とは別に、固浸レンズを有する解析用プレート２を備えているため、解析視野を移動させることができる。更に、凸部２ｄが解析用プレート２の主面２ｂよりも突出していないため、解析用プレート２を間に挟んで試料１をステージ１１上に安定して搭載できる。
【選択図】図２

Description

この発明は、固浸レンズを利用した故障解析装置に関する。

ＬＳＩ等の半導体装置の多層配線化に伴い、半導体基板の上面からの評価・解析は困難になり、半導体基板の裏面からのアプローチが必須となっている。裏面からの主な故障解析方法としては、電流リーク箇所から発生する微弱な光を検出することによって故障解析を行う発光解析（「エミッション解析」とも呼ばれる）や、レーザービームの照射によって発生する起電流または電源電流の変化を像に変換することにより故障箇所を特定するＯＢＩＣ（光起電流）解析及びＯＢＲＣＨ（Optical Beam Induced Resistance CHange）解析、さらにレーザービームを照射してその反射光の強度または位相変化を捉えることにより任意箇所での電位波形を観測するレーザーボルテージプローブ（ＬＶＰ）解析等がある。これらの半導体基板の裏面からの故障解析（以後、単に「裏面解析」と呼ぶ）では、厚さ数１００μｍの半導体基板を介して、その上面に形成されている半導体素子にアクセスする必要があるために、通常、シリコンを透過する赤外光が利用される。しかしながら、使用する赤外光の波長は１μｍ以上であるため、空間分解能は実効的に０．７μｍ以上となり、裏面解析の適用により像分解能が犠牲にならざるを得なかった。

そこで、空間分解能を改善する技術として、非特許文献１に、シリコンから成る固浸レンズ（Solid Immersion Lens、以後「ＳＩＬ」と呼ぶ場合がある）を用いた技術が提案されている。この技術は、光の媒質の屈折率を増加させることにより、光の波長で制限される回析限界を超越する解像度を得るものである。

非特許文献１に記載の技術によれば、略半球状のＳＩＬを半導体基板の裏面に密着させて、シリコンを透過する光をかかるＳＩＬを介して半導体基板に入射することによって、ＳＩＬが無い場合よりも集光角を飛躍的に大きくすることができる。分解能ｄは、ｄ＝λ／（２・ｎ・ｓｉｎθ）で表現され、ｎ・ｓｉｎθで表される開口数ＮＡは、ＳＩＬの適用により理想的には屈折率ｎの二乗倍にまで向上させることが可能である。なお、上記θ及びλはそれぞれ集光角の半角及び光の波長を表している。

しかしながら、非特許文献１に記載の技術では、半導体基板とＳＩＬとの間に隙間が生じると、大幅に分解能が劣化することがあった。そこで、半導体基板を加工して、その表面に略半球状の凸部を形成し、この凸部をＳＩＬとして使用することによって、ＳＩＬと半導体基板とを一体的に形成する技術が、特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の技術では、ＳＩＬとして機能する凸部と半導体基板とが一体的に形成されているため、ＳＩＬと半導体基板との間に隙間が生じることが無く、非特許文献１に記載の技術よりも分解能が向上する。

なお、半導体装置の裏面解析にＳＩＬを用いる技術が非特許文献２，３にも記載されている。

特開２００２−１８９０００号公報 S.B.Ippolito et al.，"High spatial resolution subsurface microscopy"，Applied Physics Letters，Vol.78，No.26，June 2001，pp.4071-4073 寺田，「固浸レンズの有効性」，浜松ホトニクス主催 第１４回半導体ワークショップ講演資料 吉田、外３名，「レーザーボルテージプローブ（LVP）解析の高品位化」，LSIテスティングシンポジウム／２００２，平成１４年，予稿集，ｐｐ．１４３−１４８

通常、半導体ウェハ、または半導体ウェハから切り出された、パッケージに入っていない半導体チップに対して裏面解析を行う場合には、光を透過するステージ上に試料をその裏面側を下にして載置する。そして、試料の上面に設けられた電極パッドにプローブを当てて当該試料を通電状態にして、ステージを介して裏面からの光検出や光照射を行う。

しなしながら、非特許文献１に記載の技術では、半導体基板の裏面上に略半球状のＳＩＬを載置するため、半導体基板の裏面から当該ＳＩＬが突出し、ステージ上に安定して試料を載置することが困難であった。

一方、特許文献１に記載の技術では、半導体基板を掘り込んでその裏面を局所的に部分球面状に加工しているため、非特許文献１に記載の技術とは異なり、半導体基板の裏面からＳＩＬが突出していない。従って、ステージ上に試料を安定して載置することができる。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、半導体基板自体を加工することから、ＳＩＬとして機能する凸部を移動させることができない。すなわち解析視野を移動させることができない。

そこで、本発明は上述の問題に鑑みて成されたものであり、ステージ上に安定して試料を搭載でき、かつ解析視野を移動させることが可能な故障解析技術を提供することを目的とする。

この発明の第１の故障解析装置は、試料が載置される第１の主面と、それとは反対側に第２の主面とを有する解析用プレートと、光学系を有し、前記試料内で発生した故障を前記光学系を用いて検出する故障検出部と、前記解析用プレートとは独立して前記試料を支持する治具と、前記解析用プレートを前記第１の主面に平行に移動させる第１の駆動部とを備え、前記解析用プレートの前記第２の主面には凹部が設けられており、前記凹部の底面には、前記第２の主面よりも突出しておらず、固浸レンズとして機能する凸部が設けられており、前記故障検出部は、前記解析用プレートの前記第２の主面側から、前記凸部を通して前記試料に対して光の照射を行い、あるいは前記凸部を通して前記試料からの光の検出を行うことにより故障検出を行い、前記試料と前記解析用プレートとの間の相対的な位置が変更されても前記故障検出が行われることが可能に構成されている。

また、この発明の第２の故障解析装置は、試料が載置される第１の主面と、それとは反対側に第２の主面とを有する解析用プレートと、光学系を有し、前記試料内で発生した故障を前記光学系を用いて検出する故障検出部と、前記解析用プレート上の前記試料と接触するプローブ針と、前記解析用プレートとは独立して前記解析用プレートの前記第１の主面に平行に前記プローブ針及び前記試料をそれらの間の位置関係を保持しつつ移動させる駆動部とを備え、前記解析用プレートの前記第２の主面には凹部が設けられており、前記凹部の底面には、前記第２の主面よりも突出しておらず、固浸レンズとして機能する凸部が設けられており、前記故障検出部は、前記解析用プレートの前記第２の主面側から、前記凸部を通して前記試料に対して光の照射を行い、あるいは前記凸部を通して前記試料からの光の検出を行うことにより故障検出を行い、前記試料と前記解析用プレートとの間の相対的な位置が変更されても前記故障検出が行われることが可能に構成されている。

また、この発明の第３の故障解析装置は、固浸レンズと、第１の主面と、それとは反対側に第２の主面とを有し、前記固浸レンズが埋め込まれたステージと、光学系を有し、試料内で発生した故障を前記光学系を用いて検出する故障検出部とを備え、前記固浸レンズの表面の一部は、前記ステージの前記第１の主面とともに平坦となって前記第１の主面から露出しており、前記試料は、前記ステージの前記第１の主面及び前記固浸レンズの前記表面の一部の上に載置され、前記故障検出部は、前記ステージの前記第２の主面側から、前記ステージ及び前記固浸レンズを通して前記試料に対して光の照射を行い、あるいは前記固浸レンズ及び前記ステージを通して前記試料からの光の検出を行う。

この発明の第１の故障解析装置によれば、試料と解析用プレートとの間の相対的な位置が変更されても故障解析が行われることが可能に構成されている。従って、解析視野を移動させることができ、任意の箇所の故障解析を簡単に行うことができる。

更に、固浸レンズとして機能する凸部が解析用プレートの第２の主面よりも突出していないため、解析用プレートを間に挟んで試料をステージ上に安定して搭載できる。

更に、治具によって、解析用プレートとは独立して試料が支持されているため、解析用プレートを移動させた場合であっても試料が移動することがない。従って、固浸レンズとして機能する凸部の解析箇所に対する位置合わせが容易にできる。

また、この発明の第２の故障解析装置によれば、試料と解析用プレートとの間の相対的な位置が変更されても故障解析が行われることが可能に構成されている。従って、解析視野を移動させることができ、任意の箇所の故障解析を簡単に行うことができる。

更に、固浸レンズとして機能する凸部が解析用プレートの第２の主面よりも突出していないため、解析用プレートを間に挟んで試料をステージ上に安定して搭載できる。

更に、プローブ針及び試料をそれらの間の位置関係を保持したまま移動させることができるため、解析視野を移動させる際に解析用プレート及び光学系を移動させる必要がない。従って解析の効率化が図れる。

また、この発明の第３の故障解析装置によれば、固浸レンズがステージに埋め込まれているため、デバイス形成層に対する当該固浸レンズの位置を移動させることができる。従って、解析視野を移動させることができ、任意の箇所の故障解析を簡単に行うことができる。

更に、固浸レンズのステージからの露出面は、ステージの第１の主面とともに平坦となっているため、試料をステージ上及び固浸レンズ上に安定して搭載できる。

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１００の構成を示す図であり、図２は図１に示される構成を部分的に拡大して示す図である。図１，２に示されるように、本実施の形態１に係る故障解析装置１００は、試料１に対して発光解析を行うことができる故障解析装置であって、ＳＩＬを有する解析用プレート２と、ＳＩＬ駆動部１０と、故障検出部２０と、顕微鏡駆動部２３と、試料支持治具３０と、プローバー４０と、テスター５０とを備えている。図１，２では、試料１と、解析用プレート２と、試料支持治具３０と、後述するステージ１１、チャック１２及びプローブカード４１とに関しては、それらの断面構造を示している。

図３は故障解析装置１００における解析対象である試料１の構造を示す平面図である。図１〜３に示されるように、試料１は、複数の半導体チップ１ｃが設けられた半導体ウェハであって、半導体基板１ａと、半導体基板１ａの一方の主面１ａａに設けられたデバイス形成層１ｂとを備えている。デバイス形成層１ｂには、図示しない、ＭＯＳトランジスタなどの半導体素子、層間絶縁膜、コンタクトプラグ、配線などが形成されている。そして、半導体基板１ａは例えばシリコン基板である。なおここでは、試料１として複数の半導体チップ１ｃが形成された半導体ウェハを採用しているが、半導体ウェハから切り出された半導体チップ１ｃ単体を試料１としても良い。

解析用プレート２は例えばシリコンから成り、主面２ａとそれとは反対側に主面２ｂとを有している。図１，２に示されるように、解析用プレート２の主面２ｂには凹部２ｃが設けられている。そして、凹部２ｃの底面２ｃａにはｈｅｍｉｓｐｈｅｒｅ型ＳＩＬとして機能する球冠状の凸部２ｄが形成されており、その凸部２ｄの表面は部分球面２ｄａを成している。この凹部２ｃと凸部２ｄとは、解析用プレート２をその主面２ｂから掘り込むことによって一体的に形成されている。従って、ＳＩＬとして機能する凸部２ｄは、半導体基板１ａの凹部２ｃが形成されていない主面２ｂよりも突出していない。なお、解析用プレート２を主面２ｂ側から見た平面図を図４に示している。

試料１は、その半導体基板１ａの主面１ａｂが解析用プレート２側に位置するように解析用プレート２の主面２ａ上に載置される。このとき、試料１は解析用プレート２と密着してそれに載置される。解析用プレート２と試料１の半導体基板１ａとはともにシリコンから成るため、ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｅ型ＳＩＬとして機能する凸部２ｄの部分球面２ｄａの中心Ｏの位置は、図２に示されるように、解析用プレート２上に設けられた半導体基板１ａの主面１ａａ上に設定される。そして、解析用プレート２の厚みＴｐｌａｔｅ及び半導体基板１ａの厚みＴｓｉは、以下の式を満足するように設定される。ただし、以下の式中のＲは凸部２ｄの部分球面２ｄａの半径を示している。

ＳＩＬ駆動部１０は、ステージ１１と、ステージ１１をその端部で支持するチャック１２と、チャック１２を移動させるチャック駆動部１３とを備えている。図２に示されるように、ステージ１１は主面１１ａとそれとは反対側に主面１１ｂとを有しており、光が透過する材料、例えば透明の石英ガラスからなる。そして、ステージ１１の主面１１ａ上には、解析用プレート２がその主面２ｂをステージ１１側にして載置される。

解析用プレート２はその主面２ｂを下にしてチャック１２の上面上にも載置される。チャック１２は、ステージ１１と同様に光が透過する材料、例えば透明の石英ガラスからなり、真空吸着によって解析用プレート２をステージ１１上に固定する。具体的には、チャック１２の内部にはその上面に向って開口する排気孔１２ａが設けられており、かかる排気孔１２ａを塞ぐようにして解析用プレート２がチャック１２上に載置される。そして、排気孔１２ａ内の空気をチャック１２の外側に排気することによって解析用プレート２がチャック１２上に真空吸着される。その結果、解析用プレート２がステージ１１上に固定される。

チャック駆動部１３は、ステージ１１の主面１１ａに平行にチャック１２を移動させることが可能である。更に、チャック駆動部１３は、ステージ１１の主面１１ａに垂直な方向に沿ってチャック１２を移動させることが可能である。ステージ１１はチャック１２によって支持されているため、チャック１２を移動させることによって、それと一緒にステージ１１も移動する。そして、解析用プレート２はステージ１１上に固定されているため、チャック１２を移動させることによって、解析用プレート２もそれと一緒に移動する。従って、チャック駆動部１３がチャック１２をステージ１１の主面１１ａに平行に移動させると、解析用プレート２がその主面２ａに平行に移動し、チャック１２をステージ１１の主面１１ａに垂直な方向に沿って移動させると、解析用プレート２がその主面２ａに垂直な方向に沿って移動する。

このように、解析用プレート２は、ＳＩＬ駆動部１０の働きによって、その主面２ａに平行に移動することができ、更に、その主面２ａに垂直な方向に沿って移動することができる。

プローバー４０は、プローブカード４１と、それに接続されているプローブ針４２と、プローブ駆動部４３とを備えており、プローブカード４１とプローブ針４２とは解析用プレート２上の試料１の上方に配置されている。プローブ駆動部４３は、解析用プレート２の主面２ａに平行にプローブカード４１を移動させることが可能であり、これによりプローブ針４２も解析用プレート２の主面２ａに平行に移動可能である。更に、プローブ駆動部４３は、解析用プレート２の主面２ａに垂直な方向にプローブカード４１を移動させることが可能であり、これによりプローブ針４２も解析用プレート２の主面２ａに垂直な方向に沿って移動可能である。裏面解析時には、プローブ駆動部４３がプローブカード４１を移動させることにより、試料１のデバイス形成層１ｂに設けられた電極パッド（図示せず）にプローブ針４２が接触する。

テスター５０は、故障解析時に必要なテストパターンを生成して、それをプローブカード４１に送る。プローブカード４１はプローブ針４２を介して試料１にかかるテストパターンを印加し、所定の電気信号を試料１に与える。

故障検出部２０は、対物レンズ等を含む光学系２１ａ及び光検出部２１ｂを有する光学顕微鏡２１と、表示部２２とを備えており、光学顕微鏡２１はステージ１１の下方に配置される。

光学顕微鏡２１の光検出部２１ｂは、光子レベルの非常に微弱な光を検出することが可能であって、光電子増倍管や撮像素子などで構成されている。そして、試料１のデバイス形成層１ｂ内での電流リーク箇所から発生する光９０が、半導体基板１ａ、解析用プレート２、ステージ１１及び光学系２１ａを通って光検出部２１ｂに入力される。

顕微鏡駆動部２３は、解析用プレート２の主面２ａに平行に光学顕微鏡２１を移動させることが可能であり、更に、解析用プレート２の主面２ａに垂直な方向に沿って光学顕微鏡２１を移動させることが可能である。

試料支持治具３０は、解析用プレート２とは独立して真空吸着によって試料１をその上面から支持する。試料支持治具３０はその内部に排気孔３０ａを有しており、その一端が試料１によって塞がれるように試料１の上面の端部の上に置かれる。そして、排気孔３０ａ内の空気を試料支持治具３０の外部に排気することによって、試料支持治具３０が試料１を真空吸着する。

ここで、本実施の形態１に係る故障解析装置１００の構成要素のうち、チャック駆動部１３、表示部２２、顕微鏡駆動部２３、プローブ駆動部４３及びテスター５０以外については、一つの筐体（図示せず）内に収められている。そして、試料支持治具３０は、かかる筐体に取り付けられており、かかる筐体内でのその位置は固定されている。従って、解析用プレート２や、プローブ針４２が移動した場合であっても、試料支持治具３０は移動せず、それよって支持されている試料１も移動しない。

なお、チャック駆動部１３、顕微鏡駆動部２３及びプローブ駆動部４３は、同一のＸＹＺ直交座標系に基づいて、チャック１２、光学顕微鏡２１及びプローブカード４１をそれぞれ移動させる。このＸＹＺ直交座標系は、例えば解析用プレート２の主面２ａとステージ１１の主面１１ａとに平行なＸ軸及びＹ軸と、それらに垂直な方向に沿って延びるＺ軸とで定義される。そして、当該ＸＹＺ直交座標系におけるＸ座標、Ｙ座標及びＺ座標の値が外部から指定され、チャック駆動部１３、顕微鏡駆動部２３及びプローブ駆動部４３は、その位置に、チャック１２、光学顕微鏡２１及びプローブカード４１をそれぞれ移動させる。以後、当該ＸＹＺ直交座標系を「ＸＹＺ直交座標系Ｑ」と呼ぶ。

次に、本実施の形態１に係る故障解析装置１００を用いて、試料１に対して発光解析を行う方法について説明する。

まず、上述のようにしてステージ１１上に固定された解析用プレート２の上に試料１を載置する。そして、チャック駆動部１３によって、ステージ１１の主面１１ａに垂直な方向に沿ってチャック１２を移動させて、試料１と試料支持治具３０とを接触させる。これにより、試料１の上面上に試料支持治具３０が配置されて、試料支持治具３０の排気孔３０ａの一端が試料１によって塞がれる。

次に、排気孔３０ａ内の空気をその他端から排気して試料支持治具３０に試料１を吸着させる。これにより、試料１は解析用プレート２に密着した状態で試料支持治具３０に支持され、試料１の位置が固定される。

次に、チャック駆動部１３によって、ステージ１１の主面１１ａに平行にチャック１２を移動させて、解析用プレート２をその主面２ａに平行に移動させる。そして、ＳＩＬとして機能する凸部２ｄが、故障解析を行う半導体チップ１ｃの所定領域の直下にくると、チャック１２の移動を停止させる。

次に、顕微鏡駆動部２３によって光学顕微鏡２１を解析用プレート２の主面２ａに平行に移動させて、解析用プレート２の凸部２ｄの直下に位置するように光学系２１ａ及び光検出部２１ｂを配置する。そして、光学系２１ａが解析用プレート２の凸部２ｄと所定の距離を成すように、顕微鏡駆動部２３により解析用プレート２の主面２ａに垂直な方向に沿って光学顕微鏡２１を移動させる。

次に、プローブ駆動部４３により、半導体チップ１ｃに設けられた電極パッド（図示せず）にプローブ針４２を接触させる。そして、所定のテストパターンをテスター５０で生成してプローブカード４１に送り、プローブカード４１が当該テストパターンをプローブ針４２を介して試料１に印加する。これにより、試料１に所定の電気信号が印加されて試料１が動作状態となる。

次に、半導体チップ１ｃのデバイス形成層１ｂ内での電流リーク箇所から発生する光９０を、解析用プレート２の凸部２ｄとステージ１１とを通して光学顕微鏡２１で検出する。光学顕微鏡２１では、入力された光９０が光学系２１ａで集光されて、光検出部２１ｂの電子増倍管で光電子に変換される。そして、かかる光電子は光電子増倍管で電子増倍されて、再び光に変換され、撮像素子に入力される。撮像素子は光９０の発光位置及び発光強度を検出データとして表示部２２に出力する。そして表示部２２が、光検出部２１ｂから受け取った検出データをもとに、電流リーク箇所から発生した光９０の発光位置及び発光強度を発光像としてモニタ（図示せず）に表示する。なおこのとき、表示部２２では、予めデータとして記憶しておいた試料１のパターン像もモニタに表示される。これによって、パターン像と発光像とが重ね合わされて表示される。

このようにして、故障検出部２０ではデバイス形成層１ｂ内で発生した故障が光学系２１ａを用いて検出される。なお本実施の形態１では、図２に示されるように、凸部２ｄの部分球面２ｄａの中心Ｏの位置と、光９０に対する試料１内での焦点位置（aplanatic point）とは同じ位置に設定されている。つまり、本実施の形態１では、焦点位置が半導体基板１ａの主面１ａａ上に位置している。そして、凸部２ｄはｈｅｍｉｓｐｈｅｒｅ型ＳＩＬとして機能するため、図２に示されるように、電流リーク箇所から発生した光９０は凸部２ｄの表面で屈折せずに光学系２１ａに向って直進する。

次に、表示部２２のモニタに表示された発光像及びパターン像をもとに、試料１の故障解析を行う。具体的には、モニタに表示されている発光像の位置や、その明るさなどによって、故障箇所の特定や、故障モードの特定などを行う。これによって、試料１が有する酸化膜の欠陥や配線の断線などが検出できる。また、電流リークに伴う試料１のファンクション故障なども検出できる。

半導体チップ１ｃの所定の領域の故障解析が終了すると、プローブ駆動部４３によりプローブカード４１を移動させて、プローブ針４２と試料１とが接触しないようにする。そして、解析用プレート２をその主面２ａに平行に移動させて、凸部２ｄを同じ半導体チップ１ｃの別の領域の直下に位置するように配置する。そして、上述の方法にて、かかる領域に対して故障解析を行う。そして、一つの半導体チップ１ｃに対しての故障解析が完了すると、解析用プレート２を移動させて、今度は別の半導体チップ１ｃに対して故障解析を行う。

このように、本実施の形態１に係る故障解析装置１００によれば、試料１とは別にＳＩＬとして機能する凸部２ｄを有する解析用プレート２を備えているため、試料１のデバイス形成層１ｂ内の解析箇所に対する凸部２ｄの位置を移動させることができる。従って、解析視野を移動させることができ、任意の箇所の故障解析を簡単に行うことができる。

更に、ＳＩＬとして機能する凸部２ｄが解析用プレート２の主面２ｂよりも突出していないため、本実施の形態１のように、解析用プレート２を間に挟んで試料１をステージ１１上に安定して搭載できる。

また本実施の形態１では、試料支持治具３０によって、解析用プレート２とは独立して試料１が支持されているため、解析用プレート２を移動させた場合であっても試料１が移動することがない。従って、ＳＩＬとして機能する凸部２ｄの解析箇所に対する位置合わせが容易にできる。

なお本実施の形態１では、解析用プレート２にｈｅｍｉｓｐｈｅｒｅ型ＳＩＬとして機能する凸部２ｄを設けていたが、その替わりに、図５に示されるように、ｓｕｐｅｒ−ｓｐｈｅｒｅ型ＳＩＬとして機能する凸部２ｄを設けても良い。この場合には、凸部２ｄの部分球面２ｄａの中心Ｏは、試料１内での焦点位置とは異なった位置に設定される。すなわち、半導体基板１ａの屈折率をｎとすると、凸部２ｄの部分球面２ｄａの中心Ｏの位置は、半導体基板１ａの主面１ａａからその内部に向って厚さ方向に距離Ｒ／ｎのところに設定され、焦点位置は半導体基板１ａの主面１ａａ上に設定される。そして、凸部２ｄはｓｕｐｅｒ−ｓｐｈｅｒｅ型ＳＩＬとして機能するため、図５に示されるように、電流リーク箇所から発生した光９０は凸部２ｄの表面で屈折する。なお、凸部２ｄがｓｕｐｅｒ−ｓｐｈｅｒｅ型ＳＩＬとして機能する場合には、解析用プレート２の厚みＴｐｌａｔｅ及び半導体基板１ａの厚みＴｓｉは、以下の式を満足するように設定される。

また本実施の形態１では、発光解析を行う故障解析装置１００について説明したが、ＯＢＩＣ解析やＯＢＲＣＨ解析を行う故障解析装置、さらにはレーザーボルテージプローブ解析を行う故障解析装置にも本発明を適用することができる。つまり、解析用プレート２の凸部２ｄを通してレーザーを試料１に照射することによってＯＢＩＣ解析やＯＢＲＣＨ解析を行うことが可能になるし、解析用プレート２の凸部２ｄを通してレーザーを試料１に照射し、試料１での反射光を凸部２ｄを通して検出することによってレーザーボルテージプローブ解析を行うことが可能になる。以下に、解析用プレート２の凸部２ｄを通して試料１に光を照射し故障解析を行う装置に本発明を適用する場合の代表例として、ＯＢＩＣ解析を行う故障解析装置に本発明を適用した場合ついて説明する。

図６は本実施の形態１の変形例に係る故障解析装置１０１の構成を示す図である。故障解析装置１０１は、試料１に対してＯＢＩＣ解析を行う故障解析装置であって、図１に示される故障解析装置１００において、故障検出部２０の替わりに故障検出部２５を備えるものである。

故障検出部２５は、対物レンズ等を含む光学系２６ａとレーザー光源２６ｂとを有する光学顕微鏡２６と、プローブ針４２に接続されている電流検出器２７と、表示部２８とを備えており、光学顕微鏡２６はステージ１１の下方に配置される。そして、顕微鏡駆動部２３は、解析用プレート２の主面２ａに平行に光学顕微鏡２６を移動させることが可能であり、更に、解析用プレート２の主面２ａに垂直な方向に沿って光学顕微鏡２６を移動させることが可能である。その他の構成については図１に示される故障解析装置１００と同じであるためその説明は省略する。

次に故障解析装置１０１を用いて、試料１に対してＯＢＩＣ解析を行う方法について説明する。

まず、上述の発光解析のときと同様に、ステージ１１上に固定された解析用プレート２の上に試料１を載置し、ＳＩＬ駆動部１０によって解析用プレート２を移動して、試料１と試料支持治具３０とを接触させる。そして、試料支持治具３０によって試料１を支持して試料１の位置を固定させる。

次に、解析用プレート２を移動させて、故障解析を行う半導体チップ１ｃの所定領域の直下に位置するように凸部２ｄを配置する。そして、顕微鏡駆動部２３によって光学顕微鏡２６を移動させて、凸部２ｄの直下に位置するように光学系２６ａ及びレーザー光源２６ｂを配置する。また、光学系２６ａが凸部２ｄと所定距離を成すように、顕微鏡駆動部２６により解析用プレート２の主面２ａに垂直な方向に沿って光学顕微鏡２６を移動させる。

次に、半導体チップ１ｃに設けられた電極パッドにプローブ針４２を接触さて、テスター５０で生成したテストパターンをプローブ針４２を介して試料１に印加する。

次に、レーザー光源２６ｂによりレーザー９１を発生させて、かかるレーザー９１を光学系２６ａに入力する。レーザー９１は光学系２６ａで集光されて、ステージ１１及び解析用プレート２の凸部２ｄを通して試料１のデバイス形成層１ｂに照射される。レーザー９１が試料１に照射されるとデバイス形成層１ｂ内で光起電流が発生し、かかる光起電流がプローブ針４２を介して電流検出器２７に入力される。電流検出器２７は、入力された光起電流を増幅して輝度情報に変換して表示部２８に入力する。表示部２８は受け取った輝度情報に基づいてＯＢＩＣ像をモニタ（図示せず）に表示する。なおこのとき、表示部２８では、予めデータとして記憶しておいた試料１のパターン像もモニタに表示される。これによって、パターン像とＯＢＩＣ像とが重ね合わされて表示され、故障検出部２５でデバイス形成層１ｂ内で発生した故障が検出される。

このように、発光解析のように凸部２ｄを通してデバイス形成層１ｂからの光を検出する場合のみならず、ＯＢＩＣ解析のように凸部２ｄを通してデバイス形成層１ｂに光を照射する場合であっても、本発明を適用することができる。なお以後、発光解析で扱われるデバイス形成層１ｂで発生する光や、レーザーボルテージプローブ解析で扱われるデバイス形成層１ｂでの反射光などのデバイス形成層１ｂからの光と、ＯＢＩＣ解析、ＯＢＲＣＨ解析及びレーザーボルテージプローブ解析で扱われるデバイス形成層１ｂに照射する光とをまとめて「解析光」と呼ぶことがある。

実施の形態２．
図７は本発明の実施の形態２に係る故障解析装置２００の構成を示す図である。本実施の形態２に係る故障解析装置２００は、実施の形態１に係る故障解析装置１００において、ステージ１１が用いられる替わりに、解析用プレート２が試料１を搭載するステージとして用いられるものであって、更にＳＩＬ駆動部１０の替わりにＳＩＬ駆動部２１０を備えるものである。図７では、試料１と、解析用プレート２と、試料支持治具３０と、プローブカード４１と、後述するチャック２１２とに関しては、それらの断面構造を示している。

本実施の形態２に係る解析用プレート２は、ＳＩＬにより分解能を高める機能を有するだけでなく、試料１を搭載するステージとしても用いられるため、上述の実施の形態１に係る解析用プレート２よりも強度を高めるために厚く形成されている。ＳＩＬ駆動部２１０は、解析用プレート２をその端部で支持するチャック２１２と、チャック２１２の位置を移動させるチャック駆動部２１３とを備えている。試料１は解析用プレート２上に載置されるだけでなく、チャック２１２上にも載置される。

チャック駆動部２１３は、ＸＹＺ直交座標系Ｑに基づいて、解析用プレート２の主面２ａに平行に、あるいはその主面２ａに垂直な方向にチャック２１２を移動させることが可能である。これにより、解析用プレート２は、ＳＩＬ駆動部２１０の働きによって、その主面２ａに平行に移動することができ、更に、その主面２ａに垂直な方向に沿って移動することができる。その他の構成については実施の形態１に係る故障解析装置１００と同じであるためその説明は省略する。

次に、本実施の形態２に係る故障解析装置２００を用いて、試料１に対して発光解析を行う方法について説明する。

まず、チャック２１２によって支持された解析用プレート２の主面２ａ上とチャック２１２上とに試料１を載置する。このとき、試料１と解析用プレート２とを互いに密着させる。そして、チャック駆動部２１３によって、解析用プレート２の主面２ａに垂直な方向に沿ってチャック２１２を移動させて、試料１と試料支持治具３０とを接触させる。そして、真空排気により試料支持治具３０に試料１を吸着させる。これにより、試料１は解析用プレート２に密着した状態で試料支持治具３０に支持され、試料１の位置が固定される。

次に、チャック駆動部２１３によってチャック２１２を移動させて、解析用プレート２をその主面２ａに平行に移動させる。そして、ＳＩＬとして機能する凸部２ｄが、故障解析を行う半導体チップ１ｃの所定領域の直下にくると、チャック２１２の移動を停止させる。その後、実施の形態１で説明した解析方法と同様に、顕微鏡駆動部２３によって光学顕微鏡２１を所定の位置に移動させて、テスター５０で生成されたテストパターンを試料１に印加する。

次に、半導体チップ１ｃのデバイス形成層１ｂ内での電流リーク箇所から発生する光９０を、解析用プレート２の凸部２ｄを通して光学顕微鏡２１で検出する。そして、光学顕微鏡２１で検出された結果を表示部２２が受け取って、表示部２２はそれをもとに、電流リーク箇所から発生した光９０の発光位置及び発光強度を発光像としてモニタ（図示せず）に表示する。なおこのとき、表示部２２では、予めデータとして記憶しておいた試料１のパターン像もモニタに表示される。これによって、パターン像と発光像とが重ね合わされて表示され、故障検出部２０ではデバイス形成層１ｂ内で発生した故障が検出される。そして、表示部２２のモニタに表示された発光像及びパターン像をもとに試料１の故障解析を行う。

このように本実施の形態２に係る故障解析装置２００では、ＳＩＬを有する解析用プレート２が試料１を搭載するステージとして用いられているため、実施の形態１とは異なり、解析用プレート２とは別にステージ１１を設ける必要がない。従って、試料１を安定してステージ上に搭載できつつ、故障解析装置２００の材料コストを低減することができる。また、ステージ１１の主面１１ａ，１１ｂでの解析光の反射が生じることがないため、裏面解析時の光の利用効率が向上する。

なお、本実施の形態２に係る解析用プレート２としてはシリコンからな成るプレートを採用していたが、例えば透明な石英ガラスから成るプレートを採用してもよい。この場合には、実施の形態１で使用した石英ガラス製のステージ１１の主面１１ｂにＳＩＬとして機能する凸部を形成し、かかるステージ１１を本実施の形態２に係る解析用プレート２の替わりに使用した場合と等価になる。

図８は本実施の形態２に係る解析用プレート２が石英ガラスから成る場合の故障解析装置２００の構成を部分的に拡大して示す図である。なお図８では、解析用プレート２及び試料１については、それらの断面構造を示している。

解析用プレート２が石英ガラスから成る場合、解析用プレート２と試料１の半導体基板１ａとが互いに異なる材料から成るため、デバイス形成層１ｂからの光９０は、半導体基板１ａと解析用プレート２との界面で屈折する。従って、解析用プレート２と半導体基板１ａとが互いに同一の材料から成る場合と異なり、ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｅ型ＳＩＬとして機能する凸部２ｄの部分球面２ｄａの中心Ｏの位置を焦点位置とは異なる位置に配置する必要がある。例えば、解析用プレート２の厚みＴｐｌａｔｅが２０００μｍ、半導体基板１ａの厚みＴｓｉが３００μｍ、石英ガラスから成る解析用プレート２での屈折率が１．５２、シリコンから成る半導体基板１ａでの屈折率が３．５のとき、凸部２ｄの部分球面２ｄａの半径Ｒは１６７５μｍに設定され、その中心Ｏの位置は半導体基板１ａの主面１ａａからその内部に向って厚さ方向に距離１８５μｍのところに設定される。

また、石英ガラスから成る解析用プレート２にｓｕｐｅｒ−ｓｐｈｅｒｅ型ＳＩＬとして機能する凸部２ｄを設ける場合も同様に、図９に示されるように、デバイス形成層１ｂからの光９０は、半導体基板１ａと解析用プレート２との界面で屈折する。従って、解析用プレート２と半導体基板１ａとが互いに同一の材料から成る場合と異なり、ｓｕｐｅｒ−ｓｐｈｅｒｅ型ＳＩＬとして機能する凸部２ｄの部分球面２ｄａの中心Ｏの位置は、半導体基板１ａの主面１ａａからその内部に向って厚さ方向に距離Ｒ／ｎのところには設定されない。

例えば、解析用プレート２の厚みＴｐｌａｔｅが２０００μｍ、半導体基板１ａの厚みＴｓｉが３００μｍ、石英ガラスから成る解析用プレート２での屈折率が１．５２、シリコンから成る半導体基板１ａでの屈折率が３．５のとき、凸部２ｄの部分球面２ｄａの半径Ｒは１１４５μｍに設定され、その中心Ｏの位置は半導体基板１ａの主面１ａａからその内部に向って厚さ方向に距離９３０μｍのところに設定される。なお、この条件において解析用プレート２と半導体基板１ａとがともにシリコンから成る場合には、凸部２ｄの部分球面２ｄａの中心Ｏの位置は、半導体基板１ａの主面１ａａからその内部に向って厚さ方向に距離３２７μｍ（≒１１４５μｍ÷３．５）のところに設定される。

このように解析用プレート２が石英ガラスから成る場合には、シリコンから成る場合と比べて解析用プレート２での屈折率が小さいため、ＳＩＬによる分解能の改善効果は低減されるが、石英ガラスはシリコンよりも透過率が高いため、裏面解析時の解析光の利用効率は向上する。

実施の形態３．
図１０は本発明の実施の形態３に係る故障解析装置３００の構成を示す図であって、図１１は図１０に示される構成を部分的に拡大して示す図である。本実施の形態３に係る故障解析装置３００は、上述の実施の形態１に係る故障解析装置１００において、基本的には、解析用プレート２の替わりにｈｅｍｉｓｐｈｅｒｅ型のＳＩＬ６０を備え、ＳＩＬ駆動部１０の替わりにステージ１１とＳＩＬ駆動部３１０とを備えるものである。なお、図１０，１１では、試料１と、ＳＩＬ６０と、試料支持治具３０と、ステージ１１と、プローブカード４１と、後述するチャック３１２とに関しては、それらの断面構造を示している。

ＳＩＬ６０は球冠状であり、例えばシリコンから成る。ＳＩＬ６０の表面は平面部分６０ａとそれに連続する部分球面部分６０ｂとから成る。ＳＩＬ６０はその部分球面部分６０ｂをステージ１１の主面１１ｂ側に向けてステージ１１に埋め込まれており、その平面部分６０ａはステージ１１の主面１１ａとともに平坦となって当該主面１１ａから露出している。

試料１は、その半導体基板１ａの主面１ａｂがステージ１１側に位置するようにステージ１１の主面１１ａ上とＳＩＬ６０の平面部分６０ａ上とに載置される。このとき、ＳＩＬ６０と試料１とを互いに密着させる。そして、ＳＩＬ６０の部分球面部分６０ｂの中心Ｏの位置は、図１１に示されるように、ステージ１１上の半導体基板１ａの主面１ａａ上に設定される。

ＳＩＬ駆動部３１０は、ＳＩＬ６０が埋め込まれたステージ１１をその端部で支持するチャック３１２と、チャック３１２の位置を移動させるチャック駆動部３１３とを備えている。そして、試料１はステージ１１上及びＳＩＬ６０上のみならず、チャック３１２上にも載置される。

チャック駆動部３１３は、ＸＹＺ直交座標系Ｑに基づいて、ステージ１１の主面１１ａに平行に、あるいはその主面１１ａに垂直な方向にチャック３１２を移動させることが可能である。これにより、ステージ１１及びＳＩＬ６０は、ＳＩＬ駆動部３１０の働きによって、ステージ１１の主面１１ａに平行に移動することができ、更にその主面１１ａに垂直な方向に沿って移動することができる。なお、本実施の形態３に係る試料支持治具３０は、ステージ１１及びチャック３１２とは独立して真空吸着によって試料１をその上面から支持する。その他の構成については実施の形態１に係る故障解析装置１００と同じであるため、その説明は省略する。

次に、本実施の形態３に係る故障解析装置３００を用いて、試料１に対して発光解析を行う方法について説明する。

まず、ステージ１１の主面１１ａ、それに埋め込まれたＳＩＬ６０の平面部分６０ａ及びチャック３１２の上に試料１を載置する。このとき、試料１とＳＩＬ６０とは互いに密着させる。そして、チャック駆動部３１３によって、ステージ１１の主面１１ａに垂直な方向に沿ってチャック３１２を移動させて、試料１と試料支持治具３０とを接触させる。そして、真空排気により試料支持治具３０に試料１を吸着させる。これにより、試料１はＳＩＬ６０に密着した状態で試料支持治具３０に支持され、試料１の位置が固定される。

次に、チャック駆動部３１３によってチャック３１２を移動させて、ステージ１１をその主面１１ａに平行に移動させる。そしてＳＩＬ６０が、故障解析を行う半導体チップ１ｃの所定領域の直下にくると、チャック３１２の移動を停止させる。その後、実施の形態１で説明した解析方法と同様に、顕微鏡駆動部２３によって光学顕微鏡２１を所定の位置に移動させて、テスター５０で生成されたテストパターンを試料１に印加する。

次に、半導体チップ１ｃのデバイス形成層１ｂ内での電流リーク箇所から発生する光９０を、ＳＩＬ６０及びステージ１１を通して光学顕微鏡２１で検出する。そして、光学顕微鏡２１で検出された結果を表示部２２が受け取って、表示部２２はそれをもとに、電流リーク箇所から発生した光９０の発光位置及び発光強度を発光像としてモニタ（図示せず）に表示する。なおこのとき、表示部２２では、予めデータとして記憶しておいた試料１のパターン像もモニタに表示される。これによって、パターン像と発光像とが重ね合わされて表示され、故障検出部２０ではデバイス形成層１ｂ内で発生した故障が検出される。そして、表示部２２のモニタに表示された発光像及びパターン像をもとに試料１の故障解析を行う。

半導体チップ１ｃの所定領域の故障解析が終了すると、プローブ駆動部４３によりプローブカード４１を移動させて、プローブ針４２と試料１とが接触しないようにする。そして、ステージ１１をその主面１１ａに平行に移動させて、ＳＩＬ６０を同じ半導体チップ１ｃの別の領域の直下に位置するように配置する。そして、上述の方法にて、かかる領域に対して故障解析を行う。一つの半導体チップ１ｃに対しての故障解析が完了すると、ステージ１１を移動させて、今度は別の半導体チップ１ｃに対して故障解析を行う。

このように本実施の形態３に係る故障解析装置３００では、ＳＩＬ６０がステージ１１に埋め込まれているため、デバイス形成層１ｂ内の解析箇所に対するＳＩＬ６０の位置を移動させることができる。従って、解析視野を移動させることができ、任意の箇所の故障解析を簡単に行うことができる。

更に、ＳＩＬ６０のステージ１１からの露出面、つまりその平面部分６０ａは、ステージ１１の主面１１ａとともに平坦となっているため、試料１をステージ１１上及びＳＩＬ６０上に安定して搭載できる。

また本実施の形態３では、試料支持治具３０によって、ステージ１１及びＳＩＬ６０とは独立して試料１が支持されているため、ステージ１１を移動させた場合であっても試料１が移動することがない。従って、解析箇所に対するＳＩＬ６０の位置合わせが容易にできる。

また本実施の形態３では、ステージ１１が石英ガラスから成るため、ＳＩＬ６０がステージ１１に埋め込まれていても、ＳＩＬ６０での解析視野の探索が効率的に行える。

なお、ＳＩＬ６０はｈｅｍｉｓｐｈｅｒｅ型のＳＩＬであったが、ＳＩＬ６０に図１２に示されるようなｓｕｐｅｒ−ｓｐｈｅｒｅ型のＳＩＬを採用してもよい。この場合には、ＳＩＬ６０の部分球面部分６０ｂの中心Ｏの位置は、その半径をＲとすると、ステージ１１上の半導体基板１ａの主面１ａａからその内部に向って厚さ方向に距離Ｒ／ｎのところに設定され、焦点位置は半導体基板１ａの主面１ａａ上に設定される。

また、図１０に示されるステージ１１の主面１１ｂは平面状であったが、図１３に示されるように、その一部を凸面状に加工することによって、凸レンズとして機能する凸部１１ｃを、ステージ１１の厚み方向にＳＩＬ６０と並べて、ステージ１１の主面１１ｂに設けても良い。

この場合には、凸部１１ｃ、ステージ１１及びＳＩＬ６０を通してデバイス形成層１ｂに対して光の照射を行ったり、あるいはＳＩＬ６０、ステージ１１及び凸部１１ｃを通してデバイス形成層１ｂからの光の検出を行うことによって、裏面解析を行う。

このようにステージ１１の主面１１ｂに凸レンズとして機能する凸部１１ｃを設けることによって、より大きな集光半角θを得ることができ、より大きな分解能の改善効果が得られる。

実施の形態４．
図１４は本発明の実施の形態４に係る解析用プレート２をその主面２ｂ側から見た場合の平面図を示している。図１４に示されるように、本実施の形態４に係る解析用プレート２では、その主面２ｂに複数の凹部２ｃが設けられており、各凹部２ｃの底面２ｃａ上にはＳＩＬとして機能する凸部２ｄが設けられている。そして、凹部２ｃ及び凸部２ｄは試料１の半導体チップ１ｃごとに設けられており、かつ半導体チップ１ｃの配置に対応した位置に設けられている。従って、解析用プレート２の主面２ａ上に試料１を載置した場合には、試料１の各半導体チップ１ｃの下方には凹部２ｃ及び凸部２ｄが位置している。

このように本実施の形態４に係る解析用プレート２では、複数の凹部２ｃ及び凸部２ｄが設けられているため、上述の実施の形態１，２に係る解析用プレート２の替わりに本実施の形態４に係る解析用プレート２を使用することによって、解析対象の半導体チップ１ｃの直下に凸部２ｄを移動させる際の試料１と凸部２ｄとの間の相対的な移動距離を縮めることができる。その結果、故障解析の効率化が図れる。

また、本実施の形態４に係る解析用プレート２では、凹部２ｃ及び凸部２ｄが試料１の半導体チップ１ｃごとに設けられており、かつ半導体チップ１ｃの配置に対応した位置に設けられているため、実施の形態１，２に係る解析用プレート２の替わりに本実施の形態４に係る解析用プレート２を使用することによって、試料１と凸部２ｄとの間の相対的な移動距離を１チップのエリア内に抑えることができ、更に解析の効率化が図れる。

なお本実施の形態４では、実施の形態１，２に係る解析用プレート２に複数の凸部２ｄを設ける場合について説明したが、実施の形態３に係るステージ１１に複数のＳＩＬ６０を埋め込んでも良い。図１５は、複数のＳＩＬ６０が埋め込まれたステージ１１をその主面１１ａ側から見た場合の平面図を示している。図１５に示されるように、ステージ１１に埋め込まれているＳＩＬ６０は半導体チップ１ｃごとに設けられており、かつ半導体チップ１ｃの配置に対応した位置に設けられている。

このような、複数のＳＩＬ６０が埋め込まれたステージ１１を、上述の実施の形態３に係るステージ１１の替わりに使用することによって、解析対象の半導体チップ１ｃの直下にＳＩＬ６０を移動させる際の試料１とＳＩＬ６０との間の相対的な移動距離を縮めることができる。その結果、故障解析の効率化が図れる。

また、ＳＩＬ６０が試料１の半導体チップ１ｃごとに設けられており、かつ半導体チップ１ｃの配置に対応した位置に設けられているステージ１１を、上述の実施の形態３に係るステージ１１の替わりに使用することによって、試料１とＳＩＬ６０との間の相対的な移動距離を１チップのエリア内に抑えることができ、更に解析の効率化が図れる。

実施の形態５．
図１６，１７は本発明の実施の形態５に係る故障解析装置の構成を部分的に拡大して示す図である。本実施の形態５に係る故障解析装置は、上述の実施の形態１に係る故障解析装置１００において、解析用プレート２の主面２ｂに複数の凹部２ｃを設け、そして各凹部２ｃの底面２ｃａに凸部２ｄを設け、更に凸部２ｄの部分球面２ｄａの半径を互いに異ならせたものである。図１６，１７では、試料１、解析用プレート２及びステージ１１に関しては、それらの断面構造を示している。

図１６に示されるように、例えば半径Ｒ１の部分球面２ｄａを有する凸部２ｄと、半径Ｒ１よりも小さい半径Ｒ２の部分球面２ｄａを有する凸部２ｄとを解析用プレート２の凹部２ｃの底面２ｃａにそれぞれ設ける。

上述のように、凸部２ｄがｈｅｍｉｓｐｈｅｒｅ型ＳＩＬとして機能する場合、試料１内における焦点位置は凸部２ｄの部分球面２ｄａの中心Ｏの位置に一致する。また、凸部２ｄがｓｕｐｅｒ−ｓｐｈｅｒｅ型ＳＩＬとして機能する場合、焦点位置は凸部２ｄの部分球面２ｄａの中心Ｏから距離Ｒ／ｎだけ離れたところになる。そのため、半径Ｒ１の部分球面２ｄａを有する凸部２ｄを利用して解析を行った場合と、半径Ｒ２の部分球面２ｄａを有する凸部２ｄを利用して解析を行った場合とでは、焦点位置が互いに異なるようになる。

従って、図１６に示されるように、半径Ｒ１の部分球面２ｄａを有する凸部２ｄを利用して、半導体基板１ａの厚みが大きい試料１の故障解析を行うことができ、図１７に示されるように、半径Ｒ２の部分球面２ｄａを有する凸部２ｄを利用して、半導体基板１ａの厚みが小さい試料１の故障解析を行うことができる。

このように、本実施の形態５に係る故障解析装置では、部分球面２ｄａの半径Ｒが互いに異なる複数の凸部２ｄを解析用プレート２に設けているため、一つの解析用プレート２でもって、互いに厚みの異なる複数の試料１を解析することができる。従って解析効率が向上する。

なお本実施の形態５では、実施の形態１に係る解析用プレート２に、部分球面２ｄａの半径Ｒが互いに異なる複数の凸部２ｄを設けていたが、実施の形態２に係る解析用プレート２に、部分球面２ｄａの半径Ｒが互いに異なる複数の凸部２ｄを設けてもよい。この場合にも上述の効果が得られる。

また、図１８に示されるように、実施の形態３に係るステージ１１に部分球面部分６０ｂの半径Ｒが互いに異なる複数のＳＩＬ６０を埋め込んでも良い。この場合には、一つのステージ１１でもって、互いに厚みの異なる複数の試料１を解析することができるようになり、解析効率が向上する。

実施の形態６．
図１９は本発明の実施の形態６に係る故障解析装置６００の構成を示す図である。本実施の形態６に係る故障解析装置６００は、上述の実施の形態１に係る故障解析装置１００において、ＳＩＬ駆動部１０及び顕微鏡駆動部２３の替わりに、ＳＩＬ駆動部６１０及び顕微鏡駆動部６２３をそれぞれ備えるものである。

図１９に示されるように、ＳＩＬ駆動部６１０は、実施の形態１に係るステージ１１及びチャック１２と、チャック駆動部６１３とを備えている。チャック駆動部６１３は、実施の形態１に係るチャック駆動部１３が有する機能に加えて、チャック１２の移動情報ｍｖを顕微鏡駆動部６２３に通知する機能を備えている。

実施の形態１で説明したように、解析視野を移動させる際には、ステージ１１の主面１１ａに平行にチャック１２を移動させるが、チャック駆動部６１３はその際のチャック１２の移動情報ｍｖを顕微鏡駆動部６２３に通知する。上述のように解析用プレート２はステージ１１上に固定されており、更にステージ１１がチャック１２によって支持されているため、チャック駆動部６１３が通知する移動情報ｍｖは、解析用プレート２の移動情報でもある。なお移動情報ｍｖは、例えば、上述のＸＹＺ直交座標系ＱにおけるＸ座標の値とＹ座標の値とを含んでいる。

顕微鏡駆動部６２３は受け取った移動情報ｍｖに基づいて光学顕微鏡２１を解析用プレート２の主面２ａに平行に移動させて、光学系２１ａが凸部２ｄの直下に位置するようにする。

このように本実施の形態６に係る故障解析装置６００では、チャック駆動部６１３が顕微鏡駆動部６２３に解析用プレート２の移動情報をも示す移動情報ｍｖを通知し、顕微鏡駆動部６２３は受け取った移動情報ｍｖに基づいて光学顕微鏡２１を移動させる。従って、解析用プレート２の移動に連動して自動的に光学系２１ａ及び光検出部２１ｂを適切な位置に移動させることができる。その結果、視野移動の効率化が図れ、解析時間が短縮する。

なお本実施の形態６では、実施の形態１に係るチャック駆動部１３に、チャック１２の移動情報ｍｖを顕微鏡駆動部２３に通知する機能を付加し、顕微鏡駆動部２３に、受け取った移動情報ｍｖに基づいて光学顕微鏡２１を移動させる機能を付加したが、実施の形態５に係るチャック駆動部１３及び顕微鏡駆動部２３に同様の機能を付加してもよい。また、実施の形態２に係るチャック駆動部２１３に、チャック２１２の移動情報ｍｖを顕微鏡駆動部２３に通知する機能を付加し、その顕微鏡駆動部２３に、受け取った移動情報ｍｖに基づいて光学顕微鏡２１を移動させる機能を付加しても良い。これらの場合にも上述の効果が得られる。

また、実施の形態３に係るチャック駆動部３１３に、チャック３１２の移動情報ｍｖを顕微鏡駆動部２３に通知する機能を付加し、その顕微鏡駆動部２３に、受け取った移動情報ｍｖに基づいて光学顕微鏡２１を移動させる機能を付加しても良い。この場合には、ＳＩＬ６０の移動に連動して自動的に光学系２１ａ及び光検出部２１ｂを適切な位置に移動させることができる。その結果、視野移動の効率化が図れ、解析時間が短縮する。

また、図１４に示される実施の形態４に係る解析用プレート２を、図１９に示される解析用プレート２の替わりに使用することによって、実施の形態４で説明した効果も得られる。

実施の形態７．
図２０は本発明の実施の形態７に係る故障解析装置７００の構成を示す図である。本実施の形態７に係る故障解析装置７００は、上述の実施の形態１に係る故障解析装置１００において、プローバー４０の替わりに、試料支持治具３０を有するプローバー７４０を備えるものである。

プローバー７４０は、実施の形態１に係るプローブカード４１及びプローブ針４２と、プローブ・試料駆動部７４５とを備えている。プローブ・試料駆動部７４５は、支持機構駆動部７４３と、支持機構７４４と、実施の形態１に係る試料支持治具３０とを備えている。

上述の実施の形態１では、試料支持治具３０はステージ１１等が収納される筐体に取り付けられていたが、本実施の形態７では、支持機構７４４に取り付けられている。また、支持機構７４４にはプローブカード４１も取り付けられている。

支持機構駆動部７４３は、ＸＹＺ直交座標系Ｑに基づいて、支持機構７４４を解析用プレート２の主面２ａに平行に、あるいはその主面２ａに垂直な方向に移動させることができる。

ここで、上述のように支持機構７４４には試料支持治具３０及びプローブカード４１が取り付けられている。更に、試料１は試料支持治具３０によって支持され、プローブカード４１にはプローブ針４２が取り付けられている。従って、試料支持治具３０が試料１を支持した状態で支持機構７４４を移動させると、プローブ針４２及び試料１がそれらの間の位置関係を保持しつつ移動する。

このように、プローブ・試料駆動部７４５の働きによって、試料１及びプローブ針４２をそれらの間の位置関係を保持しつつ解析用プレート２の主面２ａに平行に移動させることができ、更にその主面２ａに垂直な方向に沿って移動させることができる。その他の構成については実施の形態１に係る故障解析装置１００と同じであるためその説明は省略する。

次に、本実施の形態７に係る故障解析装置７００を用いて、試料１に対して発光解析を行う方法について説明する。

まず、実施の形態１で説明したように、ステージ１１上に固定された解析用プレート２の上に試料１を載置する。そして、チャック駆動部１３によって、ステージ１１の主面１１ａに垂直な方向に沿ってチャック１２を移動させて、試料１と試料支持治具３０とを接触させて、真空吸着により試料支持治具３０に試料１を吸着させる。このとき、プローブ針４２が試料１のデバイス形成層１ｂに設けられた電極パッドに接触する。

次に、試料１と解析用プレート２とが互いに密着した状態で、支持機構駆動部７４３によって支持機構７４４を解析用プレート２の主面２ａに平行に移動させて、解析対象の半導体チップ１ｃの所定領域が凸部２ｄの上方に位置するようにする。このとき試料１とプローブ針４２とは、それらの間の位置関係が保持されたまま移動する。そして、顕微鏡駆動部２３により光学顕微鏡２１を所定の位置に移動させて、テスター５０で生成されたテストパターンをプローブ針４２を介して試料１に印加する。

次に、半導体チップ１ｃのデバイス形成層１ｂ内での電流リーク箇所から発生する光９０を、解析用プレート２の凸部２ｄとステージ１１とを通して光学顕微鏡２１で検出し、故障解析を行う。

半導体チップ１ｃの所定領域の故障解析が終了すると、支持機構駆動部７４３により、解析用プレート２の主面２ａに平行に支持機構７４４を移動させて、同じ半導体チップ１ｃの別の領域の下方に凸部２ｄが位置するように、試料１を移動させる。このとき、試料１との間の位置関係が保持されたままプローブ針４２も同時に移動する。そして、上述の方法にて、かかる領域に対して故障解析を行う。

このように本実施の形態７に係る故障解析装置７００では、プローブ針４２及び試料１をそれらの間の位置関係を保持したまま移動させることができるため、解析視野を移動させる際に解析用プレート２及び光学系２１ａを移動させる必要がない。従って解析の効率化が図れる。

なお本実施の形態７では、実施の形態１に係るプローバー４０の替わりに、試料支持治具３０を有するプローバー７４０を用いる場合について説明したが、実施の形態２，３，５に係るプローバー４０の替わりに、試料支持治具３０を有するプローバー７４０を用いても良い。この場合にも上述の効果が得られる。

また、図１４に示される実施の形態４に係る解析用プレート２を、図２０に示される解析用プレート２の替わりに使用することによって、実施の形態４で説明した効果も得られる。

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。 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。 解析対象である試料１を示す平面図である。 本発明の実施の形態１に係る解析用プレートを示す平面図である。 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。 本発明の実施の形態１に係る故障解析装置の変形例の構成を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る故障解析装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る故障解析装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る故障解析装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る故障解析装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る故障解析装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る故障解析装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る故障解析装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態４に係る解析用プレートを示す平面図である。 本発明の実施の形態４に係るステージを示す平面図である。 本発明の実施の形態５に係る故障解析装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態５に係る故障解析装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態５に係る故障解析装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態６に係る故障解析装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態７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 試料、１ａ 半導体基板、１ａａ，１ａｂ，２ａ，２ｂ，１１ａ，１１ｂ 主面、１ｂ デバイス形成層、１ｃ 半導体チップ、２ 解析用プレート、２ｃ 凹部、２ｃａ 底面、２ｄ 凸部、２ｄａ 部分球面、１０，２１０，３１０，６１０ ＳＩＬ駆動部、１１ ステージ、１１ｃ 凸部、２０，２５ 故障検出部、２１ａ，２６ａ 光学系、３０ 試料支持治具、４０，７４０ プローバー、４２ プローブ針、６０ 固浸レンズ、６０ａ 平面部分、６０ｂ 部分球面部分、９０ 光、９１ レーザー、１００，１０１，２００，３００，６００，７００ 故障解析装置、７４５ プローブ・試料駆動部。

Claims (18)

1. 試料が載置される第１の主面と、それとは反対側に第２の主面とを有する解析用プレートと、
   光学系を有し、前記試料内で発生した故障を前記光学系を用いて検出する故障検出部と、
   前記解析用プレートとは独立して前記試料を支持する治具と、
   前記解析用プレートを前記第１の主面に平行に移動させる第１の駆動部と
   を備え、
   前記解析用プレートの前記第２の主面には凹部が設けられており、
   前記凹部の底面には、前記第２の主面よりも突出しておらず、固浸レンズとして機能する凸部が設けられており、
   前記故障検出部は、前記解析用プレートの前記第２の主面側から、前記凸部を通して前記試料に対して光の照射を行い、あるいは前記凸部を通して前記試料からの光の検出を行うことにより故障検出を行い、
   前記試料と前記解析用プレートとの間の相対的な位置が変更されても前記故障検出が行われることが可能に構成されている、故障解析装置。
2. 前記解析用プレートは前記試料を搭載するステージとして用いられる、請求項１に記載の故障解析装置。
3. 前記解析用プレートはシリコンから成る、請求項１及び請求項２のいずれか一つに記載の故障解析装置。
4. 前記解析用プレートは石英ガラスから成る、請求項２に記載の故障解析装置。
5. 前記解析用プレートの前記第２の主面には複数の前記凹部が設けられており、
   各前記凹部の底面には前記凸部が設けられている、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の故障解析装置。
6. 前記試料は複数の半導体チップが形成された半導体ウェハであって、
   前記凹部及び前記凸部は前記半導体チップごとに設けられており、かつ前記半導体チップの配置に対応した位置に設けられている、請求項５に記載の故障解析装置。
7. 各前記凸部は球冠状であって、
   前記凸部の表面が有する部分球面の半径は互いに異なる、請求項５に記載の故障解析装置。
8. 前記故障検出部の前記光学系を前記解析用プレートの前記第１の主面に平行に移動させる第２の駆動部を更に備え、
   前記第１の駆動部は、前記解析用プレートの移動情報を前記第２の駆動部に通知し、
   前記第２の駆動部は前記移動情報に基づいて前記光学系を移動させる、請求項１に記載の故障解析装置。
9. 試料が載置される第１の主面と、それとは反対側に第２の主面とを有する解析用プレートと、
   光学系を有し、前記試料内で発生した故障を前記光学系を用いて検出する故障検出部と、
   前記解析用プレート上の前記試料と接触するプローブ針と、
   前記解析用プレートとは独立して前記解析用プレートの前記第１の主面に平行に前記プローブ針及び前記試料をそれらの間の位置関係を保持しつつ移動させる駆動部と
   を備え、
   前記解析用プレートの前記第２の主面には凹部が設けられており、
   前記凹部の底面には、前記第２の主面よりも突出しておらず、固浸レンズとして機能する凸部が設けられており、
   前記故障検出部は、前記解析用プレートの前記第２の主面側から、前記凸部を通して前記試料に対して光の照射を行い、あるいは前記凸部を通して前記試料からの光の検出を行うことにより故障検出を行い、
   前記試料と前記解析用プレートとの間の相対的な位置が変更されても前記故障検出が行われることが可能に構成されている、故障解析装置。
10. 固浸レンズと、
    第１の主面と、それとは反対側に第２の主面とを有し、前記固浸レンズが埋め込まれたステージと、
    光学系を有し、試料内で発生した故障を前記光学系を用いて検出する故障検出部と
    を備え、
    前記固浸レンズの表面の一部は、前記ステージの前記第１の主面とともに平坦となって前記第１の主面から露出しており、
    前記試料は、前記ステージの前記第１の主面及び前記固浸レンズの前記表面の一部の上に載置され、
    前記故障検出部は、前記ステージの前記第２の主面側から、前記ステージ及び前記固浸レンズを通して前記試料に対して光の照射を行い、あるいは前記固浸レンズ及び前記ステージを通して前記試料からの光の検出を行う、故障解析装置。
11. 前記ステージは石英ガラスから成る、請求項１０に記載の故障解析装置。
12. 前記ステージの前記第２の主面には、凸レンズとして機能する凸部が前記固浸レンズと前記ステージの厚み方向に並んで設けられており、
    前記故障検出部は、前記凸部を更に通して前記試料に対して光の照射を行い、あるいは前記凸部を更に通して前記試料からの光の検出を行う、請求項１０及び請求項１１のいずれか一つに記載の故障解析装置。
13. 前記ステージには複数の前記固浸レンズが埋め込まれている、請求項１０乃至請求項１２のいずれか一つに記載の故障解析装置。
14. 前記試料は、複数の半導体チップが形成された半導体ウェハであって、
    前記固浸レンズは前記半導体チップごとに設けられており、かつ前記半導体チップの配置に対応した位置に設けられている、請求項１３に記載の故障解析装置。
15. 各前記固浸レンズは球冠状であって、
    前記固浸レンズの表面が有する部分球面の半径は互いに異なる、請求項１３に記載の故障解析装置。
16. 前記ステージ及び前記固浸レンズとは独立して前記試料を支持する治具と、
    前記ステージを前記第１の主面に平行に移動させる第１の駆動部と
    を更に備える、請求項１０乃至請求項１５のいずれか一つに記載の故障解析装置。
17. 前記故障検出部の前記光学系を前記ステージの前記第１の主面に平行に移動させる第２の駆動部を更に備え、
    前記第１の駆動部は、前記ステージの移動情報を前記第２の駆動部に通知し、
    前記第２の駆動部は前記移動情報に基づいて前記光学系を移動させる、請求項１６に記載の故障解析装置。
18. 前記ステージ及び前記固浸レンズの上の前記試料と接触するプローブ針と、
    前記ステージとは独立して前記ステージの前記第１の主面に平行に前記プローブ針及び前記試料をそれらの間の位置関係を保持しつつ移動させる駆動部と
    を更に備える、請求項１０乃至請求項１５のいずれか一つに記載の故障解析装置。

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