JP2018205083A - 半導体検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の光学素子における光路の空間的精度を向上させることによって半導体デバイスを高精度に検査すること。
【解決手段】検査システム１は、光源３３と、ミラー４０ｂと、ガルバノミラー４４ａ，４４ｂと、ミラー４０ｂとガルバノミラー４４ａ，４４ｂを内部に保持し、光学素子を取り付けるための取付部４６を有する筐体３２と、ガルバノミラー４４ａ，４４ｂの振れ角を制御する制御部２１ａと、を備え、制御部２１ａは、半導体デバイスＤと光学的に接続される光路を、ガルバノミラー４４ａ，４４ｂ及びミラー４０ｂを通る第１光路Ｌ１と、ガルバノミラー４４ａ，４４ｂ及び取付部４６を通る第２光路Ｌ２との間で切り替えるように振れ角を制御し、かつ、第１光路Ｌ１に切り替えた際の振れ角と第２光路Ｌ２に切り替えた際の振れ角とが重複しないように、振れ角を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体デバイスを検査する半導体検査装置に関する。

従来から、テスト信号を印加しながら半導体デバイスを検査する装置が用いられている。例えば、下記特許文献１には、ガルバノミラーと、２つの光ファイバと、それらと光学的に結合可能なマルチファイバターレットとを備えた装置が知られており、一方の光ファイバはレーザスキャニングモジュール（以下、「ＬＳＭ」と呼ぶ。）に光学的に結合され、他方の光ファイバは単一光子検出器に光学的に接続されている。このような装置では、ＬＳＭによる半導体デバイスの検査と、単一光子検出器による発光計測とを切り替えて実行することが可能となる。

米国特許２００９／０２９５４１４号公報

上述した従来の半導体デバイスを検査する装置においては、各光学素子のそれぞれにおいて最適な光学系を設定することが望まれている。つまり、光学素子において光学系を共用する場合には各光学素子における光路の空間的な精度が低下する傾向にある。

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、複数の光学素子における光路の空間的精度を向上させることによって半導体デバイスを高精度に検査することが可能な半導体検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一形態に係る半導体検査装置は、半導体デバイスを検査する半導体検査装置であって、半導体デバイスに照射する光を発生させる第１の光源と、第１の光源と光学的に接続された導光素子と、第１の光源と導光素子を介して光学的に接続可能な位置に設けられた一対のガルバノミラーと、導光素子と一対のガルバノミラーを内部に保持し、一対のガルバノミラーと光学的に接続可能な位置に設けられた光学素子を取り付けるための第１の取付部を有する筐体と、一対のガルバノミラーの振れ角を制御する制御部と、を備え、制御部は、半導体デバイスと光学的に接続される光路を、一対のガルバノミラー及び導光素子を通る第１の光路と、一対のガルバノミラー及び第１の取付部を通る第２の光路との間で切り替えるように振れ角を制御し、かつ、第１の光路に切り替えた際の振れ角と、第２の光路に切り替えた際の振れ角とが重複しないように、振れ角を制御する。

上記形態の半導体検査装置によれば、半導体デバイスと光学的に接続される光路を第１の光路と第２の光路との間で切り替えるように一対のガルバノミラーの振れ角が制御される。これにより、第１の光源、及び導光素子を用いた半導体デバイスの測定と、第１の取付部に取り付けられる光学素子を用いた半導体デバイスの検査とを切り替えて実行可能にされる。このとき、第１の光路に切り替えた際のガルバノミラーの振れ角と、第２の光路に切り替えた際のガルバノミラーの振れ角とが重複しないように制御されるので、各測定系の光学系を独立に最適な状態に設定できる結果、各検査系における光路の空間的精度を向上させることができる。その結果、半導体デバイスを高精度に検査することができる。

上記形態の半導体検査装置においては、半導体デバイスからの光を検出する第１の光検出器をさらに備え、導光素子は第１の光検出器と光学的に接続されていてもよい。この場合、第１の光源、第１の光検出器、及び導光素子を用いた半導体デバイスの光の測定と、第１の取付部に取り付けられる光学素子を用いた半導体デバイスの検査とを切り替えて実行可能にされる。

また、半導体デバイスからの光を検出する第２の光検出器をさらに備え、第２の光検出器は、第１の取付部に取り付けられることにより、第２の光路を経由して光を検出可能とされていてもよい。この場合、半導体デバイスと光学的に接続される光路を第２の光路に切り替えられた際に、第２の光検出器を用いて半導体デバイスからの光を測定することができる。

また、第２の光検出器は、第１の取付部にコリメータレンズ及び光ファイバを介して取り付けられていてもよい。この場合、半導体デバイスと光学的に接続される光路を第２の光路に切り替えられた際に、コリメータレンズ及び光ファイバを介して第２の光検出器によって半導体デバイスからの光を測定することができる。

さらに、半導体デバイスに照射する光を発生させる第２の光源をさらに備え、第２の光源は、第１の取付部に取り付けられることにより、第２の光路を経由して光を照射可能とされていてもよい。この場合、半導体デバイスと光学的に接続される光路を第２の光路に切り替えられた際に、第２の光源を用いて半導体デバイスに光を照射して半導体デバイスを検査することができる。

またさらに、第２の光源は、第１の取付部にコリメータレンズ及び光ファイバを介して取り付けられていてもよい。この場合、半導体デバイスと光学的に接続される光路を第２の光路に切り替えられた際に、コリメータレンズ及び光ファイバを介して第２の光源を用いて半導体デバイスに光を照射して半導体デバイスを検査することができる。

また、半導体デバイスに照射する光を発生させる第２の光源と、半導体デバイスからの光を検出する第２の光検出器と、第２の光源と第２の光検出器と光学的に接続された光路分割素子をさらに備え、光路分割素子が第１の取付部に取り付けられることにより、第２の光路を経由して光を照射及び／又は検出可能とされていてもよい。この場合、半導体デバイスと光学的に接続される光路を第２の光路に切り替えられた際に、第２の光源を用いて半導体デバイスに光を照射しながら半導体デバイスからの光を測定することができる。

さらにまた、筐体は、一対のガルバノミラーと光学的に接続可能な位置に設けられた光学素子を取り付けるための第２の取付部をさらに有し、制御部は、第１の光路と、第２の光路と、一対のガルバノミラー及び第２の取付部を通る第３の光路との間で切り替えるように振れ角を制御し、かつ、第１の光路に切り替えた際の振れ角と、第２の光路に切り替えた際の振れ角と、第３の光路に切り替えた際の振れ角とが重複しないように、振れ角を制御することでもよい。この場合、半導体デバイスと光学的に接続される光路が第３の光路に切り替えられることで、第２の取付部に取り付けられる光学素子を用いた半導体デバイスの検査が切り替えて実行可能にされる。このとき、第１の光路に切り替えた際のガルバノミラーの振れ角と、第２の光路に切り替えた際のガルバノミラーの振れ角と、第３の光路に切り替えた際のガルバノミラーの振れ角が重複しないように制御されるので、各検査系の光学系を独立に最適な状態に設定できる結果、各検査系における光路の空間的精度を向上させることができる。その結果、半導体デバイスを高精度に検査することができる。

また、導光素子はミラーであってもよい。さらに、導光素子としてのミラーは、ダイクロイックミラーであり、筐体は、一対のガルバノミラーとダイクロイックミラーとを結ぶ延長線上に光学素子を取り付けるための第３の取付部をさらに有していてもよい。この場合、半導体デバイスと光学的に接続される光路が第１の光路に切り替えられた際に、第３の取付部に取り付けられる光学素子を用いた半導体デバイスの検査が可能とされる。

さらに、導光素子と光学的に接続された第３の光源をさらに備えていてもよい。こうすれば、半導体デバイスと光学的に接続される光路が第１の光路に切り替えられた際に、第３の光源を用いて半導体デバイスに光を照射しながら半導体デバイスの光の測定が可能とされる。

またさらに、第２の光検出器は、超電導単一光子検出器であってもよい。

本発明によれば、複数の光学素子における光路の空間的精度を向上させることによって半導体デバイスを高精度に検査することができる。

本発明の第１実施形態に係る検査システムの構成図である。 図１の光学装置３１Ａにおいて、第１の検査系に切り替えた状態での構成及び第１の光路を示す図である。 図１の光学装置３１Ａにおいて、第２の検査系に切り替えた状態での構成及び第２の光路を示す図である。 図１の計算機２１の制御部２１ａによって制御された一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂの振れ角の変更範囲を示すグラフである。 第２実施形態に係る光学装置３１Ｂの構成を示す図である。 第３実施形態に係る光学装置３１Ｃの構成を示す図である。 第４実施形態に係る光学装置３１Ｄの構成を示す図である。 第４実施形態にかかる計算機２１の制御部２１ａによって制御された一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂの振れ角の変更範囲を示すグラフである。 第４実施形態に係る光学装置３１Ｅの構成を示す図である。 変形例に係る光学装置３１Ｆの構成を示す図である。 変形例に係る光学装置３１Ｇの構成を示す図である。 変形例に係る光学装置３１Ｈの構成を示す図である。 変形例に係る光学装置３１Ｉの構成を示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る半導体検査装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
[第１実施形態]

図１に示されるように、第１実施形態に係る検査システム１は、被検査デバイス（ＤＵＴ：Device Under Test）である半導体デバイスＤにおいて故障箇所を特定する等、半導体デバイスＤを検査するための半導体検査装置である。また、検査システム１は、故障個所を特定する処理のほか、当該故障個所の周囲に当該故障個所を示すマーキングを行う処理等を行ってもよい。当該マーキングによって、故障解析の後工程において、検査システム１が特定した故障個所を容易に把握することができる。

半導体デバイスＤとしては、例えば、個別半導体素子（ディスクリート）、オプトエレクトロニクス素子、センサ／アクチュエータ、ロジックＬＳＩ（Large Scale Integration）、メモリ素子、若しくはリニアＩＣ（Integrated Circuit）等、又はそれらの混成デバイス等である。個別半導体素子は、ダイオード、パワートランジスタ等を含む。ロジックＬＳＩは、ＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）構造のトランジスタ、バイポーラ構造のトランジスタ等で構成される。また、半導体デバイスＤは、半導体デバイスを含むパッケージ、複合基板等であってもよい。半導体デバイスＤは、基板上にメタル層が形成されて構成されている。半導体デバイスＤの基板としては、例えばシリコン基板が用いられる。半導体デバイスＤは、サンプルステージ４０に載置されている。

この検査システム１は、信号印加部１１と、計算機２１と、表示部２２と、入力部２３と、光学装置３１Ａとを備えている。

信号印加部１１は、ケーブルを介して半導体デバイスＤに電気的に接続され、半導体デバイスＤに刺激信号を印加する。信号印加部１１は例えばテスタユニットであり、電源（図示せず）によって動作させられ、半導体デバイスＤに所定のテストパターンなどの刺激信号を繰り返し印加する。信号印加部１１は、変調電流信号を印加するものであってもよいし、ＣＷ（continuous wave）電流信号を印加するものであってもよい。信号印加部１１は、ケーブルを介して計算機２１に電気的に接続されており、計算機２１から指定されたテストパターンなどの刺激信号を、半導体デバイスＤに印加する。なお、信号印加部１１は、必ずしも計算機２１に電気的に接続されていなくてもよい。信号印加部１１は、計算機２１に電気的に接続されていない場合には、単体でテストパターンなどの刺激信号を決定し、該テストパターンなどの刺激信号を半導体デバイスＤに印加する。信号印加部１１は、所定の信号を生成して半導体デバイスＤに印加するパルスジェネレータであってもよい。

計算機２１は、ケーブルを介して光学装置３１Ａに電気的に接続されている。計算機２１は、例えばプロセッサ（ＣＰＵ：Central Processing Unit）、並びに記憶媒体であるＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＨＤＤ（Hard Disk Drive）等を含むコンピュータである。計算機２１は、記憶媒体に記憶されたデータに対し、プロセッサによる処理を実行する。また、計算機２１はマイコンやＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、クラウドサーバ等で構成されていてもよい。計算機２１は、光学装置３１Ａから入力された検出信号を基にパターン画像あるいは解析画像（例えば発光画像等）を作成する。ここで、解析画像だけでは、半導体デバイスＤのパターンにおける詳細な位置を特定することが難しい。そこで、計算機２１は、半導体デバイスＤからの反射光に基づくパターン画像と、半導体デバイスＤの解析画像とを重畳させた重畳画像を解析画像として生成する。

また、計算機２１は、作成した解析画像を表示部２２に出力する。表示部２２は、ユーザに解析画像等を示すためのディスプレイ等の表示装置である。表示部２２は、入力された解析画像を表示する。この場合、ユーザは、表示部２２に表示された解析画像から故障個所の位置を確認し、故障個所を示す情報を入力部２３に入力する。入力部２３は、ユーザからの入力を受け付けるキーボード及びマウス等の入力装置である。入力部２３は、ユーザから受け付けた、故障個所を示す情報を計算機２１に出力する。なお、計算機２１、表示部２２、及び入力部２３は、スマートデバイス端末であってもよい。

次に、図２及び図３を参照して、光学装置３１Ａの構成について説明する。図２は、光学装置３１Ａにおいて、第１の検査系に切り替えた状態での構成及び第１の光路を示す図、図３は、光学装置３１Ａにおいて、第２の検査系に切り替えた状態での構成及び第２の光路を示す図である。

図２及び図３に示すように、光学装置３１Ａは、筐体３２と、光源（第１の光源）３３と、光検出器（第１の光検出器）３４と、光検出器（第２の光検出器）３５と、筐体３２の内部に配置された内部光学系３６と、筐体３２の外部に配置された外部光学系３７とを備えている。

光源３３は、電源（図示せず）によって動作させられ、半導体デバイスＤのパターン像を生成するための半導体デバイスＤを照明する光を発生する。光源３３は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）光源等のインコヒーレント光源等である。光源３３はレーザ等のコヒーレント光源等でもよい。光源３３から出力された光は内部光学系３６及び外部光学系３７を経由して半導体デバイスＤに照射される。

光検出器３４は、半導体デバイスＤからの反射光を検出し、半導体デバイスＤの反射光の検出信号を計算機２１に出力する。例えば、光検出器３４は、光電子増倍管、ＰＤ（Photodiode）、ＡＰＤ（Avalanche Photodiode）等の受光素子である。半導体デバイスＤからの反射光は、外部光学系３７及び内部光学系３６を経由して光検出器３４に入射される。

光検出器３５は、半導体デバイスＤにテストパターン等の刺激信号が印加された際に、半導体デバイスＤで発生した発光を検出し、半導体デバイスＤの発光の検出信号を計算機２１に出力する。光検出器３５は、例えば、超電導単一光子検出器であるＳＳＰＤ（Superconducting Single Photon Detector）、光電子増倍管、あるいはＳｉＰＭ（Silicon Photomultipliers）等である。この光検出器３５には、外部光学系３７及び内部光学系３６を経由して半導体デバイスＤからの光が入射される。

内部光学系３６は、光ファイバ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ、コリメータレンズ３９ａ，３９ｂ，３９ｃ、ミラー４０ａ、導光素子（ミラー）４０ｂ、偏光ビームスプリッタ（以下、「ＰＢＳ」という）４１、１／４波長板４２、可変瞳４３、一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂ、瞳リレーレンズ４５を含んで構成されている。

光ファイバ３８ａ，３８ｂ，３８ｃの一端は、筐体３２の外部において、それぞれ、光源３３、光検出器３４、及び光検出器３５に光学的に接続され、光ファイバ３８ａ，３８ｂ，３８ｃの他端は、筐体３２の内部において、それぞれ、コリメータレンズ３９ａ，３９ｂ，３９ｃに光学的に接続されている。コリメータレンズ３９ａは、光源３３から照射された光を平行光に変換し、コリメータレンズ３９ｂ，３９ｃは、それぞれ、光検出器３４及び光検出器３５に入射する光を平行光に変換する。このように、光ファイバごとに独立したコリメートレンズによって後述する光走査部からの光を受光することで、半導体デバイスＤからの光の波長又は焦点に応じて最適な調整が可能とされる。

ミラー４０ａは、筐体３２の内部においてコリメータレンズ３９ａの光出力側に配置され、ＰＢＳ４１は、コリメータレンズ３９ｂの光入力側に配置され、ミラー４０ａ、ＰＢＳ４１、１／４波長板４２、可変瞳４３、ミラー４０ｂがこの順で一直線上に並んで配置されている。ミラー４０ａは、光源３３から出力された光をＰＢＳ４１に向けて反射させる。ＰＢＳ４１は、光源３３から出力された光のうちの直線偏光をミラー４０ｂに向けて透過させ、１／４波長板４２は、その直線偏光を円偏光に変換してミラー４０ｂに向けて出力する。また、１／４波長板４２は、ミラー４０ｂ側から入射した半導体デバイスＤからの反射光を、光源３３から出力された光の直線偏光と直交する方向の直線偏光に変換し、ＰＢＳ４１は、その反射光の直線偏光を光検出器３４に向けて反射させる。可変瞳４３は、ミラー４０ａとミラー４０ｂとの間の光路上に出し入れ可能に設けられ、瞳の大きさを変更するためのものである。

ミラー４０ｂは、上述したように、光源３３および光検出器３４と光学的に接続されている。詳細には、ミラー４０ｂは、光源３３から出力された光を反射して光走査部である一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂに向けて導光する。それとともに、ミラー４０ｂは、半導体デバイスＤからの反射光を一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂを経由して受けて、その反射光を、可変瞳４３、１／４波長板４２、ＰＢＳ４１、コリメータレンズ３９ｂ、光ファイバ３８ｂを経由して光検出器３４に入射させる。なお、本実施形態では導光素子としてミラーを用いているが、光源３３及び／又は光検出器３４と一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂとの間で導光可能な光学素子であれば光ファイバ等を用いてもよい。

一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂは、ミラー４０ｂを介して、光源３３および光検出器３４と光学的に接続可能に構成されるとともに、瞳リレーレンズ４５を介して外部光学系３７と光学的に接続されている。すなわち、一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂは、ミラー４０ｂの光源３３からの光の反射方向に配置され、その光を２次元的に走査させながら反射させることができる光走査部であり、例えば、所定軸を中心として振れ角を変更可能なガルバノミラーを２つ組み合わせた構成を有する。この一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂは、半導体デバイスＤに照射される光を半導体デバイス上で２次元的に走査することができる。加えて、一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂは、半導体デバイスＤの所定点における反射光あるいは発光を、２次元的に位置選択しながらミラー４０ｂまたはコリメータレンズ３９ｃの所定位置に向けて導光させることもできる。ここで、一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂを停止させた状態で、別に用意した光源を一方のミラーで反射させることにより、半導体デバイスＤを２次元的に照明するように構成されてもよい。一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂの振れ角は、計算機２１の制御部２１ａによって制御可能に構成されている。

コリメータレンズ３９ｃは、一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂと光学的に接続可能な筐体３２上の位置に設けられた取付部（第１の取付部）４６によって、筐体３２の内部に保持されている。この取付部４６は、筒状部材をなし、コリメータレンズ等の光学素子を筐体３２の内部に取り付けるための部位である。そして、光ファイバ３８ｃの他端は、取付部４６の内部において、コリメータレンズ３９ｃに光学的に接続される。

外部光学系３７は、ミラー４７ａ，４７ｂ，４７ｃ、瞳リレーレンズ４８、対物レンズユニット４９とを含んでいる。この外部光学系３７は、光源３３からの光を導光して半導体デバイスＤに入射させるとともに、半導体デバイスＤにおいて生じた反射光および発光を導光して内部光学系３６に入射させる。すなわち、内部光学系３６から入射した光源３３からの光は、ミラー４７ａで反射された後に瞳リレーレンズ４８を透過し、ミラー４７ｂ，４７ｃで順次反射された後に対物レンズユニット４９を通って半導体デバイスＤに照射される。一方、半導体デバイスＤにおける反射光あるいは発光は、対物レンズユニット４９を通った後にミラー４７ｃ，４７ｂによって順次反射され、瞳リレーレンズ４８を透過してからミラー４７ａによって反射されることにより、内部光学系３６に入射する。ここで、対物レンズユニット４９は、異なる倍率の複数の対物レンズを有し、ターレットによって切り替えられるように構成されてもよい。

上述したような構成の光学装置３１Ａは、計算機２１によって半導体デバイスＤと光学的に接続される光路を切り換えるように制御可能に構成されている。すなわち、計算機２１は、機能的構成要素として、制御部２１ａを有している。

計算機２１の制御部２１ａは、一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂの振れ角を制御することによって、半導体デバイスＤと光学的に接続される光路を、外部光学系３７と一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂ及びミラー４０ｂを経由する内部光学系３６とを含む第１の光路Ｌ１（図２）と、外部光学系３７と一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂ及び取付部４６内のコリメータレンズ３９ｃを経由する内部光学系３６とを含む第２の光路Ｌ２（図３）との間で切り替えるように、一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂの振れ角を制御する。具体的には、制御部２１ａは、ユーザから入力部２３を介して反射光の検査の実行が指示された場合には、第１の光路Ｌ１に切り替え、ユーザから入力部２３を介して発光の検査の実行が指示された場合には、第２の光路Ｌ２に切り替える。それと同時に、制御部２１ａは、一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂの振れ角を所定角度範囲内で順次変更することによって、半導体デバイスＤに照射される光を半導体デバイスＤ上で２次元的に走査するように制御するとともに、半導体デバイスＤの所定点における反射光あるいは発光を、２次元的に走査させながら位置選択して導光させるように制御する。

図４には、計算機２１の制御部２１ａによって制御された一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂの振れ角の変更範囲の一例を示している。図４のグラフにおいて、横軸Ｈは、制御部２１ａによって制御された一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂの一方向の振れ角を示し、縦軸Ｖは、制御部２１ａによって制御された一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂの一方向に垂直な他方向の振れ角を示している。本実施形態では、一方向は水平方向であり、他方向は鉛直方向である。制御部２１ａは、反射光の検査の実行が指示された場合には、予め設定された振れ角のオフセット値（Ｈ，Ｖ）＝（Ｈ１，Ｖ１）に一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂの振れ角を設定し、そのオフセット値（Ｈ１，Ｖ１）を中心とした一方向および他方向の所定角度の範囲（Ｈ１±ΔＨ１，Ｖ１±ΔＶ１）の角度範囲Ｗ１内で、振れ角を順次変更するように制御する。また、制御部２１ａは、発光の検査の実行が指示された場合には、予め設定された振れ角のオフセット値（Ｈ，Ｖ）＝（Ｈ２，Ｖ２）に一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂの振れ角を設定し、そのオフセット値（Ｈ２，Ｖ２）を中心とした一方向および他方向の所定角度の範囲（Ｈ２±ΔＨ２，Ｖ２±ΔＶ２）の角度範囲Ｗ２内で、振れ角を順次変更するように制御する。ここで、制御部２１ａは、第１の光路Ｌ１に切り替えた際の振れ角の範囲Ｗ１と、第２の光路Ｌ２に切り替えた際の振れ角の範囲Ｗ２とが重複しないように制御する。

計算機２１は、光検出器３４，３５から入力された検出信号を基に、パターン画像または発光画像（解析画像）を生成する機能も有する。すなわち、計算機２１は、制御部２１ａの制御によって光源３３からの光を半導体デバイスＤ上で走査しながら得られた検出信号を基に、半導体デバイスＤの２次元位置毎の反射光の強度を示すパターン画像を生成する。同様に、計算機２１は、制御部２１ａの制御によって半導体デバイスＤ上で観察位置を走査しながら得られた検出信号を基に、半導体デバイスＤの２次元位置毎の発光の強度を示す発光画像を生成する。さらに、計算機２１は、パターン画像と発光画像とを重畳させた重畳画像を解析画像として生成し、生成した解析画像を表示部２２に出力する。

以上説明した検査システム１によれば、半導体デバイスＤと光学的に接続される光路を第１の光路Ｌ１と第２の光路Ｌ２との間で切り替えるように一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂの振れ角が制御される。これにより、光源３３、光検出器３４、及びミラー４０ｂを用いた半導体デバイスＤの反射光の測定と、取付部４６に取り付けられる光検出器３５を用いた半導体デバイスＤの発光の検査とを切り替えて実行可能にされる。このとき、第１の光路Ｌ１に切り替えた際のガルバノミラー４４ａ，４４ｂの振れ角と、第２の光路Ｌ２に切り替えた際のガルバノミラー４４ａ，４４ｂの振れ角とが重複しないように制御されるので、各測定系の光学系を独立に最適な状態に設定できる結果、各検査系における光路の空間的精度を向上させることができる。その結果、半導体デバイスＤを高精度に検査することができる。

また、光学装置３１Ａにおいては、光検出器３５が取付部４６に取り付けられることにより第２の光路Ｌ２を経由して半導体デバイスＤの発光を検出可能とされている。この場合、半導体デバイスＤと光学的に接続される光路を第２の光路Ｌ２に切り替えられた際に、光検出器３５を用いて半導体デバイスからの発光を測定することができる。さらに、取付部４６を備えることで光検出器３５を他の光学素子に容易に置き換えることができ、最適な検査を実施できる。
[第２実施形態]

図５には、第２実施形態に係る光学装置３１Ｂの構成を示している。この光学装置３１Ｂは、光源３３および光検出器３４，３５に加えて、光源１３３を備える点が第１実施形態と相違する。

すなわち、光学装置３１Ｂは、当該故障個所を示すマーキングを行うためのレーザ光を照射する光源（第３の光源）１３３をさらに備える。この光源１３３は、一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂと光学的に接続可能な筐体３２上の位置に設けられた取付部（第３の取付部）１４６によって保持されたコリメータレンズ３９ｄおよび光ファイバ３８ｄを経由して、内部光学系３６と光学的に接続される。詳細には、この取付部１４６は、筒状部材をなし、コリメータレンズ等の光学素子を、一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂとダイクロイックミラー１４０ｂとを結ぶ延長線上の筐体３２の内部に取り付けるための部位である。さらに、光学装置３１Ｂは、ミラー４０ｂに代えて導光素子としてダイクロイックミラー１４０ｂを備え、光源１３３は、ダイクロイックミラー１４０ｂと光学的に接続されている。このダイクロイックミラー１４０ｂは、光源３３からの光を一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂに向けて反射し、一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂから入射した半導体デバイスＤの反射光を光検出器３４に向けて反射するとともに、光源１３３からのレーザ光を一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂに向けて透過させる。

この光学装置３１Ｂを備える検査システム１において、マーキングの処理が実行される際には、計算機２１の制御部２１ａが、半導体デバイスＤと光学的に接続される光路を、外部光学系３７と一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂ及びダイクロイックミラー１４０ｂを経由する内部光学系３６とを含む光路Ｌ３に切り替えるように、一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂの振れ角を制御する。具体的には、制御部２１ａは、ユーザから入力部２３を介してマーキング処理の実行が指示された場合には、光路Ｌ３に切り替える。この際には、予め、表示部２２に表示された解析画像を基にユーザによって故障箇所の位置が特定され、故障箇所を示す情報が入力部２３を用いて入力されている。制御部２１ａは、入力部２３から入力された故障箇所を示す情報を基に、その故障箇所に対応する振れ角となるように一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂの振れ角を制御する。これにより、半導体デバイスＤの故障箇所に相当する位置にレーザマーキングが行われる。

上記のような第２実施形態によっても、各測定系の光学系を独立に最適な状態に設定できる結果、各検査系における光路の空間的精度を向上させることができる。その結果、半導体デバイスＤを高精度に検査することができる。

なお、第２実施形態の変形例として、光源１３３としてシリコンのバンドギャップよりもエネルギーの低い1064nmの波長を有するレーザ光や、シリコンのバンドギャップよりもエネルギーの高い1300nmの波長を有するレーザ光を出力するレーザ光源を用いることで、半導体デバイスＤの故障解析を行ってもよい。このようなレーザ光源を用いることで、半導体デバイスＤから出力される電流又は電圧から故障解析を行なうことができる。
[第３実施形態]

図６には、第３実施形態に係る光学装置３１Ｃの構成を示している。この光学装置３１Ｃは、光源が２つのミラー４０ａ，４０ｂの間の光路に光学的に接続されている点が第２実施形態と相違する。

具体的には、光学装置３１Ｃは、内部光学系３６として、ミラー４０ａとＰＢＳ４１との間に配置されたダイクロイックミラー２４０を有し、光源１３３は、ダイクロイックミラー２４０とコリメータレンズ３９ａ及び光ファイバ３８ｄを介して光学的に接続されている。

このような構成においては、光源１３３から出力された光は、第１の光路Ｌ１を経由して半導体デバイスＤに照射することができる。光源１３３として、様々な種類の光源を用いることで、マーキングの処理を行ってもよい。また、光源１３３として、光源３３と異なる波長の光源を組み合わせることで、様々な波長の光を半導体デバイスＤに照射しながら反射光の観察あるいは故障解析を行ってもよい。
[第４実施形態]

図７には、第４実施形態に係る光学装置３１Ｄの構成を示している。この光学装置３１Ｄは、半導体デバイスＤと光学的に接続可能な光路を、第１の光路Ｌ１および第２の光路Ｌ２に加えて、第３の光路Ｌ４に切り換え可能な構成を有している。

具体的には、光学装置３１Ｄは、半導体デバイスＤの発光を検査するための光検出器３３５をさらに備える。この光検出器３３５は、一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂと光学的に接続可能な筐体３２上の位置に設けられた取付部（第２の取付部）３４６によって保持されたコリメータレンズ３９ｅおよび光ファイバ３８ｅを経由して、内部光学系３６と光学的に接続される。詳細には、この取付部３４６は、筒状部材をなし、コリメータレンズ等の光学素子を筐体３２の内部に取り付けるための部位である。

この光学装置３１Ｄを備える検査システム１において、光検出器３３５を用いた発光の検査処理が実行される際には、計算機２１の制御部２１ａが、半導体デバイスＤと光学的に接続される光路を、外部光学系３７と一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂ及び取付部３４６内のコリメータレンズ３９ｅを経由する内部光学系３６とを含む第３の光路Ｌ４に切り替えるように、一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂの振れ角を制御する。具体的には、制御部２１ａは、ユーザから入力部２３を介して発光検査処理の実行が指示された場合には、光路Ｌ４に切り替える。

図８には、計算機２１の制御部２１ａによって制御された一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂの振れ角の変更範囲の一例を示している。本実施形態の制御部２１ａは、光検出器３３５を用いた発光検査の実行が指示された場合には、予め設定された振れ角のオフセット値（Ｈ，Ｖ）＝（Ｈ４，Ｖ４）に一対のガルバノミラー４４ａ，４４ｂの振れ角を設定し、そのオフセット値（Ｈ４，Ｖ４）を中心とした一方向および他方向の所定角度の範囲（Ｈ４±ΔＨ４，Ｖ４±ΔＶ４）の角度範囲Ｗ４内で、振れ角を順次変更するように制御する。ここで、制御部２１ａは、第１の光路Ｌ１に切り替えた際の振れ角の範囲Ｗ１と、第２の光路Ｌ２に切り替えた際の振れ角の範囲Ｗ２と、第３の光路Ｌ４に切り替えた際の振れ角の範囲Ｗ４とが重複しないように制御する。

上記のような第４実施形態によっても、各測定系の光学系を独立に最適な状態に設定できる結果、各検査系における光路の空間的精度を向上させることができる。その結果、半導体デバイスＤを高精度に検査することができる。なお、本実施形態では、図９に示すように、取付部３４６には、光検出器３３５に代えて、半導体デバイスＤの照明、マーキング、加熱、あるいは光起電流の発生のための光源３３３が取り付けられてもよい。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。

例えば、第１実施形態においては光検出器３５がコリメータレンズおよび光ファイバを経由してガルバノミラー４４ａ，４４ｂに光学的に接続されていたが、図１０に示す変形例にかかる光学装置３１Ｆのように、光検出器３５がガルバノミラー４４ａ，４４ｂに光学的に直接接続されてもよい。

また、図１１に示す変形例にかかる光学装置３１Ｇのように、光検出器３５に代わりに取付部４６に半導体デバイスＤに照射する光を発生させる光源４３３が取り付けられてもよい。この際、光源４３３は、コリメータレンズおよび光ファイバを経由してガルバノミラー４４ａ，４４ｂに光学的に接続されてもよいし、ガルバノミラー４４ａ，４４ｂに光学的に直接接続されてもよい。

また、図１２に示す変形例にかかる光学装置３１Ｈのように、光源２３３と光検出器３３４とが光学的に接続された光路分割素子５０が取付部４６に取り付けられて構成されてもよい。光源２３３は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）光源等のインコヒーレント光源等、または、レーザ等のコヒーレント光源等である。光検出器３３４は、例えば光電子増倍管、ＰＤ（Photodiode）、ＡＰＤ（Avalanche Photodiode）等の受光素子である。光路分割素子５０は例えば光サーキュレータである。この場合は、光源２３３から半導体デバイスＤに対して第２の光路Ｌ５を経由して光を照射した際に、反射されて第２の光路Ｌ５を経由して戻ってくる光を光検出器３３４に導光して検出することができる。この場合、偏光素子５１として１／２波長板を光路Ｌ５上に配置し、任意の角度に回転させることで、任意の直線偏光となった光が半導体デバイスＤに照射されるようにしてもよい。また、光路分割素子５０として偏波保持光ファイバーカプラを用い、偏光素子５１として１／４波長板を光路Ｌ５上に配置させてもよい。この場合、光源２３３から出力された光を円偏光として半導体デバイスＤに照射し、半導体デバイスＤで反射して戻ってきた光を光検出器３３４へ導光させて検出することができる。

また、図１３に示す変形例にかかる光学装置３１Ｉのような構成であってもよい。すなわち、本変形例は、上述した実施形態とは異なり、導光素子４０ｂと光学的に接続されていた光検出器３４を有さず、第３実施形態のように複数の光源（光源３３及び光源１３３）を備え、光源２３３と光検出器３３４とが光学的に接続された光路分割素子５０を用いて、取付部４６に光源２３３と光検出器３３４が取り付けられるよう構成されてもよい。この場合、光源２３３から半導体デバイスＤに照射した光の反射光を光検出器３３４で検出してパターン像を生成したり、光源３３及び光源１３３から互いに波長の異なる光を生成して第１の光路Ｌ６を経由して半導体デバイスＤに照射することで故障解析を行ったりすることができる。

１…検査システム（半導体検査装置）、２１…計算機、２１ａ…制御部、３１Ａ〜３１Ｇ…光学装置、３２…筐体、３３…（第１の）光源、３４…（第１の）光検出器、３５…（第２の）光検出器、３８ａ〜３８ｅ…光ファイバ、３９ａ〜３９ｅ…コリメータレンズ、４０ｂ…導光素子（ミラー）、４４ａ，４４ｂ…一対のガルバノミラー、４６…（第１の）取付部、５０…光路分割素子、１３３…（第３の）光源、１４０ｂ…ダイクロイックミラー、１４６…（第３の）取付部、２４０…ダイクロイックミラー、３３３…（第２の）光源、３４６…（第２の）取付部、Ｄ…半導体デバイス、Ｌ１…（第１の）光路、Ｌ２…（第２の）光路、Ｌ４…（第３の）光路。

Claims (12)

1. 半導体デバイスを検査する半導体検査装置であって、
   前記半導体デバイスに照射する光を発生させる第１の光源と、
   前記第１の光源と光学的に接続された導光素子と、
   前記第１の光源と前記導光素子を介して光学的に接続可能な位置に設けられた一対のガルバノミラーと、
   前記導光素子と前記一対のガルバノミラーを内部に保持し、前記一対のガルバノミラーと光学的に接続可能な位置に設けられた光学素子を取り付けるための第１の取付部を有する筐体と、
   前記一対のガルバノミラーの振れ角を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記半導体デバイスと光学的に接続される光路を、前記一対のガルバノミラー及び前記導光素子を通る第１の光路と、前記一対のガルバノミラー及び前記第１の取付部を通る第２の光路との間で切り替えるように前記振れ角を制御し、かつ、
   前記第１の光路に切り替えた際の前記振れ角と、前記第２の光路に切り替えた際の前記振れ角とが重複しないように、前記振れ角を制御する、
   半導体検査装置。
2. 前記半導体デバイスからの光を検出する第１の光検出器をさらに備え、
   前記導光素子は前記第１の光検出器と光学的に接続されている、
   請求項１記載の半導体検査装置。
3. 前記半導体デバイスからの光を検出する第２の光検出器をさらに備え、
   前記第２の光検出器は、前記第１の取付部に取り付けられることにより、前記第２の光路を経由して前記光を検出可能とされている、
   請求項１又は２に記載の半導体検査装置。
4. 前記第２の光検出器は、第１の取付部にコリメータレンズ及び光ファイバを介して取り付けられている、
   請求項３記載の半導体検査装置。
5. 前記半導体デバイスに照射する光を発生させる第２の光源をさらに備え、
   前記第２の光源は、前記第１の取付部に取り付けられることにより、前記第２の光路を経由して前記光を照射可能とされている、
   請求項１又は２に記載の半導体検査装置。
6. 前記第２の光源は、第１の取付部にコリメータレンズ及び光ファイバを介して取り付けられている、
   請求項５記載の半導体検査装置。
7. 前記半導体デバイスに照射する光を発生させる第２の光源と、前記半導体デバイスからの光を検出する第２の光検出器と、前記第２の光源と前記第２の光検出器と光学的に接続された光路分割素子をさらに備え、
   前記光路分割素子が前記第１の取付部に取り付けられることにより、前記第２の光路を経由して前記光を照射及び／又は検出可能とされている、
   請求項１又は２に記載の半導体検査装置。
8. 前記筐体は、前記一対のガルバノミラーと光学的に接続可能な位置に設けられた光学素子を取り付けるための第２の取付部をさらに有し、
   前記制御部は、前記第１の光路と、前記第２の光路と、前記一対のガルバノミラー及び前記第２の取付部を通る第３の光路との間で切り替えるように前記振れ角を制御し、かつ、
   前記第１の光路に切り替えた際の前記振れ角と、前記第２の光路に切り替えた際の前記振れ角と、前記第３の光路に切り替えた際の前記振れ角とが重複しないように、前記振れ角を制御する、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体検査装置。
9. 前記導光素子は、ミラーである、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体検査装置。
10. 前記ミラーは、ダイクロイックミラーであり、
    前記筐体は、前記一対のガルバノミラーと前記ダイクロイックミラーとを結ぶ延長線上に光学素子を取り付けるための第３の取付部をさらに有する、
    請求項９記載の半導体検査装置。
11. 前記導光素子と光学的に接続された第３の光源をさらに備える、
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体検査装置。
12. 前記第２の光検出器は、超電導単一光子検出器である、
    請求項３記載の半導体検査装置。

Images