JP2010060317A - 半導体検査装置及び検査方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 半導体デバイスに対して無バイアス状態での検査を好適に行うことが可能な半導体検査装置及び検査方法を提供する。
【解決手段】 半導体デバイスＳに対し、パルスレーザ光の照射によって発生する電磁波を利用して無バイアス状態で検査を行うとともに、半導体デバイスＳのレイアウト情報を参照して検査範囲を設定し、その範囲内でパルスレーザ光の検査光Ｌ１による２次元走査を行う。また、半導体デバイスＳの検査範囲を光学系の光軸に対して所定位置に配置し、半導体デバイスＳに対して固浸レンズ３６を設置した状態で、走査手段であるガルバノメータスキャナ３０により、固浸レンズ３６を介して半導体デバイスＳの検査範囲内を検査光Ｌ１によって２次元走査するとともに、半導体デバイスＳから出射された電磁波を光伝導素子４０で検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体デバイスに対して無バイアス状態で検査を行う半導体検査装置、及び半導体検査方法に関するものである。
半導体デバイスに対して無バイアス状態で不良診断などの検査を行う方法として、特許文献１に開示された方法が知られている。この検査方法では、検査対象の半導体デバイスに対して、パルスレーザ光を２次元走査しつつ照射する。そして、レーザ光照射位置から放射されたテラヘルツ波などの電磁波を検出することで、半導体デバイス内での不良の有無等についての情報を取得する（特許文献１、非特許文献１、２参照）。
特開２００６−２４７７４号公報 M. Yamashita et al., "THz emission characteristics from LSI-TEGchips under zero bias voltage", Proceedings of Join 32nd InternationalConference on Infrared and Millimetre Waves, and 15th International Conferenceon Terahertz Electronics (IRMMW-THz 2007), pp.279-280 M. Yamashita et al., "Noncontact inspection technique forelectrical failures in semiconductor devices using a laser terahertz emissionmicroscope", Applied Physics Letters Vol.93, pp.041117-1-3 (2008)
上記したように無バイアス状態で検査を行う方法では、半導体デバイスを非接触で検査することが可能であり、例えば半導体デバイスの製造工程の途中において検査を実行することが可能である。しかしながら、特許文献１に記載された構成では、検査光として半導体デバイスに照射されるパルスレーザ光のスポットサイズによって位置分解能が決まるため、対物レンズの性能などによって半導体検査の分解能が制限されるという問題がある。
また、特許文献１では、半導体デバイスを保持する検査用のステージを走査台とし、半導体デバイスを２次元的に移動して走査を行う構成を用いている。このような構成において、半導体デバイスの全体を検査光で２次元走査する場合、その検査処理に必要な計測時間が長くなるなどの問題がある。また、揺動ミラーを用いた２次元走査についても記載があるが、その具体的な構成については検討されていない。
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、半導体デバイスに対して無バイアス状態での検査を好適に行うことが可能な半導体検査装置、及び半導体検査方法を提供することを目的とする。
このような目的を達成するために、本発明による半導体検査装置は、（１）検査対象となる無バイアス状態の半導体デバイスを保持する検査ステージと、（２）半導体デバイスに対し、パルスレーザ光を検査光として照射するレーザ光源と、（３）検査光をレーザ光源から半導体デバイスへと導くとともに、検査光の光路を制御して半導体デバイスに対して設定された検査範囲内を検査光によって２次元走査する走査手段を有する検査光導光光学系と、（４）半導体デバイス及び検査光導光光学系の間に設置され、検査光導光光学系からの検査光を半導体デバイスへと集光しつつ照射する固浸レンズと、（５）検査光の照射によって半導体デバイスで発生し、固浸レンズを介して出射された電磁波を検出する電磁波検出手段と、（６）半導体デバイスの検査を制御する検査制御手段とを備え、検査制御手段は、半導体デバイスに対し、そのレイアウト情報を参照して、固浸レンズを介して検査光によって２次元走査すべき検査範囲を設定する検査範囲設定手段と、半導体デバイスのレイアウト情報を参照して、検査光導光光学系に対する半導体デバイスの位置を制御して、検査範囲を光軸に対して所定位置に配置する位置制御手段と、走査手段を駆動制御して、半導体デバイスの検査範囲内での固浸レンズを介した検査光による２次元走査を制御する走査制御手段とを有することを特徴とする。
また、本発明による半導体検査方法は、（１）検査対象となる無バイアス状態の半導体デバイスを保持する検査ステージと、（２）半導体デバイスに対し、パルスレーザ光を検査光として照射するレーザ光源と、（３）検査光をレーザ光源から半導体デバイスへと導くとともに、検査光の光路を制御して半導体デバイスに対して設定された検査範囲内を検査光によって２次元走査する走査手段を有する検査光導光光学系と、（４）半導体デバイス及び検査光導光光学系の間に設置され、検査光導光光学系からの検査光を半導体デバイスへと集光しつつ照射する固浸レンズと、（５）検査光の照射によって半導体デバイスで発生し、固浸レンズを介して出射された電磁波を検出する電磁波検出手段とを備える半導体検査装置を用い、（６）半導体デバイスに対し、そのレイアウト情報を参照して、固浸レンズを介して検査光によって２次元走査すべき検査範囲を設定する検査範囲設定ステップと、半導体デバイスのレイアウト情報を参照して、検査光導光光学系に対する半導体デバイスの位置を制御して、検査範囲を光軸に対して所定位置に配置する位置制御ステップと、走査手段を駆動制御して、半導体デバイスの検査範囲内での固浸レンズを介した検査光による２次元走査を制御する走査制御ステップとを備えることを特徴とする。
上記した半導体検査装置及び検査方法においては、検査対象の半導体デバイスに対し、パルスレーザ光の照射によって発生するテラヘルツ波などの電磁波を利用して無バイアス状態で検査を行っている。これにより、上述したように、半導体デバイスを非接触で検査することができる。また、このような非接触での検査において、半導体デバイスの全体を検査光で２次元走査するのではなく、半導体デバイスでのＰＮ接合部や配線などの構成を示すレイアウト情報を参照して検査範囲を設定し、その範囲内で検査光による２次元走査を行っている。これにより、その検査処理に必要な計測時間を短縮することができる。
また、上記構成では、半導体デバイスに対して検査範囲が設定される構成に対応して、レイアウト情報を参照して半導体デバイスの位置を制御して、その検査範囲を光学系の光軸に対して所定位置（例えば光軸上の位置）に配置する。そして、検査範囲が所定位置に設定された状態で半導体デバイスを固定し、その半導体デバイスに対して固浸レンズを設置するとともに、検査光導光光学系に設けられた走査手段により、固浸レンズを介して、半導体デバイスの検査範囲内を検査光によって２次元走査する。さらに、固浸レンズを介して半導体デバイスの検査光照射位置から出射されたテラヘルツ波などの電磁波を検出することで、半導体デバイスの検査を行っている。
このように、半導体デバイス上に固浸レンズを設置して検査を行うことにより、検査光照射及び電磁波検出ともに固浸レンズによって位置分解能を向上させて、半導体デバイスに含まれるＰＮ接合部や配線等について、より詳細かつ正確に検査を行うことができる。また、半導体デバイスを保持する検査ステージを固定して、光学系側の走査手段によって検査光の２次元走査を行うことが可能な構成とすることにより、半導体デバイスに対する固浸レンズの適用と、検査光による半導体デバイスの２次元走査とを好適に両立することができる。以上により、上記構成によれば、半導体デバイスに対して無バイアス状態での検査を好適に行うことが可能となる。
ここで、検査光導光光学系の具体的な構成については、検査光の２次元走査を行う走査手段は、検査光の光路を制御するためのガルバノメータスキャナを含むことが好ましい。これにより、検査光による半導体デバイスの２次元走査を高速かつ精度良く実行することが可能となる。
また、固浸レンズとしては、半導体デバイスへと照射される検査光と、半導体デバイスから出射される電磁波とに対して透過性を有する材質からなる固浸レンズを用いることが好ましい。また、そのような固浸レンズの一例としては、ＧａＰ（ガリウム燐）からなる固浸レンズを用いることが特に好ましい。上記構成の半導体検査では、検査光となるパルスレーザ光としては例えば近赤外領域の波長を有するレーザ光（例えば波長７５０ｎｍ〜２５００ｎｍのレーザ光）が用いられる。これに対して、ＧａＰなどの材質からなる固浸レンズは、半導体デバイスに照射される近赤外の検査光、及び半導体デバイスで発生するテラヘルツ波（例えば周波数０．１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの電磁波）などの電磁波の両者に対して高い透過性を有する。したがって、このような固浸レンズを用いることにより、上記の半導体検査を好適に実行することができる。
半導体デバイスに対する検査範囲の設定については、半導体デバイスのレイアウト情報から抽出された検査対象箇所に基づいて、検査範囲を導出することが好ましい。パルスレーザ光の照射によって発生する電磁波を利用する上記方法では、半導体デバイスのレイアウトのうちで主にＰＮ接合部などの内部電界が存在する箇所において電磁波が発生する。したがって、レイアウト情報からそのような箇所を検査対象箇所として抽出して検査範囲を導出することにより、検査範囲を好適に設定することができる。
また、半導体検査装置は、検査制御手段が、電磁波検出手段による電磁波の検出結果に基づいて、半導体デバイスの不良について解析を行う不良解析手段を有することが好ましい。同様に、検査方法は、電磁波検出手段による電磁波の検出結果に基づいて、半導体デバイスの不良について解析を行う不良解析ステップを備えることが好ましい。このような構成によれば、無バイアス状態での半導体デバイスの不良診断を好適に実行できる。
この場合の具体的な不良解析の方法については、電磁波検出手段による電磁波の検出強度に対して１または複数の閾値を適用し、検出強度が閾値によって設定された良品強度範囲の内／外のいずれにあるかによって、半導体デバイスの良／不良を判別する構成を用いることができる。このような方法によれば、電磁波検出による半導体デバイスの不良診断を確実に実行することができる。
また、半導体デバイスに対する具体的な不良解析の内容については、半導体デバイスの不良として、半導体デバイスに含まれる配線での断線の有無を判別する構成を用いることができる。このような半導体デバイスでの配線不良は、上記した検査方法によって好適に診断することが可能である。
また、半導体検査装置は、検査制御手段が、半導体デバイスのレイアウト情報、及び不良解析手段での解析結果に基づいて、半導体デバイスに含まれる配線での断線箇所を推定する断線箇所推定手段を有することが好ましい。同様に、検査方法は、半導体デバイスのレイアウト情報、及び不良解析ステップでの解析結果に基づいて、半導体デバイスに含まれる配線での断線箇所を推定する断線箇所推定ステップを備えることが好ましい。上記した検査方法によれば、電磁波検出手段による電磁波の検出結果を参照することにより、半導体デバイスでの配線の断線箇所を推定することが可能である。
本発明の半導体検査装置及び検査方法によれば、半導体デバイスに対し、パルスレーザ光の照射によって発生する電磁波を利用して無バイアス状態で検査を行うとともに、半導体デバイスのレイアウト情報を参照して検査範囲を設定し、その範囲内で検査光による２次元走査を行う。また、検査範囲を光学系の光軸に対して所定位置に配置し、半導体デバイスに対して固浸レンズを設置した状態で、光学系の走査手段により、固浸レンズを介して半導体デバイスの検査範囲内を検査光によって２次元走査するとともに、固浸レンズを介して検査光照射位置から出射された電磁波を検出する。これにより、半導体デバイスに対して無バイアス状態での検査を好適に行うことが可能となる。
以下、図面とともに本発明による半導体検査装置及び検査方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
図１は、本発明による半導体検査装置の一実施形態の構成を模式的に示す図である。本実施形態による半導体検査装置１Ａは、検査対象の半導体デバイスＳに対し、パルスレーザ光の照射によって発生するテラヘルツ波（例えば周波数０．１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの電磁波）などの電磁波を利用して無バイアス状態で検査を行う検査装置であり、検査ステージ１０と、レーザ光源２０と、光伝導素子４０とを備えて構成されている。以下、半導体検査装置１Ａの構成について、半導体検査方法とともに説明する。
半導体デバイスＳは、検査ステージ１０上において無バイアス状態で保持されている。半導体デバイスＳは、ＰＮ接合部や配線などが形成されているデバイス面を上側、裏面を下側とした状態でステージ１０上に載置されている。また、ステージ１０には、半導体デバイスＳを下側から臨むことが可能なように開口１１が設けられている。本実施形態の検査装置１Ａは、ステージ１０上の半導体デバイスＳに対し、開口１１を介して下側から検査光の照射、及び電磁波の検出を行うように構成されている。また、この検査ステージ１０は、検査光導光光学系の光軸に対する半導体デバイスＳの位置を設定、調整するため、検査ステージ駆動装置１２によって駆動可能に構成されている。
ステージ１０上の半導体デバイスＳに対し、パルスレーザ光を検査光として供給、照射するパルスレーザ光源２０が設けられている。この検査光としては、テラヘルツ波などの電磁波を利用した半導体検査を行うために好適な強度、及びパルス幅を有するパルスレーザ光が用いられる（例えば特許文献１参照）。具体的には、レーザ光源２０として、フェムト秒パルスレーザ光を供給するフェムト秒レーザ光源を用いることが好ましい。また、具体的なパルス幅については、例えば１フェムト秒（ｆｓ）〜１０ピコ秒（１０ｐｓ）のパルス幅を有するパルスレーザ光を用いることが好ましい。
また、検査光の波長としては、近赤外領域の波長を有するレーザ光（例えば波長７５０ｎｍ〜２５００ｎｍのレーザ光）を好適に用いることができる。ここでは、検査光の一例として、フェムト秒パルスレーザ光源２０から供給される波長１０５９ｎｍのレーザ光を用いることとする。また、フェムト秒レーザ光源２０の後段にはＳＨＧ素子２１が配置されており、このＳＨＧ素子２１において、波長５２９ｎｍの第２高調波が生成される。
ＳＨＧ素子２１からのレーザ光及び第２高調波は反射ミラー２２によってハーモニックセパレータ２３へと導かれ、このセパレータ２３において、半導体デバイスＳへと向かう波長１０５９ｎｍの検査光Ｌ１と、電磁波検出用の光伝導素子４０へと向かう波長５２９ｎｍのプローブ光Ｌ２とに分岐される。また、セパレータ２３からの検査光Ｌ１は、変調装置２４に入力され、この変調装置２４において、波形発生器２５で生成された正弦波、矩形波などの変調波形に基づいて、検査光Ｌ１の時間波形が変調される。変調装置２４としては、例えばＡＯＭ、光チョッパ等を用いることができる。
変調装置２４と検査ステージ１０上の半導体デバイスＳとの間には、レーザ光源２０からの検査光Ｌ１を半導体デバイスＳへと導く検査光導光光学系が設けられている。図１に示す構成例では、導光光学系は、変調装置２４側から順に、ビームエキスパンダ２６、波長板２７、ガルバノメータスキャナ３０、波長板３１、レンズ３２、及び対物レンズ３５によって構成されている。波長板２７とガルバノメータスキャナ３０との間には、偏光ビームスプリッタ２８が配置されている。また、レンズ３２と対物レンズ３５との間には、ハーフミラー３３及びＩＴＯ膜付き光学板３４が配置されている。
変調装置２４から出力された検査光Ｌ１は、ビームエキスパンダ２６によって空間的に広げられ、１／２λ波長板２７及び偏光ビームスプリッタ２８を通過して、ガルバノメータスキャナ３０へと入力される。ガルバノメータスキャナ３０は、検査光Ｌ１の光路を制御して、半導体デバイスＳに対して設定された検査範囲内を検査光Ｌ１によって２次元走査するための走査手段である。検査光Ｌ１は、このガルバノメータスキャナ３０により、半導体デバイスＳに対して光軸に垂直な２方向に走査しつつ照射される。
また、対物レンズ３５と、検査ステージ１０上に載置された半導体デバイスＳとの間には、固浸レンズ３６が、半導体デバイスＳの裏面に対して光学的に密着した状態で設置されている。ガルバノメータスキャナ３０からの検査光Ｌ１は、１／４λ波長板３１、レンズ３２、ハーフミラー３３、光学板３４、及び対物レンズ３５を介して固浸レンズ３６に到達し、この固浸レンズ３６により、半導体デバイスＳにおけるＰＮ接合部などの各部に対して集光しつつ照射される。また、固浸レンズ３６としては、具体的には例えば半球形状、または超半球形状のレンズが用いられる。
パルス状の検査光Ｌ１が照射された無バイアス状態の半導体デバイスＳでは、その内部の所定部位においてテラヘルツ波などの電磁波が発生する。すなわち、半導体デバイスＳ内では、ＰＮ接合部や金属半導体界面、キャリア濃度が変化する部位等において、内部電界（ビルトイン電界）が存在する。
このような内部電界が存在する部位に対して、バンドギャップよりも大きいエネルギーを持つパルス状のレーザ光が検査光Ｌ１として照射されると、光励起による電子・正孔対が生成する。そして、これらの光励起キャリアが内部電界によって加速されてパルス状の電流が流れ、それによって電磁波が生成される。また、この電磁波は、発生部位であるＰＮ接合部、あるいはＰＮ接合部に接続されている配線の状態などによって、その強度などの電磁波発生条件が変化する。したがって、このような電磁波を検出することによって、半導体デバイスＳの不良等についての情報を取得することができる。
ステージ１０上の半導体デバイスＳにおいて検査光Ｌ１の照射によって発生する電磁波に対し、電磁波検出手段として光伝導素子４０が設けられている。半導体デバイスＳから固浸レンズ３６を介して出射された電磁波は、対物レンズ３５を通過し、光学板３４に設けられたＩＴＯ膜で反射された後、テフロンレンズ３７によって集束されつつ、光伝導素子４０に入射する。
光伝導素子４０には、ハーモニックセパレータ２３で分岐されたプローブ光Ｌ２が供給されている。プローブ光Ｌ２の光伝導素子４０への供給タイミングは、半導体デバイスＳで発生する電磁波を検出可能なように、検査光Ｌ１の半導体デバイスＳへの入射タイミングに対して所定のタイミングとなるように設定される。
セパレータ２３と光伝導素子４０との間には、時間遅延光学系４１を含むプローブ光導光光学系が設けられている。時間遅延光学系４１は光路長が可変に構成されており、光伝導素子４０へのプローブ光Ｌ２の入射タイミングの設定、変更に用いられる。図１に示す構成例では、時間遅延光学系４１は、遅延ステージ駆動装置４６によって可動に構成された時間遅延ステージ４２と、ステージ４２上に設置された反射ミラー４３、４４と、ステージ４２とは別に固定に設置された反射ミラー４５とによって構成されている。時間遅延光学系４１によってタイミングが調整されたプローブ光Ｌ２は、集光レンズ４７を介して集光しつつ光伝導素子４０へと入射される。
光伝導素子４０では、プローブ光Ｌ２の照射によって光励起キャリアが生成される。そして、この状態で光伝導素子４０にテラヘルツ波などの電磁波が入射すると、それによって光励起キャリアによる電流が流れることで、電磁波が検出される。また、このような電磁波検出において、プローブ光Ｌ２の光伝導素子４０への入射タイミングを変えることにより、電磁波の時間波形を計測することができる。
光伝導素子４０から出力された検出信号は、電流アンプ５１で増幅されて電圧信号に変換された後、波形発生器２５からの波形信号が参照信号として入力されているロックインアンプ５２を経由して画像取得装置５０に入力される。これにより、画像取得装置５０において、半導体デバイスＳの検査範囲の２次元画像である電磁波放射像が取得される。
なお、図１の構成では、光伝導素子４０として、例えば低温成長のＧａＡｓで作製された素子を好適に用いることができる。この場合、プローブ光Ｌ２として波長５２９ｎｍの第２高調波を用いることが、光伝導素子での電磁波の検出感度を向上させる点で有効である。また、時間遅延光学系４１については、遅延ステージ４２及び反射ミラー４３〜４５を用いた構成を例示したが、このような構成に限らず、例えば中空リトロリフレクタを用いる構成など、様々な構成を用いて良い。
半導体デバイスＳに検査光Ｌ１が照射されると、半導体デバイスＳ内で上記した電磁波が発生すると同時に、半導体デバイスＳからのレーザ反射光（戻り光）が発生する。このレーザ反射光は、検査光Ｌ１とは逆の光路を通過し、偏光ビームスプリッタ２８を介して光ファイバ２９に入射され、画像取得装置５０に設けられたフォトダイオードなどの光検出器によって検出される。これにより、画像取得装置５０において、電磁波放射像に加えて、半導体デバイスＳの検査範囲の２次元画像であるレーザ反射像が取得される。
また、検査ステージ１０上の半導体デバイスＳに対し、検査光供給用のレーザ光源２０及び電磁波検出用の光伝導素子４０に加えて、半導体デバイスＳ全体の通常のＣＣＤ画像を取得するための照明装置１５及びＣＣＤカメラ１６が設けられている。ＣＣＤ画像を取得する場合、照明装置１５からの照明光は、ハーフミラー１７で反射され、リレーレンズ１８、ハーフミラー３３、光学板３４、及び対物レンズ３５を介して半導体デバイスＳに照射される。また、半導体デバイスＳからの光は、照明光とは逆の光路を通過し、ハーフミラー１７を通過してＣＣＤカメラ１６によって撮像される。なお、照明装置１５からの照明光としては、例えば近赤外光が用いられる。この場合、半導体デバイスＳの裏面から近赤外照明光を照射しても、半導体デバイスＳのＰＮ接合部などの各部の画像を、ＣＣＤカメラ１６にて取得することができる。画像取得装置５０で取得された電磁波放射像、レーザ反射像、及びＣＣＤカメラ１６で撮像されたＣＣＤ画像は、半導体デバイスＳの検査を制御する検査制御装置６０へと入力される。
図２は、検査制御装置６０の構成の一例を示すブロック図である。本構成例の検査制御装置６０は、検査処理制御部６１と、検査ステージ制御部６２と、走査制御部６３と、画像取得制御部６４と、遅延ステージ制御部６５と、検査範囲設定部７１と、不良解析部７２と、断線箇所推定部７３とを有して構成されている。検査処理制御部６１は、図１に示した半導体検査装置１Ａにおいて実行される検査処理の全体を制御する。
検査制御装置６０には、半導体デバイスＳの検査において参照される、半導体デバイスＳでのＰＮ接合部や配線などの構成を示すレイアウト情報を供給するレイアウト情報処理装置８０が接続されている。このレイアウト情報処理装置８０としては、例えば、半導体デバイスを構成するＰＮ接合部や配線の配置などの設計情報を扱うＣＡＤソフトが起動されているＣＡＤ用コンピュータを用いることができる。
なお、この処理装置８０については、検査制御装置６０と別装置にする構成に限らず、検査制御装置６０がレイアウト情報処理装置の機能を併せ持つ構成としても良い。また、画像取得装置５０についても、同様に、検査制御装置６０が画像取得装置の機能を併せ持つ構成としても良い。また、検査制御装置６０には、さらに、半導体検査に必要な指示や情報の入力に用いられる入力装置８１と、半導体検査に関する情報を表示するための表示装置８２とが接続されている。
検査範囲設定部７１は、半導体デバイスＳに対し、処理装置８０から供給されるレイアウト情報を参照して、固浸レンズ３６を介して検査光Ｌ１によって２次元走査すべき検査範囲を設定する設定手段である（検査範囲設定ステップ）。設定部７１は、好ましくは、半導体デバイスＳのレイアウト情報から抽出されたＰＮ接合部などの検査対象箇所に基づいて、検査範囲を自動的に導出し、設定する。あるいは、設定部７１は、入力装置８１から操作者によって入力される指示内容に基づいて検査範囲を設定しても良い。
検査ステージ制御部６２は、半導体デバイスＳのレイアウト情報を参照して、検査光導光光学系に対する半導体デバイスＳの位置を制御して、設定部７１で設定された検査範囲を光学系の光軸に対して所定位置に配置する位置制御手段である（位置制御ステップ）。制御部６２は、検査ステージ駆動装置１２を介して検査ステージ１０を駆動制御することで、光学系の光軸に対する半導体デバイスＳ及び検査範囲の位置を設定、変更する。
走査制御部６３は、画像取得装置５０を介して走査手段であるガルバノメータスキャナ３０を駆動制御して、半導体デバイスＳの検査範囲内での固浸レンズ３６を介した検査光による２次元走査を制御する走査制御手段である（走査制御ステップ）。画像取得制御部６４は、画像取得装置５０及びＣＣＤカメラ１６による電磁波放射像、レーザ反射像、及びＣＣＤ画像の取得を制御するとともに、取得されたそれらの画像を入力して検査処理制御部６１に供給する。また、遅延ステージ制御部６５は、遅延ステージ駆動装置４６を介して時間遅延ステージ４２を駆動制御することで、電磁波の検出タイミングとなる光伝導素子４０へのプローブ光Ｌ２の入射タイミングを設定、変更する。
不良解析部７２は、光伝導素子４０による電磁波の検出結果に基づいて、半導体デバイスＳの不良について解析（例えば不良診断）を行う不良解析手段である（不良解析ステップ）。このような不良解析部７２を設けることにより、無バイアス状態での半導体デバイスＳの不良診断を好適に実現することができる。また、具体的な解析方法の例としては、不良解析部７２は、光伝導素子４０による電磁波の検出強度に対して閾値を適用する。そして、検出強度が閾値で設定された良品強度範囲の内／外のいずれにあるかによって、半導体デバイスＳの良／不良を判別する方法を用いることができる。このような方法によれば、半導体デバイスＳの不良診断を確実に実行することができる。
また、不良解析の具体的な内容の例としては、不良解析部７２は、半導体デバイスＳの不良として、半導体デバイスＳに含まれる配線での断線の有無を判別する。このような半導体デバイスＳでの配線不良は、上記した検査方法によって好適に診断することが可能である。また、図２に示す構成例では、不良解析部７２に加えて、半導体デバイスＳのレイアウト情報、及び不良解析部７２での解析結果に基づいて、半導体デバイスＳに含まれる配線での断線箇所を推定する断線箇所推定部７３が設けられている（断線箇所推定ステップ）。上記した検査方法によれば、電磁波の検出結果を参照することにより、半導体デバイスＳでの配線の断線箇所を推定することが可能である。なお、検査範囲設定部７１での検査範囲の設定方法、不良解析部７２、断線箇所推定部７３でのデータ解析方法については、具体的にはさらに後述する。
なお、図２に示した検査制御装置６０において実行される処理は、検査制御処理をコンピュータに実行させるための制御プログラムによって実現可能である。例えば、検査制御装置６０は、制御処理に必要な各ソフトウェアプログラムを動作させるＣＰＵと、上記ソフトウェアプログラムなどが記憶されるＲＯＭと、プログラム実行中に一時的にデータが記憶されるＲＡＭとによって構成することができる。
また、半導体検査の制御処理をＣＰＵによって実行させるための上記プログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体に記録して頒布することが可能である。このような記録媒体には、例えば、ハードディスク及びフレキシブルディスクなどの磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ及びＤＶＤ−ＲＯＭなどの光学媒体、フロプティカルディスクなどの磁気光学媒体、あるいはプログラム命令を実行または格納するように特別に配置された、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ、及び半導体不揮発性メモリなどのハードウェアデバイスなどが含まれる。
上記実施形態による半導体検査装置、及び半導体検査方法の効果について説明する。
図１及び図２に示した半導体検査装置１Ａ及び検査方法においては、半導体デバイスＳに対し、パルスレーザ光の照射によって発生するテラヘルツ波などの電磁波を利用して無バイアス状態で検査を行っている。これにより、半導体デバイスＳを非接触で検査することができる。また、半導体デバイスＳの全体を検査光Ｌ１で２次元走査するのではなく、検査範囲設定部７１において、半導体デバイスＳでのＰＮ接合部や配線などの構成を示すレイアウト情報を参照して検査範囲を設定し、その範囲内で検査光Ｌ１による２次元走査を行っている。これにより、検査処理に必要な計測時間を短縮することができる。
また、上記構成では、レイアウト情報を参照して半導体デバイスＳの位置を制御して、検査範囲を光学系の光軸に対して所定位置（例えば光軸上の位置）に配置する。そして、その状態で半導体デバイスＳ及び検査ステージ１０を固定し、半導体デバイスＳに対して固浸レンズ３６を設置するとともに、光学系に設けられた走査手段のガルバノメータスキャナ３０により、固浸レンズ３６を介して、半導体デバイスＳの検査範囲内を検査光Ｌ１によって２次元走査する。さらに、固浸レンズ３６を介して半導体デバイスＳの検査光照射位置から出射されたテラヘルツ波などの電磁波を光伝導素子４０によって検出することで、半導体デバイスＳの検査を行っている。
このように、半導体デバイスＳ上に固浸レンズ３６を設置して検査を行うことにより、検査光照射及び電磁波検出ともに固浸レンズ３６によって位置分解能を向上させて、半導体デバイスＳに含まれるＰＮ接合部や配線等について、より詳細かつ正確に検査を行うことができる。すなわち、半導体検査に固浸レンズ３６を用いることにより、半導体デバイスＳに照射される検査光Ｌ１のスポットサイズを小さくして分解能を向上するとともに、半導体デバイスＳで発生した電磁波の集光効率をも向上することができる。
また、半導体デバイスＳを保持する検査ステージ１０を固定して、光学系側の走査手段によって検査光Ｌ１の２次元走査を行うことが可能な構成とすることにより、半導体デバイスＳに対する固浸レンズ３６の適用と、検査光Ｌ１による半導体デバイスＳの２次元走査とを好適に両立することができる。以上により、上記構成によれば、半導体デバイスＳに対して無バイアス状態での検査を好適に行うことが可能となる。また、上記方法による半導体検査は、非接触での検査であるため、例えば半導体デバイスＳの製造工程の途中においてインラインで検査を実行することが可能である。また、上記のように計測時間を短縮可能であることも、インラインでの検査において有効である。
検査光Ｌ１の２次元走査を行う走査手段については、上記実施形態では、走査手段としてガルバノメータスキャナ３０を用いている。これにより、検査光Ｌ１による半導体デバイスＳの２次元走査を高速かつ精度良く実行することが可能となる。また、この走査手段としては、ガルバノメータスキャナ以外にも、例えばポリゴンミラースキャナなど、具体的には様々な構成を用いて良い。
また、固浸レンズ３６としては、半絶縁性のＧａＰからなる固浸レンズを用いることが好ましい。ＧａＰからなる固浸レンズは、半導体デバイスＳに照射される近赤外光などの検査光Ｌ１、及び半導体デバイスＳで発生するテラヘルツ波などの電磁波の両者に対して高い透過性を有する。したがって、このような固浸レンズによれば、半導体検査を好適に実行することができる。
また、図１に示した構成では、固浸レンズ３６のみでなく、対物レンズ３５についてもテラヘルツ波などの電磁波に対する透過性が求められる。この場合の対物レンズ３５としては、例えば、近赤外光及びテラヘルツ波の両者に対して高い透過性と同等の屈折率を有するシクロオレフィンからなる材料で作製されたレンズを用いることができる。なお、レンズの材質については、上記以外にも様々な材質を用いて良い。例えば、固浸レンズ３６の材質については、上記したＧａＰに限らず、例えば半絶縁性のＧａＡｓ、あるいはダイヤモンドなどの材質を用いることができる。一般には、固浸レンズ３６は、半導体デバイスＳへと照射される検査光と、半導体デバイスＳから出射される電磁波とに対して透過性を有する材質からなることが好ましい。
また、検査範囲設定部７１での半導体デバイスＳに対する検査範囲の設定については、レイアウト情報から抽出された検査対象箇所に基づいて、検査範囲を導出することが好ましい。パルスレーザ光の照射によって発生する電磁波を利用する上記方法では、半導体デバイスＳのレイアウトのうちで主にＰＮ接合部などの内部電界が存在する箇所において電磁波が発生する。したがって、レイアウト情報からそのような箇所を検査対象箇所として抽出して検査範囲を導出することにより、検査範囲を好適に設定することができる。
本発明による半導体検査装置、及び検査方法について、具体的な検査方法の例とともにさらに説明する。図３は、図１及び図２に示した半導体検査装置１Ａを用いて実行される本発明による半導体検査方法の一例を示すフローチャートである。本実施例では、半導体デバイスＳのチップについて、不良箇所が存在しない良品チップでの検査結果と、実際の検査対象となる検査チップでの検査結果とを比較して、検査チップの半導体デバイスＳについての不良診断を行う例を示している。また、図４、図５は、それぞれ良品チップ、検査チップの検査画像の取得方法の一例を示すフローチャートである。
本実施例の検査方法では、まず、検査対象の半導体デバイスＳのレイアウト情報をレイアウト情報処理装置８０に入力する（ステップＳ１０１）。処理装置８０では、入力されたレイアウト情報を参照し、半導体デバイスＳにおける検査候補箇所が抽出される（Ｓ１０２）。ここで、レーザ光照射位置からの電磁波検出による半導体検査では、上述したようにＰＮ接合部や金属半導体界面などの内部電界が存在する箇所で電磁波が発生すると想定されるため、半導体デバイスＳ内のこれらの部位を検査候補箇所として設定することができる。以下においては、ＰＮ接合部を検査候補箇所とする場合を例として説明する。
レイアウト情報処理装置８０で抽出されたＰＮ接合部の情報は、検査制御装置６０へと入力される。図６は、半導体デバイスＳに対する検査候補箇所の抽出の一例を示す図である。検査候補箇所として抽出された複数のＰＮ接合部には、解析処理の便宜のため、それぞれＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３、…などの接合部名（検査候補箇所名）が付される。また、検査制御装置６０に入力されたＰＮ接合部の情報は、必要に応じて表示装置８２に表示される。図６の表示例（ａ）では、半導体デバイスＳのレイアウト全体を示すレイアウト画像１００において、抽出されたＰＮ接合部１０１が表示されている。
このような表示例（ａ）においては、各ＰＮ接合部に付された接合部名を併せて表示しても良い。図６の例では、左上に位置する３個のＰＮ接合部ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３について、接合部名を表示している。また、ＰＮ接合部の表示については、レイアウト画像１００による表示例に限らず、例えば表示例（ｂ）に示すように、抽出されたＰＮ接合部の一覧表１０５によって表示しても良い。この表示例（ｂ）では、ＰＮ接合部の接合部名を表示する接合部名表示部１０６と、各ＰＮ接合部の位置情報等を表示する情報表示部１０７とによって一覧表１０５が構成されている。
次に、検査ステージ１０上に半導体デバイスＳの良品チップを設置し、ＣＣＤカメラ１６によって良品チップの全体のチップ画像を取得するとともに、レイアウト画像とチップ画像との間で位置合わせを行う（Ｓ１０３）。図７及び図８は、半導体デバイスＳのレイアウト画像とチップ画像との位置合わせの一例を示す図である。ここでは、半導体チップ上で離れた３点を選択し、それらの３点のレイアウト画像上での座標と、チップ画像上での座標とを対応付けることで位置合わせを行う方法を示している。
図７は、位置合わせの対象となる半導体デバイスＳの全体のレイアウト画像１１０を示し、図８の画像（ａ）、（ｂ）は、図７のレイアウト画像１１０内で左上に位置する領域１１１についてのレイアウト画像、及びチップ画像の拡大図を示し、図８の画像（ｃ）、（ｄ）は、レイアウト画像１１０内で右上に位置する領域１１２についてのレイアウト画像、及びチップ画像の拡大図を示し、図８の画像（ｅ）、（ｆ）は、レイアウト画像１１０内で右下に位置する領域１１３についてのレイアウト画像、及びチップ画像の拡大図を示している。上記の位置合わせ方法では、例えばこれらの３個の領域１１１〜１１３においてそれぞれ１点ずつを選択することにより、レイアウト画像とチップ画像との位置合わせを行うことができる。
このような位置合わせが行われた状態では、半導体デバイスＳの検査において、ＣＡＤレイアウト上で位置を指定することで、それに対応付けられた検査ステージ１０上の半導体デバイスＳでの位置を指定することができる。なお、この位置合わせの具体的な方法については、上記以外にも様々な方法を用いて良い。そのような方法としては、例えば、図９に示すように、半導体デバイスＳのレイアウトにおいてあらかじめ位置合わせ用に設けられた位置決めマーク１１６〜１１８を用いて位置合わせを行う方法がある。
半導体デバイスＳのレイアウトとチップ画像との位置合わせが終了したら、レイアウト上のＰＮ接合部のうちで実際に検査すべき検査対象箇所を指定し、それに対応する検査範囲を設定する（Ｓ１０４）。具体的には、図１０に示すように、表示例（ａ）のレイアウト画像１２０、または表示例（ｂ）の一覧表１２５において検査すべきＰＮ接合部をクリックする等の操作によって、検査対象箇所とするＰＮ接合部を選択する。検査範囲設定部７１では、この指定された検査対象箇所に基づいて検査範囲が導出される。図１０においては、検査対象箇所として３個所のＰＮ接合部ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３が指定され、それらの検査対象箇所１２１、１２２、１２３に対して、それぞれ検査範囲１２６、１２７、１２８が設定された例を示している。
なお、具体的な検査範囲の設定方法については、上記した方法以外にも様々な方法を用いて良い。例えば、図１１にＰＮ接合部ＰＮ３の検査対象箇所１２３に対する検査範囲１２８の設定例を示すように、図１１（ａ）のように設定部７１で自動的に算出された検査範囲１２８について、図１１（ｂ）のように必要に応じて操作者の手動で範囲を変更する構成としても良い。また、レイアウト情報から抽出された検査候補箇所から検査対象箇所を指定せず、操作者がレイアウト上で自由に検査範囲を設定する構成としても良い。
また、指定した検査対象箇所及び検査範囲について、必要に応じて検査範囲の追加、削減、あるいは変更を行うことが可能な構成としても良い。また、図１２に示すように、レイアウト画像１３０上にある検査候補箇所のＰＮ接合部に対して検査対象範囲１３５を指定することで、範囲１３５内にある全てのＰＮ接合部を一括で検査対象箇所に指定し、そのそれぞれについて検査範囲を設定する構成としても良い。
半導体デバイスＳに対する検査範囲の設定が終了したら、検査ステージ１０上の良品チップに対し、設定された１または複数の検査範囲のそれぞれについて、電磁波放射像及びレーザ反射像を含む検査画像の取得を行う（Ｓ１０５）。図４は、良品チップの検査画像の取得方法の一例を示すフローチャートである。
良品チップの検査画像の取得では、まず、図１３（ａ）に示すように、半導体デバイスＳのレイアウト２００上において検査対象箇所２０１として指定されたＰＮ接合部を含む検査範囲２０６について、検査ステージ制御部６２によって駆動装置１２を介して検査ステージ１０を駆動制御する。そして、図１３（ｂ）に示すように、指定された検査範囲２０６が光学系の光軸上に位置するように良品チップの位置を制御する（Ｓ２０１）。さらに、この検査範囲２０６に対し、図１３（ｂ）に固浸レンズ３６の設置範囲を円２１０によって示すように固浸レンズ３６を位置合わせして、図１に示したように、良品チップ上に光学的に密着した状態で固浸レンズ３６を設置する（Ｓ２０２）。
次に、この状態で検査範囲２０６の中心位置に検査光Ｌ１を照射し、ＰＮ接合部２０１で発生する電磁波の時間波形を取得する（Ｓ２０３）。具体的には、検査ステージ１０上の良品チップに対して検査光Ｌ１を照射し、検査光照射位置で発生するテラヘルツ波などの電磁波を固浸レンズ３６、及び対物レンズ３５を介して光伝導素子４０で検出する。このような電磁波検出を、時間遅延ステージ４２の位置を変えながら行うことで、例えば図１４に示すような電磁波の時間波形が取得される。
続いて、取得された電磁波の時間波形を参照し、電磁波検出を行うために最適な検出タイミングを決定して、そのタイミングに対応する位置に時間遅延ステージ４２を固定する（Ｓ２０４）。この場合の具体的なタイミングの決定方法としては、例えば、図１４のテラヘルツ波の時間波形において、その強度のピーク位置に対応する時間遅延となる位置に遅延ステージ４２を固定する方法がある。また、決定された遅延ステージ４２の位置については、検査制御装置６０において記憶しておく。
遅延ステージ４２を固定したら、検査ステージ１０の位置を再調整し（Ｓ２０５）、検査範囲２０６内で検査光Ｌ１を２次元走査して、電磁波放射像とレーザ反射像とを同時に取得し（Ｓ２０６）、得られた画像を検査制御装置６０に記憶する。ここで、半導体デバイスＳに対する検査光Ｌ１の２次元走査については、例えば図１５（ａ）に示すように、検査範囲２０６内で同一方向の１次元走査を繰り返すことで２次元走査する方法を用いることができる。あるいは、図１５（ｂ）に示すように、検査範囲２０６内で交互に方向を変えて１次元走査を繰り返すことで２次元走査する方法を用いても良い。
また、取得された検査画像を表示装置８２に表示する場合、電磁波放射像、またはレーザ反射像をそれぞれ個別に表示しても良く、あるいは、電磁波放射像及びレーザ反射像の重畳画像（スーパーインポーズ画像）を表示しても良い。
以上によって指定された検査範囲についての画像取得処理を終了したら、全ての検査範囲について画像取得を終了しているかどうかが判断される（Ｓ１０６）。そして、画像取得が終了していない検査範囲があれば、上記の画像取得処理を繰り返して実行する。画像取得を終了していれば、良品チップについての検査処理を終了し、検査チップの検査処理に移行する。なお、検査範囲の画像取得において、前回の画像取得での固浸レンズ３６の設置範囲内で画像取得が可能な他の検査範囲が存在する場合には、そのままの状態で画像取得を行って検査時間を短縮しても良い。
次に、検査ステージ１０上に実際の検査対象となる検査チップを設置し、ＣＣＤカメラ１６によって検査チップの全体のチップ画像を取得するとともに、レイアウト画像とチップ画像との間で位置合わせを行う（Ｓ１０７）。ここでの位置合わせの方法は、ステップＳ１０３に関して上述した良品チップのときの位置合わせの方法と同様である。位置合わせを終了したら、良品チップに対して指定したのと同様の検査範囲について、電磁波放射像及びレーザ反射像を含む検査画像の取得を行う（Ｓ１０８）。図５は、検査チップの検査画像の取得方法の一例を示すフローチャートである。
検査チップの検査画像の取得では、まず、検査ステージ１０を駆動制御し、指定された検査範囲が光学系の光軸上に位置するように検査チップの位置を制御する（Ｓ３０１）。さらに、この検査範囲に対し、固浸レンズ３６を位置合わせして、検査チップ上に光学的に密着した状態で設置する（Ｓ３０２）。また、時間遅延ステージ４２については、良品チップについて決定された遅延ステージ４２の位置に移動して固定する（Ｓ３０３）。
遅延ステージ４２を固定したら、検査ステージ１０の位置を再調整し（Ｓ３０４）、検査範囲内で検査光Ｌ１を２次元走査して、検査チップの電磁波放射像とレーザ反射像とを同時に取得し（Ｓ３０５）、得られた画像を検査制御装置６０に記憶する。
以上によって指定された検査範囲についての画像取得処理を終了したら、検査チップの検査画像データと、良品チップの検査画像データとを比較して、検査チップでの不良の有無についての解析を行う（Ｓ１０９）。続いて、検査チップ及び良品チップを比較した結果、差異があったかどうか（検査チップが良品または不良品のいずれであったか）が判断され（Ｓ１１０）、差異があった場合（検査チップが不良品チップであった場合）には、必要に応じてさらに詳細な不良情報を取得する（Ｓ１１１）。
以上によって指定された検査範囲についての画像取得処理、及び取得された画像を用いた不良解析処理を含む検査処理を終了したら、全ての検査範囲について検査処理を終了しているかどうかが判断される（Ｓ１１２）。そして、検査処理が終了していない検査範囲があれば、上記の処理を繰り返して実行する。検査処理を終了していれば、得られた不良解析結果を表示装置８２に表示して（Ｓ１１３）、その検査チップの検査を終了する。
ここで、ステップＳ１０９での良品チップと検査チップとの比較による不良解析は、例えば電磁波放射像（ＴＨｚ波放射像）における電磁波の検出強度を参照して行われる。図１６は、テラヘルツ波の検出強度による不良解析方法の一例を示す図である。図１６において、図１６（ａ）は、良品チップでの電磁波の２次元及び１次元の強度分布を示し、図１６（ｂ）は、不良品チップでの電磁波の強度分布の第１の例を示し、図１６（ｃ）は、不良品チップでの電磁波の強度分布の第２の例を示している。
図１６では、半導体デバイスＳの不良解析方法の一例として、光伝導素子４０による電磁波の検出強度に対して閾値を適用し、検出強度が閾値によって設定された良品強度範囲の内／外のいずれにあるかによって、半導体デバイスＳの良／不良を判別する方法を用いている。具体的には、図１６（ａ）に示すように、良品チップでの電磁波の検出強度分布を参照し、検査範囲内でのピーク検出強度に対して、下閾値及び上閾値によって良品強度範囲を設定する。
そして、検査チップに対して求められたピーク検出強度が良品強度範囲内にあれば良品チップと判定し、一方、ピーク検出強度が良品強度範囲外にあれば不良品チップと判定する。図１６（ｂ）は、ピーク検出強度が下閾値よりも小さくなった場合の不良品データの例を示し、また、図１６（ｃ）は、ピーク検出強度が上閾値よりも大きくなった場合の不良品データの例を示している。
なお、このような電磁波の検出強度による不良解析においては、上記のように検査範囲内でのピーク検出強度を用いる方法に限らず、例えば検査範囲内での検出強度の平均値、あるいはトータルの検出強度を不良解析に用いる方法など、具体的には様々な方法を用いて良い。また、良品強度範囲の設定については、下閾値及び上閾値のいずれか一方のみを設定しても良い。また、良品チップの検出強度データと、検査チップの検出強度データとの差分をとり、この差分値を用いて不良解析を行う構成としても良い。
また、検査チップが不良品チップであった場合に、ステップＳ１１１で行われる詳細な不良情報の取得の例としては、例えば、断線箇所推定部７３において実行される、半導体デバイスＳの配線での断線箇所の推定処理がある。ここで、非特許文献１によれば、半導体デバイスＳから放射されるテラヘルツ波の信号強度が配線長に依存することが報告されている。このようなテラヘルツ波の信号強度の配線長依存性を利用することにより、配線での断線箇所を推定することが可能である。
具体的には、まず、半導体デバイスＳのレイアウトで検査対象となるＰＮ接合部について、そのＰＮ接合部に接続されている配線の配線長と、ＰＮ接合部から放射される電磁波の検出強度との相関データを、良品チップに対する計測結果から取得する。次に、不良品チップについて対応するＰＮ接合部からの電磁波の検出強度を求め、上記相関データを参照して、ＰＮ接合部と配線との接続部からの配線長を算出する。これにより、その配線における断線箇所を推定することができる。
図１７は、半導体デバイスＳの配線での断線箇所の推定方法の一例を示す図である。この例では、レイアウト２００上のＰＮ接合部２０１に対して２本の配線２２１、２２２が接続されていることに対応して、電磁波の検出強度から求められた配線長に基づいて、それぞれの配線について断線箇所２２６、２２７が推定されている。このようなレイアウト２００をレイアウト画像として表示装置８２に表示することにより、操作者は、推定された断線箇所についての情報を得ることができる。このような不良解析は、例えばオフラインで不良品チップの不良解析（例えば物理解析）を行うなどの場合に有効である。
本発明による半導体検査装置、及び半導体検査方法は、上記した実施形態及び構成例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、光学系に対する半導体デバイスＳの位置の設定、調整を、検査ステージ１０を駆動する構成によって行っているが、このような構成以外にも、例えばステージ１０を固定として光学系側を駆動する構成を用いても良い。
また、半導体デバイスＳからのテラヘルツ波などの電磁波を検出する電磁波検出手段については、上記実施形態では光伝導素子４０を用いているが、電磁波を検出可能な光伝導素子以外の検出手段を用いても良い。また、検査光、プローブ光、及び電磁波に対する光学系の構成についても、図１はその一例を示すものであり、具体的にはこれ以外にも様々な構成を用いて良い。
また、半導体デバイスＳに対する光学系及び固浸レンズの配置について、上記実施形態では半導体デバイスＳに対して下側から検査光の照射、及び電磁波の検出を行う構成を示しているが、このような構成に限られるものではなく、例えば、半導体デバイスに対して上側から検査光の照射、及び電磁波の検出を行う構成としても良い。この場合、固浸レンズは半導体デバイスの上側に設置される。あるいは、半導体デバイスに対して上側、下側の一方から検査光の照射、他方から電磁波の検出を行う構成としても良い。この場合、固浸レンズは半導体デバイスの上側、下側の両方にそれぞれ設置される。
本発明は、半導体デバイスに対して無バイアス状態での検査を好適に行うことが可能な半導体検査装置、及び半導体検査方法として利用可能である。
半導体検査装置の一実施形態の構成を示す図である。 検査制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 半導体検査方法の一例を示すフローチャートである。 良品チップの検査画像の取得方法の一例を示すフローチャートである。 検査チップの検査画像の取得方法の一例を示すフローチャートである。 半導体デバイスに対する検査候補箇所の抽出の一例を示す図である。 レイアウト画像とチップ画像との位置合わせの一例を示す図である。 レイアウト画像とチップ画像との位置合わせの一例を示す図である。 レイアウト画像とチップ画像との位置合わせの他の例を示す図である。 半導体デバイスに対する検査範囲の設定の一例を示す図である。 半導体デバイスに対する検査範囲の設定の他の例を示す図である。 半導体デバイスに対する検査範囲の設定の他の例を示す図である。 半導体デバイスの位置の設定について示す図である。 テラヘルツ波の時間波形の一例を示すグラフである。 検査光による半導体デバイスの２次元走査について示す図である。 テラヘルツ波の検出強度による不良解析方法の一例を示す図である。 半導体デバイスの配線での断線箇所の推定方法の一例を示す図である。
符号の説明
１Ａ…半導体検査装置、Ｓ…半導体デバイス、１０…検査ステージ、１１…開口、１２…検査ステージ駆動装置、１５…照明装置、１６…ＣＣＤカメラ、１７…ハーフミラー、１８…レンズ、
２０…パルスレーザ光源、２１…ＳＨＧ素子、２２…反射ミラー、２３…ハーモニックセパレータ、２４…変調装置、２５…波形発生器、２６…ビームエキスパンダ、２７…波長板、２８…偏光ビームスプリッタ、２９…光ファイバ、３０…ガルバノメータスキャナ、３１…波長板、３２…レンズ、３３…ハーフミラー、３４…ＩＴＯ膜付き光学板、３５…対物レンズ、３６…固浸レンズ、３７…レンズ、
４０…光伝導素子、４１…時間遅延光学系、４２…時間遅延ステージ、４３、４４、４５…反射ミラー、４６…遅延ステージ駆動装置、４７…レンズ、５０…画像取得装置、５１…電流アンプ、５２…ロックインアンプ、
６０…検査制御装置、６１…検査処理制御部、６２…検査ステージ制御部、６３…走査制御部、６４…画像取得制御部、６５…遅延ステージ制御部、７１…検査範囲設定部、７２…不良解析部、７３…断線箇所推定部、８０…レイアウト情報処理装置、８１…入力装置、８２…表示装置。

Claims (15)

  1. 検査対象となる無バイアス状態の半導体デバイスを保持する検査ステージと、
    前記半導体デバイスに対し、パルスレーザ光を検査光として照射するレーザ光源と、
    前記検査光を前記レーザ光源から前記半導体デバイスへと導くとともに、前記検査光の光路を制御して前記半導体デバイスに対して設定された検査範囲内を前記検査光によって２次元走査する走査手段を有する検査光導光光学系と、
    前記半導体デバイス及び前記検査光導光光学系の間に設置され、前記検査光導光光学系からの前記検査光を前記半導体デバイスへと集光しつつ照射する固浸レンズと、
    前記検査光の照射によって前記半導体デバイスで発生し、前記固浸レンズを介して出射された電磁波を検出する電磁波検出手段と、
    前記半導体デバイスの検査を制御する検査制御手段とを備え、
    前記検査制御手段は、
    前記半導体デバイスに対し、そのレイアウト情報を参照して、前記固浸レンズを介して前記検査光によって２次元走査すべき前記検査範囲を設定する検査範囲設定手段と、
    前記半導体デバイスの前記レイアウト情報を参照して、前記検査光導光光学系に対する前記半導体デバイスの位置を制御して、前記検査範囲を光軸に対して所定位置に配置する位置制御手段と、
    前記走査手段を駆動制御して、前記半導体デバイスの前記検査範囲内での前記固浸レンズを介した前記検査光による２次元走査を制御する走査制御手段と
    を有することを特徴とする半導体検査装置。
  2. 前記検査範囲設定手段は、前記半導体デバイスの前記レイアウト情報から抽出された検査対象箇所に基づいて、前記検査範囲を導出することを特徴とする請求項１記載の半導体検査装置。
  3. 前記検査制御手段は、前記電磁波検出手段による前記電磁波の検出結果に基づいて、前記半導体デバイスの不良について解析を行う不良解析手段を有することを特徴とする請求項１または２記載の半導体検査装置。
  4. 前記不良解析手段は、前記電磁波検出手段による前記電磁波の検出強度に対して閾値を適用し、前記検出強度が前記閾値によって設定された良品強度範囲の内／外のいずれにあるかによって、前記半導体デバイスの良／不良を判別することを特徴とする請求項３記載の半導体検査装置。
  5. 前記不良解析手段は、前記半導体デバイスの不良として、前記半導体デバイスに含まれる配線での断線の有無を判別することを特徴とする請求項３または４記載の半導体検査装置。
  6. 前記検査制御手段は、前記半導体デバイスの前記レイアウト情報、及び前記不良解析手段での解析結果に基づいて、前記半導体デバイスに含まれる配線での断線箇所を推定する断線箇所推定手段を有することを特徴とする請求項５記載の半導体検査装置。
  7. 前記走査手段は、前記検査光の光路を制御するためのガルバノメータスキャナを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の半導体検査装置。
  8. 前記固浸レンズは、前記半導体デバイスへと照射される前記検査光と、前記半導体デバイスから出射される前記電磁波とに対して透過性を有する材質からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の半導体検査装置。
  9. 前記固浸レンズは、ＧａＰ（ガリウム燐）からなることを特徴とする請求項８記載の半導体検査装置。
  10. 検査対象となる無バイアス状態の半導体デバイスを保持する検査ステージと、
    前記半導体デバイスに対し、パルスレーザ光を検査光として照射するレーザ光源と、
    前記検査光を前記レーザ光源から前記半導体デバイスへと導くとともに、前記検査光の光路を制御して前記半導体デバイスに対して設定された検査範囲内を前記検査光によって２次元走査する走査手段を有する検査光導光光学系と、
    前記半導体デバイス及び前記検査光導光光学系の間に設置され、前記検査光導光光学系からの前記検査光を前記半導体デバイスへと集光しつつ照射する固浸レンズと、
    前記検査光の照射によって前記半導体デバイスで発生し、前記固浸レンズを介して出射された電磁波を検出する電磁波検出手段とを備える半導体検査装置を用い、
    前記半導体デバイスに対し、そのレイアウト情報を参照して、前記固浸レンズを介して前記検査光によって２次元走査すべき前記検査範囲を設定する検査範囲設定ステップと、
    前記半導体デバイスの前記レイアウト情報を参照して、前記検査光導光光学系に対する前記半導体デバイスの位置を制御して、前記検査範囲を光軸に対して所定位置に配置する位置制御ステップと、
    前記走査手段を駆動制御して、前記半導体デバイスの前記検査範囲内での前記固浸レンズを介した前記検査光による２次元走査を制御する走査制御ステップと
    を備えることを特徴とする半導体検査方法。
  11. 前記検査範囲設定ステップは、前記半導体デバイスの前記レイアウト情報から抽出された検査対象箇所に基づいて、前記検査範囲を導出することを特徴とする請求項１０記載の半導体検査方法。
  12. 前記電磁波検出手段による前記電磁波の検出結果に基づいて、前記半導体デバイスの不良について解析を行う不良解析ステップを備えることを特徴とする請求項１０または１１記載の半導体検査方法。
  13. 前記不良解析ステップは、前記電磁波検出手段による前記電磁波の検出強度に対して閾値を適用し、前記検出強度が前記閾値によって設定された良品強度範囲の内／外のいずれにあるかによって、前記半導体デバイスの良／不良を判別することを特徴とする請求項１２記載の半導体検査方法。
  14. 前記不良解析ステップは、前記半導体デバイスの不良として、前記半導体デバイスに含まれる配線での断線の有無を判別することを特徴とする請求項１２または１３記載の半導体検査方法。
  15. 前記半導体デバイスの前記レイアウト情報、及び前記不良解析ステップでの解析結果に基づいて、前記半導体デバイスに含まれる配線での断線箇所を推定する断線箇所推定ステップを備えることを特徴とする請求項１４記載の半導体検査方法。
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