JP2011080960A - Semiconductor inspection device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor inspection device with high spatial resolution which can shorten the time required to inspection and identifying abnormal places of the semiconductor device with a simple constitution. <P>SOLUTION: The semiconductor inspection device 1A includes: a stress applying device 22 applying stress voltage Vs to a terminal electrode of a DUT 17; a light source 11 emitting light of wavelength transmitting a silicon substrate 17a; an interference optical system irradiating light received from the light source 11 to the silicon substrate 17a to form an interference figure of light transmitted the silicon substrate 17a; an IR camera 19 imaging the interference figure to form the data imaged; and an operation part 21 calculating information for identifying exothermic parts of the DUT 17 as a failure generation part based on the data imaged. A temporal waveform of the stress voltage Vs is an iterative waveform with a constant period and the temporal waveform assuming temporal variation of optical distance as a sinusoidal undulance inside the silicon substrate 17a due to exothermic heat of the DUT 17. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、半導体検査装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor inspection apparatus.

半導体検査装置には、被検査デバイス(DUT:Device Under Test)における数マイクロメートルやサブミクロンといった極めて小さな異常発生箇所を短時間で特定することが求められる。DUTの異常発生箇所を特定する一つの方法として、サーマルロックイン計測法がある。この方法では、DUTの異常に伴う電流集中による発熱から生じる輻射熱を、赤外線カメラ(例えばInSbカメラなど)によって撮影する。しかし、このような輻射熱の波長は3.5[μm]〜5.2[μm]と長く、近年の半導体デバイスの微細化に伴って高い空間解像度が要求されるなか、サーマルロックイン計測法の空間解像度は輻射熱の波長の半分程度(1[μm]〜2[μm])に抑えられてしまう。   A semiconductor inspection apparatus is required to identify an extremely small abnormality occurrence location such as several micrometers or a submicron in a device under test (DUT) in a short time. There is a thermal lock-in measurement method as one method for specifying a DUT abnormality occurrence location. In this method, radiant heat generated from heat generation due to current concentration accompanying abnormality of the DUT is captured by an infrared camera (for example, an InSb camera). However, the wavelength of such radiant heat is as long as 3.5 [μm] to 5.2 [μm], and a high spatial resolution is required with the recent miniaturization of semiconductor devices. The spatial resolution is suppressed to about half the wavelength of radiant heat (1 [μm] to 2 [μm]).

一方、基板の材料(例えばシリコン)を透過する波長の光(例えば波長1.3[μm]の光)をDUTに照射すると、異常発生箇所の発熱に伴う基板の膨張や屈折率変化等といった光学的距離の変化により、異常発生箇所からの反射光は正常箇所からの反射光に対し位相遅れを生じる。この位相遅れを光干渉計測技術を使用して高精度で計測することにより、発熱箇所(異常発生箇所)の特定だけでなく、その現象をリアルタイムで観察できる。   On the other hand, when the DUT is irradiated with light having a wavelength that passes through the substrate material (for example, silicon) (for example, light having a wavelength of 1.3 [μm]), optical properties such as expansion of the substrate and a change in refractive index due to heat generation at the location where an abnormality has occurred. Due to the change in the target distance, the reflected light from the abnormal location causes a phase lag with respect to the reflected light from the normal location. By measuring this phase delay with high accuracy using optical interference measurement technology, not only the location of the heat generation (abnormality occurrence location) but also the phenomenon can be observed in real time.

しかし、基板における光学的距離の変化を光干渉計を用いて計測する方式では、光干渉計における参照光及びサンプル光の位相差と、DUTに印加される電圧波形に対する熱膨張波形の位相遅れとが混信することが問題となる。この混信を回避する方法として、非特許文献1では、0次元計測(ポイントセンシング)において参照光及びサンプル光の光路長差または電気信号の位相を予め調節して、光位相差をゼロまたはπ/2とする方式を採用している。   However, in the method of measuring the change in the optical distance on the substrate using the optical interferometer, the phase difference between the reference light and the sample light in the optical interferometer and the phase lag of the thermal expansion waveform with respect to the voltage waveform applied to the DUT Is a problem. As a method for avoiding this interference, in Non-Patent Document 1, in the zero-dimensional measurement (point sensing), the optical path length difference between the reference light and the sample light or the phase of the electrical signal is adjusted in advance, so that the optical phase difference is zero or π / 2 is adopted.

また、DUTの異常発生箇所を特定するためには、DUTをワンポイントではなく二次元的に検査する必要がある。非特許文献2では、非特許文献1に示されたワンポイントセンシングの機構において、DUTをXYステージ上に載置し、二次元的に光を走査する方法が提案されている。   In addition, in order to specify a DUT abnormality occurrence location, it is necessary to inspect the DUT two-dimensionally instead of one point. Non-Patent Document 2 proposes a method of two-dimensionally scanning light by placing a DUT on an XY stage in the one-point sensing mechanism shown in Non-Patent Document 1.

また、特許文献1には、光エネルギーが熱エネルギーに変換される光熱変位効果を利用して、正弦波状に強度変調された光をDUTの測定しようとする箇所に照射して当該箇所の温度を上昇させ、そのときの熱膨張波形の振幅及び位相を、光干渉計にて同期検波して求める方法が述べられている。   Further, Patent Document 1 uses a photothermal displacement effect in which light energy is converted into heat energy, and irradiates a portion of the DUT where light whose intensity is modulated in a sine wave shape is to be measured, and sets the temperature of the portion. A method is described in which the amplitude and phase of the thermal expansion waveform at that time are obtained by synchronous detection with an optical interferometer.

また、特許文献2に記載された方法は、マイケルソン型干渉顕微鏡を用い、10ナノ秒ないし500ナノ秒、或いはそれ以上の長いストレスパルスをDUTに与え、ストレスパルス印加時及びストレスパルス印加後といった二つの異なる状態での干渉像を取得し、差分画像を作成することで、発熱箇所を特定しようとするものである。   The method described in Patent Document 2 uses a Michelson-type interference microscope, applies a long stress pulse of 10 nanoseconds to 500 nanoseconds or more to the DUT, and applies the stress pulse and after the stress pulse is applied. By acquiring interference images in two different states and creating a difference image, a heat generation location is to be specified.

また、非特許文献3に記載された方法は、特許文献2に記載された方法を改良したものであり、音響光学素子(AOM:Acoustic-Optical Modulator)を用いて光をパルス状に変調し、光位相を近似にて推定している。   Further, the method described in Non-Patent Document 3 is an improvement of the method described in Patent Document 2, and modulates light in a pulse form using an acousto-optic device (AOM: Acoustic-Optical Modulator). The optical phase is estimated by approximation.

特許第3203936号公報Japanese Patent No. 3203936 米国特許出願公開第2005/0036151号明細書US Patent Application Publication No. 2005/0036151

M.Goldstein, “Heterodyn interferometer for the detection of electricand thermal signals in integrated circuits through the substrate”, Review ofScientific Instruments, American Institute of Physics, 64(10), pp.3009-3013(1993)M. Goldstein, “Heterodyn interferometer for the detection of electric and thermal signals in integrated circuits through the substrate”, Review of Scientific Instruments, American Institute of Physics, 64 (10), pp. 3009-3013 (1993) C. Furbock, “Thermal and free carrier concentration mapping during ESDevent in Smart Power ESD protection devices using an inproved laserinterferometric technique”, Microelectronics Reliability, elsevier, 40,pp.1365-1370 (2000)C. Furbock, “Thermal and free carrier concentration mapping during ESDevent in Smart Power ESD protection devices using an inproved laserinterferometric technique”, Microelectronics Reliability, elsevier, 40, pp.1365-1370 (2000) V.Dubec, “Backside interferometric methods for localization ofESD-induced leakage current and metal shorts”, Microelectronics Reliability,elsevier, 47, pp.1549-1554 (2007)V.Dubec, “Backside interferometric methods for localization of ESD-induced leakage current and metal shorts”, Microelectronics Reliability, elsevier, 47, pp.1549-1554 (2007)

しかしながら、非特許文献1に記載された方法はワンポイントセンシングに限られ、半導体デバイスの異常検出といった或る領域内での二次元計測には適用し難い。非特許文献2に記載された方式を用いれば非特許文献1に記載された方法を二次元計測に応用できるが、光位相φを0またはπ/2に保持する為に、DUT自身をXYステージに乗せ走査するため測定時間が長くなり、装置構成も複雑になってしまう。また、照射光を走査する方法としてガルバノミラー等の走査機構を設ける方法が考えられるが、光干渉計における参照光及びサンプル光の位相差と、DUTに印加される電圧波形に対する熱膨張波形の位相遅れとの混信を防ぐために、予め、全ての測定領域における位相差を予め測定しておくか、或いは所定の値に調整しておく必要がある。したがって、半導体デバイスの異常検出に手間と時間とを要してしまう。   However, the method described in Non-Patent Document 1 is limited to one-point sensing, and is difficult to apply to two-dimensional measurement in a certain area such as abnormality detection of a semiconductor device. If the method described in Non-Patent Document 2 is used, the method described in Non-Patent Document 1 can be applied to two-dimensional measurement. However, in order to maintain the optical phase φ at 0 or π / 2, the DUT itself is used as an XY stage. Since the scanning is carried on, the measurement time becomes long and the apparatus configuration becomes complicated. As a method for scanning the irradiation light, a method of providing a scanning mechanism such as a galvanometer mirror is conceivable. However, the phase difference between the reference light and the sample light in the optical interferometer and the phase of the thermal expansion waveform with respect to the voltage waveform applied to the DUT. In order to prevent interference with delay, it is necessary to measure phase differences in all measurement regions in advance or adjust them to a predetermined value. Therefore, it takes time and labor to detect the abnormality of the semiconductor device.

また、特許文献1には、正弦波状に強度変調された光をDUTに照射し、DUTにおける熱膨張もこの光と等しい周波数にて正弦波変調されるので、ロックインアンプを用いて上記周波数にて同期検波することにより、干渉像から熱膨張波形の振幅Aと位相遅れΦを直接計測できることが開示されている。しかし、DUTへの照射光に加えて励起光を必要とするため、構造が複雑となる。また、試料の光学的距離変化と比べ、温度に対する感度が小さい熱伝導率及び線膨張係数の温度変化を熱膨張変位量として検出しているため、検出される温度変化の精度が±10℃とあまり高くなく、半導体デバイスの異常箇所を特定することは難しいと考えられる。   Further, in Patent Document 1, light that is intensity-modulated in a sine wave shape is irradiated onto the DUT, and thermal expansion in the DUT is also sinusoidally modulated at the same frequency as this light. It is disclosed that the amplitude A and the phase delay Φ of the thermal expansion waveform can be directly measured from the interference image by performing synchronous detection. However, since the excitation light is required in addition to the irradiation light to the DUT, the structure becomes complicated. In addition, since the temperature change of the thermal conductivity and the linear expansion coefficient, which is less sensitive to temperature than the optical distance change of the sample, is detected as the amount of thermal expansion displacement, the accuracy of the detected temperature change is ± 10 ° C. It is not so expensive and it is considered difficult to identify an abnormal part of a semiconductor device.

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、高い空間解像度を有しており、検査に要する時間を短くでき、且つ簡易な構成によって半導体デバイスの異常箇所を特定可能な半導体検査装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, has a high spatial resolution, can reduce the time required for inspection, and can identify an abnormal portion of a semiconductor device with a simple configuration. An object is to provide an apparatus.

上記した課題を解決するために、本発明による半導体検査装置は、基板を有する被検査デバイスの異常発生箇所を特定するための半導体検査装置であって、被検査デバイスの端子電極にストレス電圧を印加するストレス印加手段と、基板を透過する波長の光を発生する光源と、光源から提供された光を基板に照射し、基板を透過した光に関する干渉像を生成する干渉光学系と、干渉像を撮像して撮像データを生成する撮像手段と、撮像データに基づいて、異常発生箇所としての被検査デバイスの発熱箇所を特定するための情報を演算する演算手段とを備える。この半導体検査装置は、ストレス電圧の時間波形が、一定周期の繰り返し波形であって、被検査デバイスの発熱による基板内部の光学的距離の時間変化を正弦波状とする時間波形であることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a semiconductor inspection apparatus according to the present invention is a semiconductor inspection apparatus for specifying an abnormality occurrence location of a device under test having a substrate, and applies a stress voltage to a terminal electrode of the device under inspection. A stress applying means, a light source that generates light having a wavelength that passes through the substrate, an interference optical system that irradiates the substrate with light provided from the light source, and generates an interference image related to the light transmitted through the substrate, and an interference image. An imaging unit that captures an image and generates imaging data, and an arithmetic unit that calculates information for specifying a heat generation location of the device to be inspected as an abnormality occurrence location based on the imaging data. In this semiconductor inspection apparatus, the time waveform of the stress voltage is a repetitive waveform of a constant period, and the time waveform is a time waveform in which the time change of the optical distance inside the substrate due to heat generation of the device under test is sinusoidal. To do.

また、半導体検査装置は、演算手段が、干渉像に含まれる基板を透過した光の位相遅れの分布を、被検査デバイスの発熱箇所を特定するための情報として算出することを特徴としてもよい。   The semiconductor inspection apparatus may be characterized in that the calculation means calculates the distribution of the phase delay of the light transmitted through the substrate included in the interference image as information for specifying the heat generation location of the device to be inspected.

また、半導体検査装置は、ストレス電圧の時間波形が正弦波状であることを特徴としてもよい。   The semiconductor inspection apparatus may be characterized in that the time waveform of the stress voltage is sinusoidal.

また、半導体検査装置は、ストレス電圧の時間波形が、一定周期の基本波に高調波が重畳された波形であることを特徴としてもよい。この場合、ストレス電圧の時間波形は、一定周期で繰り返される矩形波であってもよい。   The semiconductor inspection apparatus may be characterized in that the time waveform of the stress voltage is a waveform in which a harmonic is superimposed on a fundamental wave having a constant period. In this case, the time waveform of the stress voltage may be a rectangular wave repeated at a constant period.

また、半導体検査装置は、被検査デバイスの端子電極が電源端子であることを特徴としてもよい。この場合、ストレス印加手段は、被検査デバイスの信号端子に通常動作時の信号を入力してもよい。   Further, the semiconductor inspection apparatus may be characterized in that the terminal electrode of the device under test is a power supply terminal. In this case, the stress applying means may input a signal during normal operation to the signal terminal of the device under test.

また、半導体検査装置は、被検査デバイスの端子電極が信号端子であることを特徴としてもよい。この場合、ストレス印加手段は、被検査デバイスの電源端子に通常動作時の電源電圧を供給してもよい。   The semiconductor inspection apparatus may be characterized in that the terminal electrode of the device under test is a signal terminal. In this case, the stress applying means may supply a power supply voltage during normal operation to the power supply terminal of the device under test.

また、半導体検査装置は、視野を移動させながら複数回の撮像を行うための機構を更に備え、演算手段は、複数回の撮像により得られた複数の撮像データを相互に繋ぎ合わせて演算を行うことを特徴としてもよい。   The semiconductor inspection apparatus further includes a mechanism for performing imaging a plurality of times while moving the visual field, and the computing means performs computation by connecting a plurality of imaging data obtained by the imaging a plurality of times. This may be a feature.

本発明によれば、高い空間解像度を有しており、検査に要する時間を短縮でき、簡易な構成によって半導体デバイスの異常箇所を特定可能な半導体検査装置を実現できる。   According to the present invention, it is possible to realize a semiconductor inspection apparatus that has a high spatial resolution, can reduce the time required for inspection, and can identify an abnormal portion of a semiconductor device with a simple configuration.

本発明の第1実施形態に係る半導体検査装置1Aの構成を示す図である。It is a figure showing composition of semiconductor inspection device 1A concerning a 1st embodiment of the present invention. 半導体検査装置1Aの被検査デバイス(DUT)17付近の構造を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the structure of the to-be-inspected device (DUT) 17 vicinity of 1 A of semiconductor inspection apparatuses. 半導体検査装置1AがDUT17の微細な発熱箇所を検知する際の原理を説明するための図である。4 is a diagram for explaining the principle when the semiconductor inspection apparatus 1A detects a minute heat generation point of the DUT 17. FIG. ビームスプリッタBS、ミラーM、およびカメラCからなる干渉計を示す図である。2 is a diagram showing an interferometer including a beam splitter BS, a mirror M, and a camera C. FIG. 図4のカメラCにおける撮像データの一例である。It is an example of the imaging data in the camera C of FIG. シリコン厚さdが400[μm]である場合における、発熱点直下での熱周波数応答曲線である。It is a thermal frequency response curve just under the exothermic point when the silicon thickness d is 400 [μm]. 基準信号SP1(図7(a))、IRカメラ19のトリガ信号(図7(b))、ストレス印加装置22のトリガ信号(図7(c))、およびシリコン基板17aの熱膨張波形(図7(d))の関係を示すタイミングチャートである。Reference signal SP1 (FIG. 7A), trigger signal of IR camera 19 (FIG. 7B), trigger signal of stress applying device 22 (FIG. 7C), and thermal expansion waveform of silicon substrate 17a (FIG. 7). 7 (d)) is a timing chart showing the relationship. 基本波のフーリエ係数aの分布の例を示す図であり、式(7)の演算結果を示している。It is a diagram showing an example of the distribution of the Fourier coefficients a 1 of the fundamental wave shows the calculation result of equation (7). 基本波のフーリエ係数bの分布の例を示す図であり、式(8)の演算結果を示している。It is a diagram showing an example of the distribution of the Fourier coefficients b 1 of the fundamental wave shows the calculation result of equation (8). (a)フーリエ係数a,bから算出された熱位相Φの分布の例を示す図であり、式(9)の演算結果を示している。(b)(a)の一部を拡大した図である。(A) is a diagram showing an example of the distribution of the Fourier coefficients a 1, b 1 thermal phase Φ calculated from, shows the calculation result of Equation (9). (B) It is the figure which expanded a part of (a). 図8、図9、および図10に示した実施例において、式(14)によって求めた熱振幅Aの分布の例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a distribution of thermal amplitude A obtained by Expression (14) in the examples illustrated in FIGS. 8, 9, and 10. 従来のワンポイント計測法(光ヘテロダイン干渉法)や位相シフト法を用いた半導体検査装置100の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the semiconductor inspection apparatus 100 using the conventional one point measurement method (optical heterodyne interferometry) and a phase shift method. 半導体検査装置1Aの構成を簡略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows simply the structure of 1 A of semiconductor inspection apparatuses. 本発明の第2実施形態に係る半導体検査装置1Bの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the semiconductor inspection apparatus 1B which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る半導体検査装置1Cの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 1C of semiconductor inspection apparatuses which concern on 3rd Embodiment of this invention.

以下、添付図面を参照しながら本発明による半導体検査装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、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。   Embodiments of a semiconductor inspection apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体検査装置1Aの構成を示す図である。また、図2は、半導体検査装置1AのDUT17付近の構造を拡大して示す断面図である。本実施形態の半導体検査装置1Aは、検査対象であるDUT17の微細な発熱箇所を検知することにより、DUT17の異常発生箇所を特定するための装置である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a semiconductor inspection apparatus 1A according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the structure near the DUT 17 of the semiconductor inspection apparatus 1A. The semiconductor inspection apparatus 1A according to the present embodiment is an apparatus for identifying an abnormality occurrence location of the DUT 17 by detecting a minute heat generation location of the DUT 17 to be inspected.

DUT17は、図2に示すように、シリコン基板17aと、シリコン基板17aの下面に設けられた回路層17bと、シリコン基板17a及び回路層17bを覆う樹脂モールド17cとを備える。本来、シリコン基板17a及び回路層17bは樹脂モールド17cによって完全に覆われているが、このDUT17では、検査のためシリコン基板17aの上面が露出するように樹脂モールド17cの一部が除去されている。尚、回路層17bは、半導体回路が形成されていてシリコン基板17aに温度変化を与えるものである。   As shown in FIG. 2, the DUT 17 includes a silicon substrate 17a, a circuit layer 17b provided on the lower surface of the silicon substrate 17a, and a resin mold 17c that covers the silicon substrate 17a and the circuit layer 17b. Originally, the silicon substrate 17a and the circuit layer 17b are completely covered with the resin mold 17c, but in this DUT 17, a part of the resin mold 17c is removed so that the upper surface of the silicon substrate 17a is exposed for inspection. . The circuit layer 17b is formed with a semiconductor circuit and gives a temperature change to the silicon substrate 17a.

ここで、図3は、半導体検査装置1AがDUT17の微細な発熱箇所を検知する際の原理を説明するための図である。図3(a)に示すように、DUT17のシリコン基板17aの光学的厚さは、基板厚さをL、屈折率nを用いてnLと表される。なお、シリコンの屈折率nは3.5である。このシリコン基板17aの温度がT[K]上昇した場合、図3(b)に示すように、シリコン基板17aの光学的厚さは(nL+ΔnTL+αLTn)に変化する。Δnは温度変化に対する屈折率変化係数であり、シリコンの場合5×10−5[K−1]である。αは温度変化による線膨張率であり、シリコンの場合3.5×10−6[K−1]である。 Here, FIG. 3 is a diagram for explaining the principle when the semiconductor inspection apparatus 1 </ b> A detects a minute heat generation location of the DUT 17. As shown in FIG. 3A, the optical thickness of the silicon substrate 17a of the DUT 17 is expressed as nL using the substrate thickness as L and the refractive index n. Note that the refractive index n of silicon is 3.5. When the temperature of the silicon substrate 17a rises by T [K], the optical thickness of the silicon substrate 17a changes to (nL + ΔnTL + αLTn) as shown in FIG. 3B. Δn is a refractive index change coefficient with respect to temperature change, and in the case of silicon, it is 5 × 10 −5 [K −1 ]. α is a linear expansion coefficient due to temperature change, and in the case of silicon, it is 3.5 × 10 −6 [K −1 ].

そこで、シリコン基板17aを透過する波長の光(例えば波長1.3[μm]の光)をDUT17に照射すると、発熱に伴うシリコン基板17aの膨張や屈折率変化等により、発熱箇所からの反射光は正常箇所または発熱現象が起こる前の状態からの反射光に対し位相遅れを生じる。したがって、図4に示すように、ビームスプリッタBS、ミラーM、およびカメラCからなる干渉計を構成し、シリコン基板17aを透過する波長の光Laをこの干渉計に入射すると、この位相遅れに起因する干渉縞変化を観察することができる。図5はカメラCにおける撮像データの一例であり、干渉縞の位相が本来の位相(図中のラインPH1)から部分的に遅れていることがわかる(図中のラインPH2)。なお、シリコン基板17aの厚さが400[μm]である場合、温度変化1[K]あたりのシリコン基板17a光学的厚さの変化量は75[nm/K]であり、したがって、反射光同士の干渉を計測する図4に示す干渉計では、往復光路分の150[nm/K]となる。光の波長が1.3[μm]である場合、干渉縞の明から明の間隔の1/9、すなわち40°の位相遅れを生じる。   Therefore, when the DUT 17 is irradiated with light having a wavelength that passes through the silicon substrate 17a (for example, light having a wavelength of 1.3 [μm]), the reflected light from the heat generation point is caused by expansion of the silicon substrate 17a accompanying the heat generation or change in refractive index. Causes a phase lag with respect to the reflected light from a normal location or a state before a heat generation phenomenon occurs. Therefore, as shown in FIG. 4, when an interferometer including a beam splitter BS, a mirror M, and a camera C is configured and light La having a wavelength that passes through the silicon substrate 17a is incident on the interferometer, the interferometer is caused by this phase delay. Interference fringe changes can be observed. FIG. 5 shows an example of imaging data in the camera C, and it can be seen that the phase of the interference fringes is partially delayed from the original phase (line PH1 in the figure) (line PH2 in the figure). When the thickness of the silicon substrate 17a is 400 [μm], the amount of change in the optical thickness of the silicon substrate 17a per 1 [K] of temperature change is 75 [nm / K]. In the interferometer shown in FIG. 4 that measures the interference, the distance is 150 [nm / K] for the round-trip optical path. When the wavelength of light is 1.3 [μm], a phase delay of 1/9 of the bright-to-bright interval of the interference fringes, that is, 40 ° occurs.

半導体検査装置1Aは、シリコン基板17aを透過する波長の光をDUT17に照射し、この位相遅れを光干渉計測技術を使用して高精度で計測することにより、発熱に伴うシリコン基板17aの膨張や屈折率変化等を検知して、発熱箇所を特定する。   The semiconductor inspection apparatus 1A irradiates the DUT 17 with light having a wavelength that passes through the silicon substrate 17a, and measures the phase lag with high accuracy using an optical interference measurement technique. Detecting a change in refractive index, etc., and specifying a heat generation location.

上述した発熱箇所の検知を正確に行う為に、本実施形態の半導体検査装置1Aは、マイケルソン干渉計において分岐された二つの光路の双方に対物レンズを配置した、リニック(Linnik)型干渉計を基本にした装置構成となっている。図1に示すように、半導体検査装置1Aは、低コヒーレンス光源11、レンズ12a及び12b、ビームスプリッタ13、対物レンズ14、ミラー15、対物レンズ16、IRカメラ19、及びフレームメモリ20を備える。   In order to accurately detect the heat generation point described above, the semiconductor inspection apparatus 1A according to the present embodiment is a Linnik interferometer in which an objective lens is disposed on both of two optical paths branched in the Michelson interferometer. The device configuration is based on the above. As shown in FIG. 1, the semiconductor inspection apparatus 1A includes a low coherence light source 11, lenses 12a and 12b, a beam splitter 13, an objective lens 14, a mirror 15, an objective lens 16, an IR camera 19, and a frame memory 20.

低コヒーレンス光源11は、いわゆるスーパールミネッセンス・ダイオード(SLD)を含んで構成されており、DUT17のシリコン基板17aを透過する波長を含む光、例えば中心波長1.3[μm]、波長幅20[nm]の光束L1を出力する。低コヒーレンス光源11としては、例えばファイバーラボ(FiberLab)社製型番SLD−131−04(中心波長1.3[μm]、波長半値幅20[nm]、最大パワー4[mW])といったファイバ出力タイプの光源を使用することができる。光源としてSLDを使用する理由は、その可干渉距離を利用して、シリコン基板17aの上面からの反射光と、シリコン基板17aの内部を通って下面において反射した光とを好適に区別することができるからである。   The low-coherence light source 11 includes a so-called super luminescence diode (SLD), and includes light including a wavelength that passes through the silicon substrate 17a of the DUT 17, for example, a center wavelength of 1.3 [μm] and a wavelength width of 20 [nm. ] Is output. As the low-coherence light source 11, for example, a fiber output type manufactured by FiberLab, such as model number SLD-131-04 (center wavelength 1.3 [μm], wavelength half width 20 [nm], maximum power 4 [mW]) Can be used. The reason why the SLD is used as the light source is to suitably distinguish the reflected light from the upper surface of the silicon substrate 17a and the light reflected from the lower surface through the inside of the silicon substrate 17a by using the coherence distance. Because it can.

レンズ12a及び12b、ビームスプリッタ13、対物レンズ14、ミラー15、及び対物レンズ16は、低コヒーレンス光源11から提供された光束L1をシリコン基板17aに照射し、シリコン基板17aを透過した光に関する干渉像を生成するための干渉光学系を構成する。   The lenses 12a and 12b, the beam splitter 13, the objective lens 14, the mirror 15, and the objective lens 16 irradiate the silicon substrate 17a with the light beam L1 provided from the low-coherence light source 11, and the interference image related to the light transmitted through the silicon substrate 17a. An interference optical system for generating

レンズ12aは、低コヒーレンス光源11と光学的に結合されており、低コヒーレンス光源11の光ファイバ出力端から出射された光束L1をコリメートする。レンズ12bは、レンズ12aを通過した光束L1を集光する。ビームスプリッタ13は、レンズ12a及び12bを介して低コヒーレンス光源11と光学的に結合されており、レンズ12a,12bを通過した光束L1を二つの光束L2(参照光)及びL3(サンプル光)に分岐する。対物レンズ14は、ビームスプリッタ13の一方の反射面とミラー15との間に配置されており、ビームスプリッタ13から分岐された一方の光束L2(参照光)の焦点をミラー15の表面に合わせる。対物レンズ14の拡大倍率は、例えば5倍である。ミラー15は、光束L2(参照光)を反射して再びビームスプリッタ13へ戻す。   The lens 12 a is optically coupled to the low coherence light source 11 and collimates the light beam L <b> 1 emitted from the optical fiber output end of the low coherence light source 11. The lens 12b condenses the light beam L1 that has passed through the lens 12a. The beam splitter 13 is optically coupled to the low coherence light source 11 via lenses 12a and 12b, and the light beam L1 that has passed through the lenses 12a and 12b is converted into two light beams L2 (reference light) and L3 (sample light). Branch. The objective lens 14 is disposed between one reflecting surface of the beam splitter 13 and the mirror 15, and focuses one light beam L <b> 2 (reference light) branched from the beam splitter 13 on the surface of the mirror 15. The magnification of the objective lens 14 is, for example, 5 times. The mirror 15 reflects the light beam L2 (reference light) and returns it to the beam splitter 13 again.

対物レンズ16は、ビームスプリッタ13の他方の反射面とDUT17との間に配置されており、ビームスプリッタ13から分岐された他方の光束L3(サンプル光)の焦点をDUT17のシリコン基板17aと回路層17bとの界面に合わせる。対物レンズ16の拡大倍率は例えば5倍であり、対物レンズ14の拡大倍率と等しい。DUT17に達した光束L3は、シリコン基板17aを透過し、シリコン基板17aと回路層17bとの界面にて反射したのち、再びビームスプリッタ13へ戻り、光束L2の戻り光と合波されて干渉像を構成する。   The objective lens 16 is disposed between the other reflecting surface of the beam splitter 13 and the DUT 17, and focuses the other light beam L3 (sample light) branched from the beam splitter 13 on the silicon substrate 17a of the DUT 17 and the circuit layer. Match with the interface with 17b. The magnification of the objective lens 16 is, for example, 5 times, and is equal to the magnification of the objective lens 14. The light beam L3 that reaches the DUT 17 passes through the silicon substrate 17a, is reflected at the interface between the silicon substrate 17a and the circuit layer 17b, returns to the beam splitter 13 again, and is combined with the return light of the light beam L2 to be an interference image. Configure.

IRカメラ19は、本実施形態における撮像手段であり、低コヒーレンス光源11の出力波長である1.3[μm]付近の波長域に感度を有する撮像素子を内蔵している。IRカメラ19は、レンズ18を介してビームスプリッタ13と光学的に結合されており、光束L2の戻り光と光束L3の戻り光とが合波されてなる合波光L4を撮像する。レンズ18は、IRカメラ19の撮像素子面に合波光L4(干渉像)を結像する。すなわち、レンズ18は、光束L3の戻り光に含まれる回路層17bのパターン像と、光束L2の戻り光に含まれるミラー15の像とを、IRカメラ19の撮像素子面に結像する。これにより、必然的に、回路層17bにおいて反射された光束L3(サンプル光)と、ミラー15において反射された光束L2(参照光)とにより形成される、合波光L4(干渉像)の干渉縞のコントラストが最大となる。   The IR camera 19 is an image pickup unit in the present embodiment, and includes an image pickup device having sensitivity in a wavelength region near 1.3 [μm] that is an output wavelength of the low coherence light source 11. The IR camera 19 is optically coupled to the beam splitter 13 via the lens 18, and images the combined light L4 obtained by combining the return light of the light beam L2 and the return light of the light beam L3. The lens 18 forms the combined light L4 (interference image) on the imaging device surface of the IR camera 19. That is, the lens 18 forms the pattern image of the circuit layer 17b included in the return light of the light beam L3 and the image of the mirror 15 included in the return light of the light beam L2 on the imaging element surface of the IR camera 19. As a result, an interference fringe of the combined light L4 (interference image) formed by the light beam L3 (sample light) reflected by the circuit layer 17b and the light beam L2 (reference light) reflected by the mirror 15 inevitably. The maximum contrast.

フレームメモリ20は、IRカメラ19によって撮影された合波光L4(干渉像)の撮像データを記憶する。演算部21は、本実施形態における演算手段である。演算部21は、フレームメモリ20に蓄えられた撮像データに基づいて所定の解析演算を行い、DUT17の発熱箇所(すなわち異常発生箇所)を特定するための情報を出力する。演算部21は、例えばCPU及びメモリ等を含んで構成される情報処理装置により実現される。   The frame memory 20 stores imaging data of the combined light L4 (interference image) captured by the IR camera 19. The computing unit 21 is computing means in the present embodiment. The calculation unit 21 performs a predetermined analysis calculation based on the imaging data stored in the frame memory 20 and outputs information for specifying a heat generation point (that is, an abnormality occurrence point) of the DUT 17. The computing unit 21 is realized by an information processing apparatus configured to include a CPU and a memory, for example.

また、半導体検査装置1Aは、ストレス印加装置22と、ペルチェ素子23と、温度制御コントローラ24とを更に備える。ストレス印加装置22は、DUT17に対してストレスを印加するためのストレス印加手段であり、具体的には、DUT17の端子電極(電源端子または信号端子)に所定のストレス電圧Vsを印加することにより、DUT17の回路層17bに電流を流す。なお、DUT17の電源端子にストレス電圧Vsを印加する場合、ストレス印加装置22は、信号端子に通常動作時の信号を入力することが好ましい。また、DUT17の信号端子にストレス電圧Vsを印加する場合、ストレス印加装置22は、電源端子に通常動作時の電源電圧を入力することが好ましい。   The semiconductor inspection apparatus 1A further includes a stress applying device 22, a Peltier element 23, and a temperature control controller 24. The stress applying device 22 is a stress applying means for applying stress to the DUT 17, and specifically, by applying a predetermined stress voltage Vs to a terminal electrode (power supply terminal or signal terminal) of the DUT 17, A current is passed through the circuit layer 17b of the DUT 17. In addition, when applying the stress voltage Vs to the power supply terminal of DUT17, it is preferable that the stress application apparatus 22 inputs the signal at the time of normal operation to a signal terminal. When applying the stress voltage Vs to the signal terminal of the DUT 17, it is preferable that the stress applying device 22 inputs the power supply voltage during normal operation to the power supply terminal.

ストレス電圧Vsは、一定周期の繰り返し波形であって、DUT17の発熱によるシリコン基板17a内部の光学的距離の時間変化を、正弦波状のなめらかな変化とするような時間波形を有する。ストレス電圧Vsは、例えば周期的な正弦波状の時間波形となる電圧波形を有する。或いは、ストレス電圧Vsは、一定周期の基本波に高調波が重畳された波形、典型的には周期的な矩形波状の時間波形となる電圧波形を有しても良い。一実施例では、DUT17の正常動作電圧が5[V]である場合、ストレス電圧Vsの電圧波形は、5[V]のオン電圧及び0[V]のオフ電圧を一定周期で繰り返す波形であり、デューティ比は例えば50%である。DUT17では、このようなストレス電圧Vsの印加によって、断線といった異常発生箇所ではストレス電圧Vsの電力P(=Vs/R、Rは異常発生箇所の抵抗値)に比例する熱が発生し、当該箇所のシリコン基板17aが膨張する。 The stress voltage Vs is a repetitive waveform with a constant period, and has a time waveform that makes the time change of the optical distance inside the silicon substrate 17a due to heat generation of the DUT 17 a smooth change of a sine wave. The stress voltage Vs has, for example, a voltage waveform that is a periodic sinusoidal time waveform. Alternatively, the stress voltage Vs may have a voltage waveform that is a waveform in which a harmonic is superimposed on a fundamental wave having a constant period, typically a periodic rectangular wave-like time waveform. In one embodiment, when the normal operating voltage of the DUT 17 is 5 [V], the voltage waveform of the stress voltage Vs is a waveform that repeats an ON voltage of 5 [V] and an OFF voltage of 0 [V] at a constant cycle. The duty ratio is 50%, for example. In the DUT 17, due to the application of the stress voltage Vs, heat proportional to the power P of the stress voltage Vs (= Vs 2 / R, R is the resistance value of the abnormality occurrence location) is generated at the abnormality occurrence location such as disconnection. The silicon substrate 17a at the location expands.

また、ストレス電圧Vsの繰り返し周波数は、次のように決定される。シリコン基板17aを厚さ方向に光が透過する場合、その光学的距離はシリコンの熱膨張により変化する。また、シリコンの熱膨張反応は、断線等の異常発生箇所からの発熱に対して或る時定数をもって生じる。すなわち、ストレス電圧Vsの繰り返し周期がシリコン基板17a側の熱膨張反応の応答速度に対して比較的短い場合、シリコン基板17a内の光学的距離の変化は、ストレス電圧Vsの変化に遅れて追従すると共に、その熱振幅も減衰することとなる。したがって、ストレス電圧Vsの繰り返し周期が適切に決定された場合、シリコン基板17a内の光学的距離の変化が、基本周波数のみを含む時間関数(すなわち正弦波)となる。本実施形態において、ストレス電圧Vsの繰り返し周波数は、このようにシリコン基板17a内の光学的距離の変化が正弦波状の時間関数となるように決定される。   Further, the repetition frequency of the stress voltage Vs is determined as follows. When light passes through the silicon substrate 17a in the thickness direction, the optical distance changes due to thermal expansion of silicon. Further, the thermal expansion reaction of silicon occurs with a certain time constant with respect to heat generation from an abnormality occurrence site such as disconnection. That is, when the repetition period of the stress voltage Vs is relatively short with respect to the response speed of the thermal expansion reaction on the silicon substrate 17a side, the change in the optical distance in the silicon substrate 17a follows the change in the stress voltage Vs with a delay. At the same time, the thermal amplitude is also attenuated. Therefore, when the repetition period of the stress voltage Vs is appropriately determined, the change in the optical distance in the silicon substrate 17a becomes a time function (that is, a sine wave) including only the fundamental frequency. In the present embodiment, the repetition frequency of the stress voltage Vs is determined so that the change in the optical distance in the silicon substrate 17a becomes a sinusoidal time function.

ストレス印加装置22によって一定周期のストレス電圧Vsが印加されると、DUT17全体に熱が蓄積される。ペルチェ素子23は、その一方の面(吸熱面)上にDUT17を載置しており、他方の面(放熱面)が放熱部材(不図示)と接している。ペルチェ素子23は、DUT17に蓄積された熱を吸熱面から吸収し、放熱面から放出する。温度制御コントローラ24は、ペルチェ素子23に駆動電流Idを与える電気回路であり、DUT17が一定温度になるように駆動電流Idを生成する。ペルチェ素子23及び温度制御コントローラ24は、DUT17の熱的な平衡状態を短時間で実現する。なお、DUT17の設定温度は、例えば25℃である。   When the stress voltage Vs having a constant period is applied by the stress applying device 22, heat is accumulated in the entire DUT 17. The Peltier element 23 has the DUT 17 mounted on one surface (heat absorbing surface), and the other surface (heat radiating surface) is in contact with a heat radiating member (not shown). The Peltier element 23 absorbs heat accumulated in the DUT 17 from the heat absorbing surface and releases it from the heat radiating surface. The temperature controller 24 is an electric circuit that gives a drive current Id to the Peltier element 23, and generates the drive current Id so that the DUT 17 has a constant temperature. The Peltier element 23 and the temperature controller 24 realize the thermal equilibrium state of the DUT 17 in a short time. The set temperature of the DUT 17 is 25 ° C., for example.

ここで、ストレス電圧Vsの繰り返し周波数の決定方法について更に説明する。シリコン基板17aを構成するシリコンの熱伝導率κ、比熱cおよび密度ρから、シリコン基板17aの熱抵抗Rおよび熱容量Cは次式(1)および(2)によって算出される。

Here, a method for determining the repetition frequency of the stress voltage Vs will be further described. The thermal conductivity of silicon constituting the silicon substrate 17a kappa, specific heat c and density [rho, the thermal resistance R h and the heat capacity C h of the silicon substrate 17a is calculated by the following equation (1) and (2).

こうして求められるシリコン基板17aの熱抵抗Rおよび熱容量Cから、熱入力に対するシリコン基板17aの膨張反応の時定数τ(=C・R)を求めると、

となる。ここで、d[cm]はシリコンの厚みである。よって熱的なカットオフ周波数fcは、次式(4)で与えられる。
Thus the thermal resistance R h and the heat capacity C h of the silicon substrate 17a obtained, the time constant of the expansion reaction of the silicon substrate 17a with respect to heat input τ when seeking (= C h · R h) ,

It becomes. Here, d [cm] is the thickness of silicon. Therefore, the thermal cutoff frequency fc is given by the following equation (4).

ここで、dは熱拡散長とも呼ばれ、DUT17のシリコン基板17aの厚さに相当する。熱的なカットオフ周波数fcは、例えばシリコン厚さdが400[μm]である場合、上式(4)により約180[Hz]となる。なお、図6は、シリコン厚さdが400[μm]である場合における、発熱点直下での熱周波数応答曲線である。ここで、矩形波状のストレス電圧VsをDUT17に入力した場合を考える。ストレス電圧Vsの矩形波には、基本波(周波数Ω)の他に、基本周波数Ωの奇数倍の周波数(3Ω、5Ω、7Ω、・・・)を有する高調波成分が含まれるので、例えば基本波の周波数Ωを180[Hz]に設定すれば、3倍波(3Ω=540[Hz])の成分の熱振幅は、基本波の熱振幅の約3分の1にまで減衰する。ストレス電圧Vsの矩形波に含まれる3倍波の割合が基本波の3分の1であることを加味すれば、3倍波成分の熱振幅の大きさは、基本波の振幅の9分の1である約11%となる。このように、ストレス電圧Vsとして高調波を含む波形(例えば矩形波)を入力した場合であっても、シリコン基板17aにおける熱的な周波数応答によって、基本波より周波数が高い成分(高調波成分)は大きく減衰を受ける。その結果、シリコン基板17aの光学的厚さは、基本波の周波数Ωと同じ周波数を有する正弦波形でもって変調される。   Here, d is also called a thermal diffusion length, and corresponds to the thickness of the silicon substrate 17a of the DUT 17. For example, when the silicon thickness d is 400 [μm], the thermal cutoff frequency fc is about 180 [Hz] according to the above equation (4). FIG. 6 is a thermal frequency response curve immediately below the heating point when the silicon thickness d is 400 [μm]. Here, a case where a rectangular wave stress voltage Vs is input to the DUT 17 is considered. The rectangular wave of the stress voltage Vs includes a harmonic component having a frequency (3Ω, 5Ω, 7Ω,...) That is an odd multiple of the basic frequency Ω in addition to the basic wave (frequency Ω). If the frequency Ω of the wave is set to 180 [Hz], the thermal amplitude of the third harmonic (3Ω = 540 [Hz]) component is attenuated to about one third of the thermal amplitude of the fundamental wave. Considering that the ratio of the 3rd harmonic contained in the rectangular wave of the stress voltage Vs is 1/3 of the fundamental wave, the magnitude of the thermal amplitude of the 3rd harmonic component is 9 minutes of the amplitude of the fundamental wave. 1 is about 11%. Thus, even when a waveform including harmonics (for example, a rectangular wave) is input as the stress voltage Vs, a component having higher frequency than the fundamental wave (harmonic component) due to the thermal frequency response in the silicon substrate 17a. Is greatly attenuated. As a result, the optical thickness of the silicon substrate 17a is modulated with a sinusoidal waveform having the same frequency as the fundamental frequency Ω.

同様に与えるストレス電圧Vsを正弦波としてDUT17に入力した場合を考える。ストレス電圧Vsの正弦波を端子電極に加えると熱抵抗によりその2乗にて熱が発生する。すなわちVsを式(4a)とした場合、

熱源での発熱量は式(4b)で表せる。すなわち基本波Ωに加えてその2倍波の周波数成分がDUT17に熱として拡散する。

この場合、基本波と2倍波の比はm/4となる。たとえば変調度mを0.25にとれば、2倍波は基本波の熱振幅の16分の1にまで減衰する。このように、ストレス電圧Vsとして正弦波を入力した場合であっても、シリコン基板17aにおける熱的な周波数応答によって、2倍波は大きく減衰を受ける。その結果、シリコン基板17aの光学的厚さは、基本波の周波数Ωと同じ周波数を有する正弦波形でもって変調される。
Similarly, consider a case where the stress voltage Vs to be applied is input to the DUT 17 as a sine wave. When a sine wave of the stress voltage Vs is applied to the terminal electrode, heat is generated in the square due to thermal resistance. That is, when Vs is represented by the formula (4a),

The amount of heat generated by the heat source can be expressed by equation (4b). That is, in addition to the fundamental wave Ω, the frequency component of the second harmonic is diffused as heat in the DUT 17.

In this case, the ratio between the fundamental wave and the second harmonic is m / 4. For example, if the degree of modulation m is 0.25, the second harmonic is attenuated to 1/16 of the thermal amplitude of the fundamental wave. Thus, even when a sine wave is input as the stress voltage Vs, the second harmonic is greatly attenuated by the thermal frequency response in the silicon substrate 17a. As a result, the optical thickness of the silicon substrate 17a is modulated with a sinusoidal waveform having the same frequency as the fundamental frequency Ω.

厳密には、シリコン基板17aの厚さdはDUT17の内部構造などに依存するので、上述した理論的な熱的カットオフ周波数fcを得ることはできない。本発明者が実測したところ、ストレス電圧Vsの繰り返し周波数を数ヘルツないし数十ヘルツ程度とすることにより、シリコン基板17a内の光学的距離の変化が正弦波状の時間関数となる良好な結果が得られている。   Strictly speaking, since the thickness d of the silicon substrate 17a depends on the internal structure of the DUT 17, the theoretical thermal cutoff frequency fc described above cannot be obtained. As a result of actual measurement by the present inventor, when the repetition frequency of the stress voltage Vs is set to several hertz to several tens of hertz, a favorable result is obtained in which the change in the optical distance in the silicon substrate 17a becomes a sinusoidal time function. It has been.

なお、以下の表1は、シリコンの熱伝導率κ、比熱c、および密度ρといった物性値を示している。
Table 1 below shows physical property values such as thermal conductivity κ, specific heat c, and density ρ of silicon.

そして、上述したような繰り返し周波数を有するストレス電圧VsをDUT17に印加することによって、IRカメラ19に入射する合波光L4(干渉像)は、以下の式(5)に示される干渉強度I(t,x,y)を有することとなる。なお、式(5)において、Irは光束L2(参照光)の光強度、Isは光束L3(サンプル光)の光強度、φは光位相差、mは変調度、Ωはストレス電圧Vsの基本周波数、Φはストレス電圧Vsの初期位相である。
Then, by applying the stress voltage Vs having the repetition frequency as described above to the DUT 17, the combined light L 4 (interference image) incident on the IR camera 19 becomes the interference intensity I (t expressed by the following equation (5). , X, y). In equation (5), Ir is the light intensity of the light beam L2 (reference light), Is is the light intensity of the light beam L3 (sample light), φ is the optical phase difference, m is the modulation factor, and Ω is the basic stress voltage Vs. The frequency, Φ, is the initial phase of the stress voltage Vs.

また、ストレス電圧Vsは、以下の式(6)で表される正弦波の平方根といった電圧波形を有していてもよい。但し、Vは任意の係数である。

ストレス電圧Vsの電力エネルギー(すなわち発熱量)がVsの2乗に比例することから、上式(6)で表されるストレス電圧VsをDUT17に印加することによって、異常発生箇所では{1+sin(Ωt)}に比例した熱が発生することとなる。したがって、式(5)に示したような干渉像、すなわち光学距離が正弦波状に変調された干渉像を好適に得ることができる。
Further, the stress voltage Vs may have a voltage waveform such as a square root of a sine wave represented by the following formula (6). However, V 0 is an arbitrary coefficient.

Since the power energy of the stress voltage Vs (that is, the amount of generated heat) is proportional to the square of Vs, by applying the stress voltage Vs represented by the above equation (6) to the DUT 17, {1 + sin (Ωt )} In proportion to the heat generated. Therefore, an interference image as shown in Expression (5), that is, an interference image in which the optical distance is modulated in a sine wave shape can be suitably obtained.

なお、IRカメラ19は、DUT17に印加されるストレス電圧Vsの基本周波数Ωに対応する周期(2π/Ω)内に少なくとも2回の撮像を行うことが好ましい。   Note that the IR camera 19 preferably performs imaging at least twice within a period (2π / Ω) corresponding to the fundamental frequency Ω of the stress voltage Vs applied to the DUT 17.

半導体検査装置1Aは、干渉計の位相ノイズを低減するためのフィードバック機構を更に備えることが好ましい。本実施形態の半導体検査装置1Aは、このようなフィードバック機構として、光源32、ダイクロイックミラー33及び34、圧電素子36、変調器37、フォトダイオード38、乗算器39、およびフィードバック回路40を備える。   The semiconductor inspection apparatus 1A preferably further includes a feedback mechanism for reducing the phase noise of the interferometer. The semiconductor inspection apparatus 1A of this embodiment includes a light source 32, dichroic mirrors 33 and 34, a piezoelectric element 36, a modulator 37, a photodiode 38, a multiplier 39, and a feedback circuit 40 as such a feedback mechanism.

光源32は、光束L1とは波長が異なる光束L5を出力する。光束L5の波長は、DUT17のシリコン基板17aを透過しない波長であり、シリコン基板17aの上面(露出面)と空気との界面で反射する波長(例えば633[nm])である。光源32から出力された光束L5は、レンズ12cによってコリメートされる。   The light source 32 outputs a light beam L5 having a wavelength different from that of the light beam L1. The wavelength of the light beam L5 is a wavelength that does not transmit through the silicon substrate 17a of the DUT 17, and is a wavelength that is reflected at the interface between the upper surface (exposed surface) of the silicon substrate 17a and air (for example, 633 [nm]). The light beam L5 output from the light source 32 is collimated by the lens 12c.

ダイクロイックミラー33は、光源32から出射された光束L5と、低コヒーレンス光源11から出射された光束L1とを同軸上で合波するための光学部品である。本実施形態のダイクロイックミラー33は、光束L1を含む波長域の光を透過し、光束L5を含む波長域の光を反射する。このダイクロイックミラー33は、レンズ12aから一方の面に入射した光束L1をレンズ12bへ向けて透過し、レンズ12cから他方の面に入射した光束L5を、光束L1と同じ光軸でもってレンズ12bへ向けて反射する。光束L5は、光束L1とともにビームスプリッタ13に入射し、光束L1と同様に、2本の光束L6及びL7に分岐される。光束L6は、光束L2(参照光)とともに対物レンズ14を通過してミラー15に到達し、ミラー15において反射する。光束L7は、光束L3(サンプル光)とともに対物レンズ16を通過してDUT17に到達し、シリコン基板17aの上面(露出面)で反射する。   The dichroic mirror 33 is an optical component for coaxially multiplexing the light beam L5 emitted from the light source 32 and the light beam L1 emitted from the low coherence light source 11. The dichroic mirror 33 of the present embodiment transmits light in the wavelength region including the light beam L1 and reflects light in the wavelength region including the light beam L5. The dichroic mirror 33 transmits the light beam L1 incident on one surface from the lens 12a toward the lens 12b, and transmits the light beam L5 incident on the other surface from the lens 12c to the lens 12b with the same optical axis as the light beam L1. Reflect toward you. The light beam L5 enters the beam splitter 13 together with the light beam L1, and is branched into two light beams L6 and L7 in the same manner as the light beam L1. The light beam L6 passes through the objective lens 14 together with the light beam L2 (reference light), reaches the mirror 15, and is reflected by the mirror 15. The light beam L7 passes through the objective lens 16 together with the light beam L3 (sample light), reaches the DUT 17, and is reflected by the upper surface (exposed surface) of the silicon substrate 17a.

これら光束L6及びL7の各反射光は、ビームスプリッタ13において合波され、合波光L8となってレンズ18を通過する。ここで、ダイクロイックミラー34がレンズ18とIRカメラ19との間に設けられている。ダイクロイックミラー34は、合波光L4とは波長が異なる合波光L8を合波光L4から分離するための光学部品である。本実施形態のダイクロイックミラー34は、合波光L4を含む波長域の光を透過し、合波光L8を含む波長域の光を反射する。このダイクロイックミラー34は、レンズ18から一方の面に入射した合波光L4をIRカメラ19へ向けて透過し、同じくレンズ18から一方の面に入射した合波光L8を、該一方の面に光結合されたフォトダイオード38の受光面へ向けて反射する。   The reflected lights of these light beams L6 and L7 are combined at the beam splitter 13 and pass through the lens 18 as combined light L8. Here, a dichroic mirror 34 is provided between the lens 18 and the IR camera 19. The dichroic mirror 34 is an optical component for separating the combined light L8 having a wavelength different from that of the combined light L4 from the combined light L4. The dichroic mirror 34 of the present embodiment transmits light in the wavelength region including the combined light L4 and reflects light in the wavelength region including the combined light L8. The dichroic mirror 34 transmits the combined light L4 incident on one surface from the lens 18 toward the IR camera 19, and optically couples the combined light L8 incident on the one surface from the lens 18 to the one surface. Reflected toward the light receiving surface of the photodiode 38.

フォトダイオード38では、合波光L8の光強度に応じた電気信号S1が生成される。電気信号S1は、フォトダイオード38から乗算器39へ送られる。また、乗算器39には、変調器37から出力された正弦波状の電気信号(周波数ω)S2が更に入力される。乗算器39は、電気信号S1,S2が乗算されて成る電気信号S3をフィードバック回路40へ提供する。   In the photodiode 38, an electric signal S1 corresponding to the light intensity of the combined light L8 is generated. The electrical signal S1 is sent from the photodiode 38 to the multiplier 39. Further, the multiplier 39 further receives a sinusoidal electric signal (frequency ω) S 2 output from the modulator 37. The multiplier 39 provides an electric signal S3 obtained by multiplying the electric signals S1 and S2 to the feedback circuit 40.

フィードバック回路40は、ミラー15に固定された圧電素子36を駆動するための回路である。フィードバック回路40は、乗算器39から提供された電気信号S3と、変調器37から提供された電気信号S2とに基づいて、ビームスプリッタ13とシリコン基板17aの上面(露出面)との距離Lsと、ビームスプリッタ13とミラー15との距離Lrとの差(Ls−Lr)が一定に保持されるように、圧電素子36を駆動する。   The feedback circuit 40 is a circuit for driving the piezoelectric element 36 fixed to the mirror 15. The feedback circuit 40 determines the distance Ls between the beam splitter 13 and the upper surface (exposed surface) of the silicon substrate 17a based on the electric signal S3 provided from the multiplier 39 and the electric signal S2 provided from the modulator 37. The piezoelectric element 36 is driven so that the difference (Ls−Lr) between the beam splitter 13 and the mirror 15 from the distance Lr is kept constant.

なお、干渉計の位相ノイズを低減するフィードバック方式については、上述したものに限られず、他の様々な方式を適用できる。   Note that the feedback system for reducing the phase noise of the interferometer is not limited to the above-described one, and various other systems can be applied.

続いて、IRカメラ19における撮影タイミングと、ストレス電圧Vsとの関係について説明する。本実施形態の半導体検査装置1Aは、IRカメラ19における撮影タイミングと、ストレス電圧Vsの位相とを適切に調整する為に、基準信号発生装置54および分周器55を更に備える。   Next, the relationship between the imaging timing in the IR camera 19 and the stress voltage Vs will be described. The semiconductor inspection apparatus 1A of the present embodiment further includes a reference signal generator 54 and a frequency divider 55 in order to appropriately adjust the imaging timing in the IR camera 19 and the phase of the stress voltage Vs.

基準信号発生装置54は、周期的なパルス信号である基準信号SP1を発生する装置である。基準信号SP1は、IRカメラ19の撮影タイミングを示すトリガ信号の基準としてIRカメラ19へ提供されるとともに、分周器55にも提供される。分周器55は、基準信号SP1を少なくとも2分周以上に分周する。分周された信号SP2は、分周器55からストレス印加装置22へ提供される。ストレス印加装置22は、信号SP2の周波数を基本周波数Ωとして、ストレス電圧Vsを生成する。   The reference signal generator 54 is a device that generates a reference signal SP1 that is a periodic pulse signal. The reference signal SP1 is provided to the IR camera 19 as a reference of a trigger signal indicating the photographing timing of the IR camera 19, and is also provided to the frequency divider 55. The frequency divider 55 divides the reference signal SP1 by at least two. The frequency-divided signal SP2 is provided from the frequency divider 55 to the stress applying device 22. The stress applying device 22 generates the stress voltage Vs with the frequency of the signal SP2 as the fundamental frequency Ω.

図7(a)〜図7(d)は、基準信号SP1(図7(a))、IRカメラ19のトリガ信号(図7(b))、ストレス印加装置22のトリガ信号(すなわち信号SP2、図7(c))、およびシリコン基板17aの熱膨張波形(図7(d))の関係を示すタイミングチャートである。なお、IRカメラ19のトリガ信号は、IRカメラ19の露光タイミングおよび露光時間の双方を示している。IRカメラ19の露光時間は、合波光L4(干渉像)の変調を損ねない程度の時間に設定されることが好ましい。   FIGS. 7A to 7D show the reference signal SP1 (FIG. 7A), the trigger signal of the IR camera 19 (FIG. 7B), the trigger signal of the stress applying device 22 (ie, the signal SP2, FIG. 7C is a timing chart showing the relationship between the thermal expansion waveform (FIG. 7D) of the silicon substrate 17a. The trigger signal of the IR camera 19 indicates both the exposure timing and the exposure time of the IR camera 19. The exposure time of the IR camera 19 is preferably set to a time that does not impair the modulation of the combined light L4 (interference image).

基準信号SP1に示されるタイミングでIRカメラ19により撮影・生成された撮像データは、フレームメモリ20に蓄積される。演算部21は、この撮像データを取り出し、以下に述べる方法により解析して、異常発生箇所を特定するための情報としての熱膨張波形の位相遅れ(以下、熱位相という)および熱膨張波形の振幅(以下、熱振幅という)を算出する。   Imaging data photographed and generated by the IR camera 19 at the timing indicated by the reference signal SP1 is stored in the frame memory 20. The computing unit 21 takes out this imaging data, analyzes it by the method described below, and determines the phase lag (hereinafter referred to as the thermal phase) of the thermal expansion waveform and the amplitude of the thermal expansion waveform as information for identifying the location where the abnormality has occurred. (Hereinafter referred to as thermal amplitude) is calculated.

演算部21では、上式(5)に示した干渉光強度I(t,x,y)が、IRカメラ19の各画素毎に時系列データとして得られる。演算部21は、各画素の時系列データに対して、以下の式(7)及び(8)に示されるフーリエ分析を行うことにより、基本波(周波数Ω)に対するフーリエ係数a及びbを算出する。記号Aは式(5)中の2√(IsIr)を表す。J(m)は変調度mに対する1次の第1種ベッセル関数である。

In the calculation unit 21, the interference light intensity I (t, x, y) shown in the above equation (5) is obtained as time series data for each pixel of the IR camera 19. The computing unit 21 performs Fourier analysis shown in the following equations (7) and (8) on the time series data of each pixel, thereby obtaining Fourier coefficients a 1 and b 1 for the fundamental wave (frequency Ω). calculate. The symbol A represents 2√ (IsIr) in the formula (5). J 1 (m) is a first-order first-order Bessel function with respect to the modulation degree m.

そして、演算部21は、各画素における熱位相Φを、上記基本波のフーリエ係数a及びbを用いて以下の式(9)により求める。
Then, the arithmetic unit 21, the thermal phase Φ in each pixel, obtained by equation (9) below using the Fourier coefficients a 1 and b 1 of the fundamental wave.

図8は、基本波のフーリエ係数aの分布の例を示す図であり、上式(7)の演算結果を示している。また、図9は、基本波のフーリエ係数bの分布の例を示す図であり、上式(8)の演算結果を示している。また、図10(a)は、これらのフーリエ係数a,bから算出された熱位相Φの分布の例であり、図10(b)は図10(a)の一部を拡大した図である。図10(a)及び図10(b)は、上式(9)の演算結果を示している。なお、図8、図9、および図10において、縦軸および横軸はそれぞれ縦方向および横方向の画素番号を示しており、全視野の実寸法は3[mm]×2.5[mm]である。また、図10において、熱位相Φの単位はラジアンである。 FIG. 8 is a diagram showing an example of the distribution of the Fourier coefficient a 1 of the fundamental wave, and shows the calculation result of the above equation (7). FIG. 9 is a diagram showing an example of the distribution of the Fourier coefficient b 1 of the fundamental wave, and shows the calculation result of the above equation (8). FIG. 10A is an example of the distribution of the thermal phase Φ calculated from these Fourier coefficients a 1 and b 1. FIG. 10B is an enlarged view of a part of FIG. It is. FIG. 10A and FIG. 10B show the calculation result of the above equation (9). 8, 9, and 10, the vertical axis and the horizontal axis indicate the pixel numbers in the vertical direction and the horizontal direction, respectively, and the actual size of the entire field of view is 3 [mm] × 2.5 [mm]. It is. In FIG. 10, the unit of the thermal phase Φ is radians.

図8、図9、および図10に示す実施例では、シリコン基板17aの厚さが400[μm]であるDUT17の電源電圧端子に、ストレス電圧Vsとしてオン電圧5[V]、オフ電圧0[V]、デューティ比50%の矩形波を印加した。また、対物レンズ14,16として拡大倍率が5倍のものを使用した。   In the embodiments shown in FIGS. 8, 9, and 10, the ON voltage 5 [V] and the OFF voltage 0 [] are applied to the power supply voltage terminal of the DUT 17 whose silicon substrate 17a has a thickness of 400 [μm] as the stress voltage Vs. V], a rectangular wave with a duty ratio of 50% was applied. In addition, objective lenses 14 and 16 having a magnification of 5 times were used.

図10(a)を参照すると、画像の中心から右上の領域に、熱位相Φが比較的小さい領域が存在している。すなわち、この領域において発熱が生じていることを示しており、この領域をDUT17における異常発生箇所と特定することができる。なお、図10(b)はこの領域を拡大して示しており、熱位相Φの表示範囲を狭めてコントラストを高めている。演算部21は、このような熱位相Φの分布データ又は分布画像を、DUT17の発熱箇所を特定するための情報として算出し、出力する。   Referring to FIG. 10A, a region having a relatively small thermal phase Φ exists in the upper right region from the center of the image. That is, it shows that heat is generated in this region, and this region can be specified as an abnormality occurrence location in the DUT 17. FIG. 10B shows this area in an enlarged manner, and the display range of the thermal phase Φ is narrowed to increase the contrast. The calculation unit 21 calculates and outputs such distribution data or distribution image of the thermal phase Φ as information for specifying the heat generation location of the DUT 17.

熱位相Φは、次に示す関係式(10)により時間に変換できる。

また、一周期(2π/Ω)内にサンプリング数(すなわちIRカメラ19の撮像回数)が4以上であれば、2倍波に相当するフーリエ係数a及びbを、式(11)及び(12)に従い求めることができる。

The thermal phase Φ can be converted into time by the following relational expression (10).

Further, if the number of samplings (that is, the number of times of imaging by the IR camera 19) is 4 or more within one cycle (2π / Ω), Fourier coefficients a 2 and b 2 corresponding to the second harmonic are expressed by the equations (11) and ( 12).

撮像データの各画素における熱位相Φは、式(11)及び(12)によって求められた2倍波のフーリエ係数a及びbを用いて、次の式(13)のように表される。
The thermal phase Φ in each pixel of the imaging data is expressed by the following equation (13) using the Fourier coefficients a 2 and b 2 of the second harmonic obtained by equations (11) and (12). .

演算部21は、各画素における熱振幅Aを、基本波のフーリエ係数a及びb、並びに2倍波のフーリエ係数a及びbに基づいて、次の式(14)によって求める。

ここで、式(14)におけるJおよびJは、変調度mに対する第1種ベッセル関数である。実用上、JはJの10分の1程度であるため、2倍波でのS/Nが低い場合には、光の位相を90度ずらして同様の計測を行い、位相差ゼロでの基本波のフーリエ係数a(0),b(0)と、位相差90°での基本波のフーリエ係数a(π/2),b(π/2)とを用いて熱位相Φを求めてもよい。
The calculation unit 21 obtains the thermal amplitude A in each pixel by the following formula (14) based on the Fourier coefficients a 1 and b 1 of the fundamental wave and the Fourier coefficients a 2 and b 2 of the second harmonic wave.

Here, J 1 and J 2 in the equation (14) are first-type Bessel functions for the modulation degree m. In practice, since J 2 is about one-tenth of J 1, when S / N in the second harmonic wave is low, the same measurements by shifting the phase of light 90 degrees, with zero phase difference Using the Fourier coefficients a 1 (0), b 1 (0) of the fundamental wave and the Fourier coefficients a 1 (π / 2), b 2 (π / 2) of the fundamental wave at a phase difference of 90 °. The phase Φ may be obtained.

図11は、図8、図9、および図10に示した実施例において、式(14)によって求めた熱振幅Aの分布の例を示す図である。なお、図11において、縦軸および横軸はそれぞれ縦方向および横方向の画素番号を示しており、全視野の実寸法は3[mm]×2.5[mm]である。また、図11において、熱振幅Aの単位は任意単位である。図11では、段落[0067]に記載の2倍波でのS/Nが低い場合の方法は使用していない。   FIG. 11 is a diagram showing an example of the distribution of the thermal amplitude A obtained by the equation (14) in the embodiments shown in FIGS. 8, 9, and 10. In FIG. 11, the vertical axis and the horizontal axis indicate the pixel numbers in the vertical direction and the horizontal direction, respectively, and the actual size of the entire visual field is 3 [mm] × 2.5 [mm]. In FIG. 11, the unit of the thermal amplitude A is an arbitrary unit. In FIG. 11, the method in the case where the S / N at the second harmonic as described in paragraph [0067] is low is not used.

図11を参照すると、発熱箇所(図中の点P)から遠い画素ほど、熱振幅Aが小さくなることがわかる。これは、図6に示したシリコンの熱周波数特性に起因する。したがって、熱振幅Aが大きい箇所を、DUT17における異常発生箇所と特定することができる。この実施例では、図11に示す熱振幅Aの画像により特定された異常発生箇所は、図10(a)に示した熱位相Φの画像により特定された異常発生箇所と一致した。   Referring to FIG. 11, it can be seen that the thermal amplitude A becomes smaller as the pixel is farther from the heat generation point (point P in the figure). This is due to the thermal frequency characteristics of silicon shown in FIG. Therefore, a location where the thermal amplitude A is large can be identified as a location where an abnormality has occurred in the DUT 17. In this example, the abnormality occurrence location specified by the image of the thermal amplitude A shown in FIG. 11 coincides with the abnormality occurrence location specified by the image of the thermal phase Φ shown in FIG.

なお、S/Nが十分に確保される場合、式(5)から示唆されるように、高調波成分を多数含むため、高調波周波数mΩおよびnΩに対して、撮像データの各画素における熱位相Φおよび熱振幅Aは、以下の式(15)及び(16)によっても表される。ただし、式(15),(16)においてi,jは整数である。


また、次数iとjのベッセル関数の比(J/J)は、下記の式(17)によって算出される。
In addition, when S / N is sufficiently secured, as indicated by the equation (5), since many harmonic components are included, the thermal phase in each pixel of the imaging data with respect to the harmonic frequencies mΩ and nΩ. Φ and thermal amplitude A are also expressed by the following equations (15) and (16). However, in formulas (15) and (16), i and j are integers.


Further, the ratio (J j / J i ) of the Bessel functions of the orders i and j is calculated by the following equation (17).

以上に説明した、本実施形態による半導体検査装置1Aが奏する作用効果について説明する。   The operational effects of the semiconductor inspection apparatus 1A according to the present embodiment described above will be described.

前述したように、基板の材料(例えばシリコン)を透過する波長の光をDUTに照射すると、異常発生箇所の発熱に伴う基板の膨張や屈折率変化等により、異常発生箇所からの反射光は正常箇所からの反射光に対し位相遅れφを生じる。この位相遅れφを光干渉計測技術を使用して高精度で計測することにより、発熱箇所(異常発生箇所)の特定だけでなく、その現象をリアルタイムで観察できる。しかしながら、DUTの数百ミリメートル四方の領域から数マイクロメートルの異常発生箇所を特定する場合(面積換算では6桁落ち程度)、必ずしも異常発生に関わる現象をリアルタイムで観察する必要はない。   As described above, when the DUT is irradiated with light having a wavelength that passes through the substrate material (for example, silicon), the reflected light from the abnormality occurrence point is normal due to the expansion of the substrate and the change in refractive index caused by the heat generation at the abnormality occurrence point. A phase delay φ occurs with respect to the reflected light from the location. By measuring this phase delay φ with high accuracy using an optical interference measurement technique, it is possible not only to identify a heat generation location (abnormality occurrence location) but also to observe the phenomenon in real time. However, when an abnormality occurrence location of several micrometers is specified from an area of several hundred millimeters square of the DUT (about 6 digits drop in terms of area), it is not always necessary to observe a phenomenon related to the occurrence of the abnormality in real time.

そこで、本実施形態の半導体検査装置1Aでは、DUT17の発熱によるシリコン基板17a内部の光学的距離の変化が正弦波状となるように一定周期のストレス電圧Vsを印加しておき、シリコン基板17aを透過した光の位相の変化に伴う干渉光強度を観察して、シリコン基板17a内部の光学的距離の変化の位相遅れおよび減衰を検出することにより、DUT17の異常発生箇所を特定している。これにより、従来のサーマルロックイン計測法と比較して、空間分解能を向上することができる。   Therefore, in the semiconductor inspection apparatus 1A of the present embodiment, the stress voltage Vs having a constant period is applied so that the change in the optical distance inside the silicon substrate 17a due to the heat generated by the DUT 17 becomes sinusoidal, and the silicon substrate 17a is transmitted. By observing the intensity of the interference light accompanying the change in the phase of the detected light and detecting the phase lag and attenuation of the change in the optical distance inside the silicon substrate 17a, the location where the abnormality occurs in the DUT 17 is specified. Thereby, compared with the conventional thermal lock-in measuring method, spatial resolution can be improved.

更に詳しく説明すると、従来のサーマルロックイン計測法では、矩形波等の時間波形を有するストレス電圧をDUTに印加し、異常発生箇所からの発熱に伴う輻射熱をInSbカメラで撮影する。その際、ストレス電圧の周波数の少なくとも2倍以上の周波数でもって撮影を行う。その後、時系列データとして取得された撮像データの各画素に対してフーリエ解析を行い、輻射熱の振幅および位相特性から発熱箇所(異常発生箇所)を特定する。すなわち、サーマルロックイン計測法では、以下の手順に従って計測が行われる。
(1)DUTに一定周波数のストレス電圧を印加する。
(2)ストレス電圧の変調周波数に応じた発熱変化が生じる。
(3)ストレス電圧の変調周波数より高いサンプリング周波数で連続的な撮像を行う。
(4)撮像データに基づいて、振幅および位相成分を取得する。
More specifically, in the conventional thermal lock-in measurement method, a stress voltage having a time waveform such as a rectangular wave is applied to the DUT, and the radiant heat accompanying the heat generation from the location where the abnormality has occurred is imaged with an InSb camera. At that time, photographing is performed at a frequency at least twice the frequency of the stress voltage. Thereafter, Fourier analysis is performed on each pixel of the imaging data acquired as time series data, and a heat generation location (abnormality occurrence location) is specified from the amplitude and phase characteristics of the radiant heat. That is, in the thermal lock-in measurement method, measurement is performed according to the following procedure.
(1) A stress voltage having a constant frequency is applied to the DUT.
(2) Heat generation changes according to the modulation frequency of the stress voltage.
(3) Continuous imaging is performed at a sampling frequency higher than the modulation frequency of the stress voltage.
(4) Acquire amplitude and phase components based on the imaging data.

しかし、このようなサーマルロックイン計測法の手順を、基板の透過光による干渉像(図1に示した合波光L4)に適用することは困難である。なぜなら、干渉像の光強度と、DUTの発熱等に伴う透過光の位相の変化とが互いに非線形だからである。このため、干渉像の光強度と位相差とが互いに非線形であることを考慮した上で、干渉像の光強度から位相差を抽出する方法(位相の復調という)が、種々検討されている。   However, it is difficult to apply such a procedure of the thermal lock-in measurement method to the interference image (the combined light L4 shown in FIG. 1) due to the light transmitted through the substrate. This is because the light intensity of the interference image and the change in phase of transmitted light due to heat generation of the DUT are non-linear with each other. For this reason, various methods for extracting the phase difference from the light intensity of the interference image (referred to as phase demodulation) have been studied in consideration of the fact that the light intensity and the phase difference of the interference image are nonlinear with each other.

例えば、局所的な部位(ワンポイント)を計測する方法として、光ヘテロダイン法がある。光ヘテロダイン法では、原理上、光の位相φと、光を変調するための変調波の位相φとの和(φ+φ)が得られる。このようなワンポイント計測では、時刻0を基準として、すなわち(φ+φ)を初期位相φとして、局所部位での光位相φの時間変化を測定する。したがって、時刻0の時点における初期位相φを全く考慮する必要はない。この初期位相φは、DUT上面の面精度(平坦度)に依存するが、多くの場合、DUT上面にはナノメートルのオーダーで凹凸が存在するので、初期位相φはDUTの面内において均一ではない。 For example, as a method for measuring a local site (one point), there is an optical heterodyne method. In principle, in the optical heterodyne method, the sum (φ + φ m ) of the phase φ of the light and the phase φ m of the modulated wave for modulating the light is obtained. In such one-point measurement, the time change of the optical phase φ in the local region is measured with time 0 as a reference, that is, (φ 0 + φ m ) as the initial phase φ 0 . Therefore, it is not necessary to consider the initial phase φ 0 at time 0 at all. Although this initial phase φ 0 depends on the surface accuracy (flatness) of the DUT upper surface, in many cases, the DUT upper surface has irregularities on the order of nanometers, so the initial phase φ 0 is in the plane of the DUT. Not uniform.

半導体検査装置に求められていることは、半導体装置の異常発生箇所を特定することであるから、正常な他のポイントとの関係が重要である。すなわち、DUTの面内において初期位相φが不均一であることは、各ポイントにおいてオフセットが存在することを意味する。このようなオフセットを含んだ状態で、正常な他のポイントとの比較により発熱箇所(異常発生箇所)を特定することは困難である。このため、光ヘテロダイン法等のワンポイント計測による方法では、異常発生箇所を正確に特定するために初期位相φの分布を何らかの手段を用いて予め測定しておく必要がある。したがって、ワンポイント計測技術を、DUTの面内(すなわち二次元)における計測に応用して半導体装置の異常発生箇所を特定することは困難である。 What is required of the semiconductor inspection apparatus is to specify the location where an abnormality has occurred in the semiconductor device, and therefore the relationship with other normal points is important. That is, the non-uniform initial phase φ 0 within the plane of the DUT means that there is an offset at each point. In a state including such an offset, it is difficult to specify a heat generation location (abnormality occurrence location) by comparison with other normal points. For this reason, in the method based on one-point measurement such as the optical heterodyne method, it is necessary to measure the distribution of the initial phase φ 0 in advance using some means in order to accurately identify the abnormality occurrence location. Therefore, it is difficult to apply the one-point measurement technique to measurement in the plane of the DUT (that is, two-dimensional) to specify the location where an abnormality has occurred in the semiconductor device.

また、二次元で得られた光干渉像から光位相φを復調する方法として、フーリエ変換法や位相シフト法がある。これらの方法を用いて二次元干渉像から光位相φ(t,x,y)を求め、得られた光位相φ(t,x,y)についてサーマルロックイン計測法と同様の手順を用いれば、熱位相Φや熱振幅Aを算出することができる。これは、光位相φと熱膨張とが互いに線形の関係にあるからである。しかし、フーリエ変換法では、干渉像内に空間的に縞を多数作成することによってキャリア信号を生成する。このため、フーリエ変換法を用いる場合、例えば本実施形態のフィードバック機構(光源32、ダイクロイックミラー33及び34、圧電素子36、変調器37、フォトダイオード38、乗算器39、およびフィードバック回路40)のような機構を設けることは困難であり、干渉計のノイズを除去することが難しい。または観察視野内に、熱的膨張がないとわかっている箇所があれば、それを基準点として位相ノイズをキャンセル方法があるが、発熱箇所が未知のサンプルを計測する場合、その基準点を設けることは困難である。また、位相シフト法では、本実施形態のフィードバック機構のようなものを設けることは可能であるが、光位相φが互いに異なり且つ光位相φが既知である少なくとも3枚の干渉像が必要なので、測定時間が長くなるという問題がある。また、ナノメートルオーダーで参照用ミラーを断続的に制御する必要があるので、装置構成が複雑になるという問題もある。   As a method for demodulating the optical phase φ from the optical interference image obtained in two dimensions, there are a Fourier transform method and a phase shift method. If the optical phase φ (t, x, y) is obtained from the two-dimensional interference image using these methods, and the procedure similar to the thermal lock-in measurement method is used for the obtained optical phase φ (t, x, y), The thermal phase Φ and the thermal amplitude A can be calculated. This is because the optical phase φ and the thermal expansion are in a linear relationship with each other. However, in the Fourier transform method, a carrier signal is generated by creating a large number of spatial fringes in an interference image. Therefore, when the Fourier transform method is used, for example, the feedback mechanism (the light source 32, the dichroic mirrors 33 and 34, the piezoelectric element 36, the modulator 37, the photodiode 38, the multiplier 39, and the feedback circuit 40) of the present embodiment. It is difficult to provide a simple mechanism, and it is difficult to remove noise from the interferometer. Alternatively, if there is a location in the observation field where it is known that there is no thermal expansion, there is a method of canceling phase noise using it as a reference point. However, when measuring a sample with an unknown heat generation location, provide that reference point. It is difficult. Further, in the phase shift method, it is possible to provide the feedback mechanism of the present embodiment, but since at least three interference images having different optical phases φ and known optical phases φ are required, There is a problem that the measurement time becomes long. In addition, since it is necessary to intermittently control the reference mirror on the nanometer order, there is a problem that the apparatus configuration becomes complicated.

これに対し、本実施形態の半導体検査装置1Aにおいては、光干渉像に基づいて光位相φを復調するのではなく、DUT17の発熱によるシリコン基板17a内部の光学的距離の時間変化が正弦波状となるように一定周期のストレス電圧Vsを印加しておくことによって、光干渉像(合波光L4)から、直接的に熱位相Φおよび熱振幅Aを求めることができる。したがって、フーリエ変換法を用いた従来装置と比較して、フィードバック機構を設けて干渉計のノイズを除去することができ、より正確に異常発生箇所を特定することができる。すなわち、半導体検査装置1Aではフーリエ変換法を用いないため、光源32からの光束L5を、低コヒーレンス光源11からの光束L1と同軸の光路上に導波させて、干渉計内の位相ノイズを相殺するフォードバック機構の導入を容易にできる。   On the other hand, in the semiconductor inspection apparatus 1A of the present embodiment, the optical phase φ is not demodulated based on the optical interference image, but the temporal change in the optical distance inside the silicon substrate 17a due to the heat generated by the DUT 17 is sinusoidal. By applying the stress voltage Vs having a constant period in such a manner, the thermal phase Φ and the thermal amplitude A can be directly obtained from the optical interference image (the combined light L4). Therefore, as compared with the conventional apparatus using the Fourier transform method, it is possible to remove the noise of the interferometer by providing a feedback mechanism, and it is possible to specify the abnormality occurrence location more accurately. That is, since the semiconductor inspection apparatus 1A does not use the Fourier transform method, the light beam L5 from the light source 32 is guided on the optical path coaxial with the light beam L1 from the low-coherence light source 11 to cancel the phase noise in the interferometer. It is easy to introduce the Fordback mechanism.

また、半導体検査装置1Aによれば、位相シフト法を用いた従来装置と比較して、測定時間を短くでき(例えばπ/2位相シフト法を用いる場合と比較して3分の1以下の時間で計測できる)、また、参照ミラーを変調するための機構が不要になり、装置構成を簡易にできる。   Further, according to the semiconductor inspection apparatus 1A, the measurement time can be shortened as compared with the conventional apparatus using the phase shift method (for example, a time of one third or less compared with the case of using the π / 2 phase shift method). In addition, a mechanism for modulating the reference mirror is unnecessary, and the apparatus configuration can be simplified.

また、本実施形態の半導体検査装置1Aによれば、光干渉像(合波光L4)から光位相φを定量することなく、熱拡散による熱振幅Aの減衰や、熱位相Φの遅れの様子を定量的情報として得ることができるので、機構を単純化させることができる。なお熱振幅の減衰量は温度差(℃)を表し、熱位相Φは熱伝導の時間遅れを表す。   Further, according to the semiconductor inspection apparatus 1A of the present embodiment, the state of attenuation of the thermal amplitude A due to thermal diffusion and the delay of the thermal phase Φ can be observed without quantifying the optical phase φ from the optical interference image (the combined light L4). Since it can be obtained as quantitative information, the mechanism can be simplified. The attenuation amount of the thermal amplitude represents a temperature difference (° C.), and the thermal phase Φ represents a time delay of heat conduction.

なお、本実施形態ではDUT17の発熱箇所を二次元で計測する例を示したが、半導体検査装置1Aの構成はワンポイント計測にも適用可能である。   In the present embodiment, an example in which the heat generation location of the DUT 17 is measured two-dimensionally is shown, but the configuration of the semiconductor inspection apparatus 1A can also be applied to one-point measurement.

本実施形態の半導体検査装置1Aの構成と、従来のワンポイント計測や位相シフト法を用いた半導体検査装置の構成との違いを図示して説明する。図12は、従来のワンポイント計測や位相シフト法を用いた半導体検査装置100の構成例を示すブロック図である。また、図13は、本実施形態の半導体検査装置1Aの構成を簡略的に示すブロック図である。図12に示すように、従来の半導体検査装置100では、信号発生器101によって変調器102を制御して参照光LRを変調し、一方でDUT103にストレス印加装置104からストレス電圧を印加する。そして、DUT103を透過したサンプル光LSと、参照光LRとを合波して干渉像とし、この干渉像をカメラ105によって撮像する。その後、同期検波を行い、ワンポイント計測や位相シフト法により光位相及び光振幅を復調したのち、光位相及び光振幅に基づいて熱位相Φ及び熱振幅Aを算出する。   A difference between the configuration of the semiconductor inspection apparatus 1A of the present embodiment and the configuration of the semiconductor inspection apparatus using the conventional one-point measurement or phase shift method will be illustrated and described. FIG. 12 is a block diagram showing a configuration example of a semiconductor inspection apparatus 100 using a conventional one-point measurement or phase shift method. FIG. 13 is a block diagram schematically showing the configuration of the semiconductor inspection apparatus 1A of the present embodiment. As shown in FIG. 12, in the conventional semiconductor inspection apparatus 100, the signal generator 101 controls the modulator 102 to modulate the reference light LR, while applying a stress voltage to the DUT 103 from the stress applying apparatus 104. Then, the sample light LS transmitted through the DUT 103 and the reference light LR are combined to form an interference image, and the interference image is captured by the camera 105. Thereafter, synchronous detection is performed, and the optical phase and the optical amplitude are demodulated by one-point measurement or a phase shift method, and then the thermal phase Φ and the thermal amplitude A are calculated based on the optical phase and the optical amplitude.

一方、図13に示すように、本実施形態の半導体検査装置1Aでは、カメラ19によって取得された撮像データ(干渉像)から直接、熱位相Φ及び熱振幅Aを算出する。なお、このように熱位相Φ及び熱振幅Aを直接求める方法については、前述した非特許文献1および特許文献1に記載があるが、非特許文献1および特許文献1ではワンポイント計測について述べているだけであり、二次元計測へ単純に拡張できるものではない。   On the other hand, as shown in FIG. 13, in the semiconductor inspection apparatus 1 </ b> A of the present embodiment, the thermal phase Φ and the thermal amplitude A are calculated directly from the imaging data (interference image) acquired by the camera 19. The method for directly obtaining the thermal phase Φ and the thermal amplitude A is described in Non-Patent Document 1 and Patent Document 1 described above, but Non-Patent Document 1 and Patent Document 1 describe one-point measurement. It cannot be simply expanded to two-dimensional measurement.

(第2の実施の形態)
図14は、本発明の第2実施形態に係る半導体検査装置1Bの構成を示す図である。半導体検査装置1Bは、上述した第1実施形態の半導体検査装置1Aと同様に、シリコン基板17a(図2を参照)を透過する波長の光をDUT17に照射し、この位相遅れを光干渉計測技術を使用して高精度で計測することにより、発熱に伴うシリコン基板17aの膨張や屈折率変化等を検知して、発熱箇所を特定する。
(Second Embodiment)
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a semiconductor inspection apparatus 1B according to the second embodiment of the present invention. Similar to the semiconductor inspection apparatus 1A of the first embodiment described above, the semiconductor inspection apparatus 1B irradiates the DUT 17 with light having a wavelength that passes through the silicon substrate 17a (see FIG. 2), and this phase delay is measured by an optical interference measurement technique. Is used to detect the expansion of the silicon substrate 17a due to heat generation, a change in refractive index, and the like, and identify the heat generation location.

本実施形態の半導体検査装置1Bは、干渉計内の位相安定化を不要とする為に、同軸光路タイプの干渉計(ミラウ型干渉計)を基本にした装置構成を有する。図14に示すように、半導体検査装置1Bは、ハロゲン光源25、フィルタ26、レンズ27、ハーフミラー28、及び対物レンズ29を備える。これらは、シリコン基板17aを透過した光に関する干渉像を生成するための本実施形態における干渉光学系を構成する。また、半導体検査装置1Bは、第1実施形態と同様に、レンズ18、IRカメラ19、フレームメモリ20、演算部21、ストレス印加装置22、ペルチェ素子23、温度制御コントローラ24、基準信号発生装置54、および分周器55を備えるが、これらの構成および機能(作用)は第1実施形態と同じであるため、詳細な説明を省略する。   The semiconductor inspection apparatus 1B of the present embodiment has an apparatus configuration based on a coaxial optical path type interferometer (Mirau interferometer) in order to eliminate the need for phase stabilization in the interferometer. As shown in FIG. 14, the semiconductor inspection apparatus 1B includes a halogen light source 25, a filter 26, a lens 27, a half mirror 28, and an objective lens 29. These constitute the interference optical system in the present embodiment for generating an interference image related to the light transmitted through the silicon substrate 17a. Similarly to the first embodiment, the semiconductor inspection apparatus 1B includes a lens 18, an IR camera 19, a frame memory 20, a calculation unit 21, a stress application device 22, a Peltier element 23, a temperature controller 24, and a reference signal generator 54. , And the frequency divider 55, the configuration and function (action) thereof are the same as those of the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.

ハロゲン光源25から出力された広帯域光は、フィルタ26を通過する。その際、DUT17のシリコン基板17aを透過する波長を含む光束L11のみがフィルタ26を透過する。光束L11はレンズ27によって、サンプル面にていわゆるケラー照明を実現する。その後、光束L11はハーフミラー28によって反射される。対物レンズ29はいわゆるミラウ型の対物レンズであり、光束L11は対物レンズ29を通過してDUT17に達する。DUT17に達した光束L11は、シリコン基板17aを透過し、シリコン基板17aと回路層17bとの界面にて反射したのち、再び対物レンズ29へ戻る。そして、対物レンズ29において干渉像が生成され、該干渉像を含む光束L12がハーフミラー28およびレンズ18を通過してIRカメラ19へ入射する。   The broadband light output from the halogen light source 25 passes through the filter 26. At that time, only the light beam L 11 including a wavelength that transmits the silicon substrate 17 a of the DUT 17 passes through the filter 26. The light beam L11 realizes so-called Keller illumination on the sample surface by the lens 27. Thereafter, the light beam L11 is reflected by the half mirror 28. The objective lens 29 is a so-called Mirau-type objective lens, and the light beam L11 passes through the objective lens 29 and reaches the DUT 17. The light beam L11 that has reached the DUT 17 passes through the silicon substrate 17a, is reflected at the interface between the silicon substrate 17a and the circuit layer 17b, and then returns to the objective lens 29 again. Then, an interference image is generated in the objective lens 29, and the light beam L12 including the interference image passes through the half mirror 28 and the lens 18 and enters the IR camera 19.

本発明に係る半導体検査装置は、半導体検査装置1Bのような光学系を有してもよく、第1実施形態の半導体検査装置1Aと同様の作用効果を奏することができる。すなわち、半導体検査装置1Bによれば、位相ノイズがより少ないミラウ型の干渉顕微鏡を使用することにより、参照ミラーを変調するための機構が不要になり、装置構成を簡易にできる。   The semiconductor inspection apparatus according to the present invention may have an optical system like the semiconductor inspection apparatus 1B, and can exhibit the same effects as the semiconductor inspection apparatus 1A of the first embodiment. That is, according to the semiconductor inspection apparatus 1B, by using a Mirau-type interference microscope with less phase noise, a mechanism for modulating the reference mirror becomes unnecessary, and the apparatus configuration can be simplified.

また、半導体検査装置1Bによれば、光干渉像から光位相φを定量することなく、熱拡散による熱振幅Aの減衰や、熱位相Φの様子を定量的情報として得ることができるので、機構を単純化させることができる。   In addition, according to the semiconductor inspection apparatus 1B, the attenuation of the thermal amplitude A due to thermal diffusion and the state of the thermal phase Φ can be obtained as quantitative information without quantifying the optical phase φ from the optical interference image. Can be simplified.

(第3の実施の形態)
図15は、本発明の第3実施形態に係る半導体検査装置1Cの構成を示す図である。半導体検査装置1Cは、上述した第1実施形態の半導体検査装置1Aと同様に、シリコン基板17a(図2を参照)を透過する波長の光をDUT17に照射し、この位相遅れを光干渉計測技術を使用して高精度で計測することにより、発熱に伴うシリコン基板17aの膨張や屈折率変化等を検知して、発熱箇所を特定する。
(Third embodiment)
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a semiconductor inspection apparatus 1C according to the third embodiment of the present invention. Similar to the semiconductor inspection apparatus 1A of the first embodiment described above, the semiconductor inspection apparatus 1C irradiates the DUT 17 with light having a wavelength that passes through the silicon substrate 17a (see FIG. 2), and this phase delay is measured by an optical interference measurement technique. Is used to detect the expansion of the silicon substrate 17a due to heat generation, a change in refractive index, and the like, and identify the heat generation location.

本実施形態の半導体検査装置1Cでは、シリコン基板17aの上面(光入射面)からの反射光と、下面(回路層17bとの界面)からの反射光とを相互に干渉させることによって、同軸の光路を有する干渉計を実現している。   In the semiconductor inspection apparatus 1C of the present embodiment, the reflected light from the upper surface (light incident surface) of the silicon substrate 17a and the reflected light from the lower surface (interface with the circuit layer 17b) interfere with each other, so An interferometer having an optical path is realized.

具体的には、半導体検査装置1Cは、図15に示すように、第1実施形態と同様の機能を有するIRカメラ19、フレームメモリ20、及び演算部21を備える。また、半導体検査装置1Cは、照明光源61、レーザ光源62、ビームスプリッタ63〜65、対物レンズ66、可動ミラー67、ミラー68、光路長補正部材69及び70、フォトダイオード71、結像レンズ72、並びにフィルタ73を備える。これらの光学部材のうち、ビームスプリッタ63〜65、対物レンズ66、可動ミラー67、固定ミラー68、光路長補正部材69及び70、フォトダイオード71、結像レンズ72、並びにフィルタ73は、シリコン基板17aを透過した光に関する干渉像を生成するための本実施形態における干渉光学系を構成する。   Specifically, as illustrated in FIG. 15, the semiconductor inspection apparatus 1 </ b> C includes an IR camera 19, a frame memory 20, and a calculation unit 21 having the same functions as those in the first embodiment. The semiconductor inspection apparatus 1C includes an illumination light source 61, a laser light source 62, beam splitters 63 to 65, an objective lens 66, a movable mirror 67, a mirror 68, optical path length correction members 69 and 70, a photodiode 71, an imaging lens 72, In addition, a filter 73 is provided. Among these optical members, the beam splitters 63 to 65, the objective lens 66, the movable mirror 67, the fixed mirror 68, the optical path length correction members 69 and 70, the photodiode 71, the imaging lens 72, and the filter 73 are the silicon substrate 17a. The interference optical system in the present embodiment for generating an interference image related to the light transmitted through is constructed.

照明光源61から出力された光束L21は、DUT17のシリコン基板17aを透過する波長を含む。光束L21は、ビームスプリッタ63によって反射され、対物レンズ66を通過してDUT17に達する。DUT17に達した光束L21の一部はシリコン基板17a(図2を参照)において反射され、他の一部はシリコン基板17aと回路層17bとの境界面において反射される。そして、これらの反射光を含む光束L22が、対物レンズ66及びビームスプリッタ63を通過してビームスプリッタ64に達する。   The light beam L21 output from the illumination light source 61 includes a wavelength that passes through the silicon substrate 17a of the DUT 17. The light beam L21 is reflected by the beam splitter 63, passes through the objective lens 66, and reaches the DUT 17. A part of the light beam L21 reaching the DUT 17 is reflected on the silicon substrate 17a (see FIG. 2), and the other part is reflected on the boundary surface between the silicon substrate 17a and the circuit layer 17b. Then, the light beam L 22 including these reflected lights passes through the objective lens 66 and the beam splitter 63 and reaches the beam splitter 64.

ビームスプリッタ64では、光束L22が二つの光束L23,L24に分岐される。一方の光束L23は、可動ミラー67において反射したのち光路長補正部材69を透過する。他方の光束L24は、光路長補正部材70を透過したのちミラー68において反射する。これらの光学部材(可動ミラー67、ミラー68、光路長補正部材69及び70)は、シリコン基板17aの上面からの反射光と下面からの反射光との光路差を調整して好適に干渉させるための光学的遅延回路を構成している。光束L23及びL24はビームスプリッタ65において再び合波され、結像レンズ72及びフィルタ73を通過してIRカメラ19へ入射する。   In the beam splitter 64, the light beam L22 is branched into two light beams L23 and L24. One light beam L 23 is reflected by the movable mirror 67 and then passes through the optical path length correction member 69. The other light beam L 24 is reflected by the mirror 68 after passing through the optical path length correction member 70. These optical members (movable mirror 67, mirror 68, and optical path length correction members 69 and 70) adjust the optical path difference between the reflected light from the upper surface of the silicon substrate 17a and the reflected light from the lower surface to suitably interfere with each other. The optical delay circuit is configured. The light beams L23 and L24 are combined again by the beam splitter 65, pass through the imaging lens 72 and the filter 73, and enter the IR camera 19.

また、レーザ光源62から出射されたレーザ光L25は、ビームスプリッタ64へ入射する。レーザ光L25は、ビームスプリッタ64によって二つのレーザ光L26,L27に分岐される。一方のレーザ光L26は、光束L23と同じ光軸でもってビームスプリッタ65に達する。他方のレーザ光L27は、光束L24と同じ光軸でもってビームスプリッタ65に達する。レーザ光L26及びL27はビームスプリッタ65において合波され、フォトダイオード71によってその光強度が検出される。フォトダイオード71における検出信号は、光学的遅延回路内の位相ノイズをキャンセルするために、圧電素子68aへフィードバックされる。なお、ミラー68は、ミラー68に固定された圧電素子68aによって、ビームスプリッタ64からビームスプリッタ65へ向かう2つの光L26,L27の光路長の差が一定に保持されるように駆動される。   The laser beam L25 emitted from the laser light source 62 is incident on the beam splitter 64. The laser beam L25 is branched into two laser beams L26 and L27 by the beam splitter 64. One laser beam L26 reaches the beam splitter 65 with the same optical axis as the light beam L23. The other laser beam L27 reaches the beam splitter 65 with the same optical axis as the light beam L24. The laser beams L26 and L27 are combined in the beam splitter 65, and the light intensity is detected by the photodiode 71. The detection signal in the photodiode 71 is fed back to the piezoelectric element 68a in order to cancel the phase noise in the optical delay circuit. The mirror 68 is driven by a piezoelectric element 68a fixed to the mirror 68 so that the difference in optical path length between the two lights L26 and L27 traveling from the beam splitter 64 to the beam splitter 65 is kept constant.

なお、本実施形態においても、IRカメラ19、フレームメモリ20、及び演算部21の構成および機能は第1実施形態と同様である。   Also in this embodiment, the configurations and functions of the IR camera 19, the frame memory 20, and the calculation unit 21 are the same as those in the first embodiment.

本発明に係る半導体検査装置は、半導体検査装置1Cのような光学系を有してもよく、第1実施形態の半導体検査装置1Aと同様の作用効果を奏することができる。すなわち、半導体検査装置1Cによれば、測定時間を短くでき、また、参照ミラーを変調するための機構が不要になり、装置構成を簡易にできる。   The semiconductor inspection apparatus according to the present invention may have an optical system like the semiconductor inspection apparatus 1C, and can exhibit the same operational effects as the semiconductor inspection apparatus 1A of the first embodiment. That is, according to the semiconductor inspection apparatus 1C, the measurement time can be shortened, and a mechanism for modulating the reference mirror is not necessary, and the apparatus configuration can be simplified.

また、半導体検査装置1Cによれば、光干渉像から光位相φを定量することなく、熱拡散による熱振幅Aの減衰や、熱位相Φの様子を定量的情報として得ることができるので、機構を単純化させることができる。   Further, according to the semiconductor inspection apparatus 1C, the attenuation of the thermal amplitude A due to thermal diffusion and the state of the thermal phase Φ can be obtained as quantitative information without quantifying the optical phase φ from the optical interference image. Can be simplified.

本発明による半導体検査装置は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態ではDUTが有する基板としてシリコン基板を例示したが、本発明による半導体検査装置は、これに限らず種々の材料からなる基板を有するDUTを検査できる。   The semiconductor inspection apparatus according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other modifications are possible. For example, although the silicon substrate is exemplified as the substrate included in the DUT in the above embodiment, the semiconductor inspection apparatus according to the present invention is not limited to this, and can inspect the DUT including substrates made of various materials.

また、本発明による半導体検査装置は、視野を移動させながら複数回の撮像を行うための機構を更に備えてもよい。この場合、演算手段(演算部21)は、複数回の撮像により得られた複数の撮像データを相互に繋ぎ合わせて演算を行うことが好ましい。   The semiconductor inspection apparatus according to the present invention may further include a mechanism for performing imaging a plurality of times while moving the visual field. In this case, it is preferable that the calculation means (calculation unit 21) performs calculation by connecting a plurality of imaging data obtained by a plurality of imaging operations.

1A,1B,1C…半導体検査装置、11…低コヒーレンス光源、12a,12b,12c,18,27…レンズ、13…ビームスプリッタ、14,16,29,66…対物レンズ、15…ミラー、17…被検査デバイス(DUT)、17a…シリコン基板、17b…回路層、17c…樹脂モールド、19…カメラ、20…フレームメモリ、21…演算部、22…ストレス印加装置、23…ペルチェ素子、24…温度制御コントローラ、25…ハロゲン光源、26,73…フィルタ、28…ハーフミラー、32…光源、33,34…ダイクロイックミラー、36…圧電素子、37…変調器、38,71…フォトダイオード、39…乗算器、40…フィードバック回路、54…基準信号発生装置、55…分周器、61…照明光源、62…レーザ光源、63〜65…ビームスプリッタ、67…可動ミラー、68…固定ミラー、68a…圧電素子、69,70…光路長補正部材、72…結像レンズ、Vs…ストレス電圧。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A, 1B, 1C ... Semiconductor inspection apparatus, 11 ... Low-coherence light source, 12a, 12b, 12c, 18, 27 ... Lens, 13 ... Beam splitter, 14, 16, 29, 66 ... Objective lens, 15 ... Mirror, 17 ... Device under test (DUT), 17a ... silicon substrate, 17b ... circuit layer, 17c ... resin mold, 19 ... camera, 20 ... frame memory, 21 ... calculation unit, 22 ... stress application device, 23 ... Peltier element, 24 ... temperature Control controller, 25 ... halogen light source, 26, 73 ... filter, 28 ... half mirror, 32 ... light source, 33, 34 ... dichroic mirror, 36 ... piezoelectric element, 37 ... modulator, 38, 71 ... photodiode, 39 ... multiplication 40 ... feedback circuit 54 ... reference signal generator 55 ... frequency divider 61 ... illumination light source 62 ... laser Sources, 63-65 ... beam splitter, 67 ... movable mirror, 68 ... fixed mirror, 68a ... piezoelectric elements, 69, 70 ... optical path length correction member, 72 ... imaging lens, Vs ... stress voltage.

Claims (10)

基板を有する被検査デバイスの異常発生箇所を特定するための半導体検査装置であって、
被検査デバイスの端子電極にストレス電圧を印加するストレス印加手段と、
基板を透過する波長の光を発生する光源と、
光源から提供された光を基板に照射し、基板を透過した光に関する干渉像を生成する干渉光学系と、
干渉像を撮像して撮像データを生成する撮像手段と、
撮像データに基づいて、異常発生箇所としての被検査デバイスの発熱箇所を特定するための情報を演算する演算手段と
を備え、
ストレス電圧の時間波形が、一定周期の繰り返し波形であって、被検査デバイスの発熱による基板内部の光学的距離の時間変化を正弦波状とする時間波形であることを特徴とする、半導体検査装置。
A semiconductor inspection apparatus for specifying an abnormality occurrence location of a device to be inspected having a substrate,
Stress applying means for applying a stress voltage to the terminal electrode of the device under test;
A light source that generates light of a wavelength that passes through the substrate;
An interference optical system that irradiates a substrate with light provided from a light source and generates an interference image related to the light transmitted through the substrate;
Imaging means for capturing an interference image and generating imaging data;
Computation means for computing information for identifying the heat generation location of the device under test as an abnormality occurrence location based on the imaging data,
A semiconductor inspection apparatus characterized in that the time waveform of the stress voltage is a repetitive waveform of a constant period, and is a time waveform in which the temporal change of the optical distance inside the substrate due to heat generation of the device under test is sinusoidal.
演算手段は、干渉像に含まれる基板を透過した光の位相遅れの分布を、被検査デバイスの発熱箇所を特定するための情報として算出することを特徴とする、請求項1に記載の半導体検査装置。   2. The semiconductor inspection according to claim 1, wherein the calculation unit calculates a distribution of phase delay of light transmitted through the substrate included in the interference image as information for specifying a heat generation location of the device to be inspected. apparatus. ストレス電圧の時間波形が正弦波状であることを特徴とする、請求項1または2に記載の半導体検査装置。   3. The semiconductor inspection apparatus according to claim 1, wherein a time waveform of the stress voltage is a sine wave. ストレス電圧の時間波形が、一定周期の基本波に高調波が重畳された波形であることを特徴とする、請求項1または2に記載の半導体検査装置。   3. The semiconductor inspection apparatus according to claim 1, wherein the time waveform of the stress voltage is a waveform in which a harmonic is superimposed on a fundamental wave having a constant period. ストレス電圧の時間波形が、一定周期で繰り返される矩形波であることを特徴とする、請求項4に記載の半導体検査装置。   The semiconductor inspection apparatus according to claim 4, wherein the time waveform of the stress voltage is a rectangular wave repeated at a constant period. 被検査デバイスの端子電極が電源端子であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体検査装置。   6. The semiconductor inspection apparatus according to claim 1, wherein the terminal electrode of the device to be inspected is a power supply terminal. ストレス印加手段が、被検査デバイスの信号端子に通常動作時の信号を入力することを特徴とする、請求項6に記載の半導体検査装置。   7. The semiconductor inspection apparatus according to claim 6, wherein the stress applying means inputs a signal during normal operation to a signal terminal of the device to be inspected. 被検査デバイスの端子電極が信号端子であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体検査装置。   6. The semiconductor inspection apparatus according to claim 1, wherein the terminal electrode of the device to be inspected is a signal terminal. ストレス印加手段が、被検査デバイスの電源端子に通常動作時の電源電圧を供給することを特徴とする、請求項8に記載の半導体検査装置。   9. The semiconductor inspection apparatus according to claim 8, wherein the stress applying means supplies a power supply voltage during normal operation to a power supply terminal of the device to be inspected. 視野を移動させながら複数回の撮像を行うための機構を更に備え、
前記演算手段は、複数回の撮像により得られた複数の撮像データを相互に繋ぎ合わせて演算を行うことを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の半導体検査装置。
It further comprises a mechanism for performing multiple imaging while moving the field of view,
The semiconductor inspection apparatus according to claim 1, wherein the calculation unit performs calculation by connecting a plurality of pieces of imaging data obtained by a plurality of times of imaging.
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