JP2900877B2

JP2900877B2 - 半導体デバイスの配線電流観測方法、配線系欠陥検査方法およびその装置

Info

Publication number: JP2900877B2
Application number: JP8093341A
Authority: JP
Inventors: 清二川
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2016-03-22
Also published as: US6028435A; KR100315326B1; JPH09257882A; KR970066600A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路等
の半導体デバイスの検査方法および検査のための装置に
関し、特に、例えば半導体集積回路チップ上の配線の通
電経路や配線系の欠陥の検査に用いて好適な、半導体デ
バイスの配線電流観測方法、検査方法およびそのための
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路等の半導体デバイスにつ
いての故障解析や検査の従来技術が、本発明者により例
えば特開平６−３００８２４号公報（発明の名称：「半
導体集積回路内部相互配線の検査方法および装置」）
や、あるいは特願平６−２３０６７２号（発明の名称：
「半導体集積回路チップ上の配線の通電状態を試験する
方法」等に提案されている。

【０００３】図１９は、上記公報に提案された、半導体
デバイスの検査装置の構成を示したものである。図１９
を参照して、試料台１１１には、試料としての集積回路
１１２が載置されている。可視レーザビーム発生部１１
３から出力される可視光としてのレーザビームは、顕微
鏡部１１４に入射し、集積回路１１２のチップ上に収束
して照射される。試料台１１１には、定電圧源１１５、
電流変化検出部１１７、およびテストパタン発生部１１
８が接続されている。テストパタン発生部１１８は、レ
ーザビーム１１９の照射される集積回路１１２をある特
定の状態に設定するためのテストパタンを発生する部分
である。試料台１１１に接続されたこれらの各部１１
５、１１７、１１８は、集積回路１１２の該当するピン
と電気的に接続されている。

【０００４】可視レーザビーム発生部１１３、定電圧源
１１５、電流変化検出部１１７、およびテストパタン発
生部１１８は、システム全体を制御すると共に取得した
信号の処理を行うためのシステム制御・信号処理部１２
１に接続されている。

【０００５】システム制御・信号処理部１２１は、所定
の制御動作や信号処理を行うものである。像表示部１２
２は、ＣＲＴ等のディスプレイ装置からなり、システム
制御・信号処理部１２１に接続されている。この像表示
部１２２には、取得した信号を処理した結果としての、
電流像または欠陥像が表示されるようになっている。

【０００６】この従来の半導体デバイスの検査装置で
は、可視光としてのレーザを集積回路１１２の対象とす
る領域に走査しながら照射している。なお、照射光とし
ては、これ以外にも、電子またはイオンビームであって
もよい。

【０００７】そして、照射光による温度上昇に起因した
抵抗の増加を、電流変化検出部１１７を用いて電流の変
化として検出する。例えばレーザビーム１１９の走査と
同期して対象とする配線の電流の変化を照射位置毎に輝
度の変化あるいは輝度をカラーに疑似的に置き換えた疑
似カラーとして像表示部１２２に表示するようにしてい
る。これにより、配線中のボイドや、Ｓｉの析出を検出
したり、配線に流れる電流の観測を行う。

【０００８】このようにして、検出あるいは観測が行わ
れる原理を以下に簡単に説明する。集積回路チップの配
線の箇所にビームを照射した際の温度上昇による電流の
変化をΔＩとする。

【０００９】配線の両端に定電圧が印加されているもの
とすると、電流の変化ΔＩは、次式（１）で近似するこ
とができる。

【００１０】ΔＩ≒−（ΔＲ／Ｒ）Ｉ …（１）

【００１１】ここで、Ｒはビームの照射がないときの配
線の抵抗値であり、ΔＲはビームの照射による配線の抵
抗の抵抗値変化分である。また、Ｉはビームの照射が行
われないときの配線に流れる電流である。

【００１２】配線の両端に定電流が印加されている場合
は、電圧の変化ΔＶは、次式（２）で表わすことができ
る。

【００１３】ΔＶ＝ΔＲ・Ｉ …（２）

【００１４】上式（２）において、ΔＲ、Ｉは、式
（１）と同じである。

【００１５】このように、定電圧を印加した場合、他の
条件を一定にしておけば、抵抗Ｒは観測対象の配線が決
まれば一定であるため、電流の変化ΔＩを観測すること
により、抵抗の変化ΔＲと電流Ｉの積が求められる。

【００１６】更に、電流Ｉを一定にすれば、配線内の各
場所での抵抗の変化ΔＲを判別することができる。ま
た、抵抗の変化ΔＲを一定にすれば電流Ｉの値を観測す
ることもできる。

【００１７】これらについて個々に説明を行う。以下の
説明では、式（１）に基づいて定電圧を印加した場合に
ついて行うが、定電流を印加した場合についても、式
（２）に基づけば同様である。

【００１８】（１）各場所ごとの抵抗の変化ΔＲの違い
の観測（配線系の欠陥の観測）：これは、上記特開平６
−３００８２４号公報において、欠陥（ボイドやＳｉ析
出）の検出法として記載されたものである。すなわち、
ビームの条件や、被照射箇所の材質、形状等が同一であ
れば、場所ごとの抵抗の変化ΔＲの違いは、それぞれの
箇所における熱伝導の違いによる。配線中に、ボイドや
Ｓｉ析出等の欠陥があれば、熱伝導が異なってくる。こ
の効果により、抵抗の変化ΔＲの違いが観測されること
が実験的にも確認されている。

【００１９】配線中のボイドやＳｉ析出は、集積回路の
信頼性を決定する要因として重要なものなので、この効
果は重要である。この目的で観測する像を欠陥像と呼
ぶ。

【００２０】（２）電流Ｉの観測：これは、特願平６−
２３０６７２号に提案されたものである。通常の場合に
は、配線のほとんどを占める欠陥のない配線部分に着目
すると、電流Ｉを観測することができる。この絶対値を
知るには、抵抗の変化ΔＲと抵抗Ｒのそれぞれの値を知
る必要があり、容易ではない。しかしながら、正常なも
のとの比較で異常電流の有無を知ることは容易にでき
る。特に、正常品において電流値の期待値がゼロに近い
場合には、不良品における異常電流の流れる経路が容易
に観測できる。この目的で観測する像を電流像と呼ぶ。

【００２１】以下の説明では、ビームにより照射された
箇所の抵抗が変化する現象を、簡単に「ＢＩＲＣＨ（Be
am Induced Resistance Change）」と呼ぶことにする。
日本語では、「ビーム照射加熱抵抗変化検出法」と呼ぶ
ことにする。

【００２２】このＢＩＲＣＨを、レーザ、電子、イオン
の個々に特定して呼ぶ場合には、それぞれ「ＯＢＩＲＣ
Ｈ（Optical Beam Induced Resistance Change）」、
「ＥＢＩＲＣＨ」（Electron Beam Induced Resistanc
e Change）、「ＩＢＩＲＣＨ」（Ion Beam Induced Res
istance Change）と呼ぶことにする。ここで、“Ｏ”は
“Optical”（光）の意味であり、“Ｅ”は“Electro
n”（電子）の意味であり、また、“Ｉ”は“Ion”（イ
オン）の意味している。

【００２３】なお、ビームによる加熱を使用する方法と
して、本発明の主題に関係する手法として、レーザビー
ムの加熱による熱電効果を利用した「ＮＢ−ＯＢＩＣ」
と呼ばれる方法も、配線系のボイド系の異常検出に有効
であることが示されている（小山等、９４年秋応物予稿
集、２２ａ−ＺＰ−１０，ｐ．５８６）。

【００２４】この方法が、ＢＩＲＣＨ法と異なる工程
は、対象となる集積回路に電圧を印加しないという点の
みであり、他は同じである。電圧が印加されておらず、
電流が流れていないため、この方法は、電流の観測には
用いることができない。

【００２５】ＮＢ−ＯＢＩＣの原理は、配線系に欠陥が
ある場合に、その近傍で、熱伝能が異なるために、ある
いは欠陥がある場合には、熱伝導状態が異なるため温度
勾配ができ、その結果、熱起電力が発生し、これが電流
として検出されるものであるとの説明が為されている。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したような、
従来の半導体デバイスの検査方法および装置については
次のような、２つの大きな問題があり、これが実製品へ
の適用の妨げとなっている。

【００２７】（１）第１の問題点として、レーザビーム
や電子ビームをチップに照射すると、基板の半導体中に
電子・正孔対が発生し、これによって電流が発生する。
これは光の場合にはＯＢＩＣ（Optical Beam Induced C
urrent）現象であり、電子の場合にはＥＢＩＣ（Electr
on Beam Induced Current）現象である。以下、簡単に
ＯＢＩＣ現象についてのみ説明するが、ＥＢＩＣ現象の
場合にも、ＯＢＩＣでの光をＥＢＩＣでの電子に置き換
えて考えればよいだけで、同様である。

【００２８】ＯＢＩＣ像は、前記したＯＢＩＲＣＨ像や
ＮＢ−ＯＢＩＣ像に、オーバラップする形で現われる。
通常の場合には、ＯＢＩＣ信号の方が、ＯＢＩＲＣＨ信
号やＮＢ−ＯＢＩＣ信号よりも強く、電流変化検出系の
ダイナミックレンジが両方の信号を増幅できるだけの十
分な幅を有しないことから、ＯＢＲＣＨ像やＮＢ−ＯＢ
ＩＣ像がＯＢＩＣ像に埋もれて見えなくなる。

【００２９】ＴＥＧ（Test Element Group；テスト素子
群）の場合には、ＯＢＩＣ信号が表われないような結線
が可能であるが、製品の場合には、通常は非常に困難で
ある。このことが、ＯＢＩＲＣＨ法とＮＢ−ＯＢＩＣ法
の実用上の大きな障害の１つになっていた。なお、ＴＥ
Ｇとは、例えば新しい製造プロセスの立上げ又はプロセ
ス変更の前に、回路特性評価やプロセス特性評価のため
にチップ上に搭載されるテスト素子群をいう。

【００３０】（２）第２の問題点は、光ビームの代わり
にイオンビームを用いた場合には、照射箇所がスパッタ
されるため、非破壊での検査が困難であるということで
ある。

【００３１】従って、本発明は、上記問題点に鑑みて為
されたものであって、その目的は、ビームの照射による
電子や正孔対の発生がなく、またイオンビームのような
破壊的な要素のない半導体デバイスの配線電流観測方
法、検査方法および装置を提供することにある。

【００３２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明に係る方法は、レーザ光源か
ら、その先端を先細り形状とし先端部に導入レーザ光の
波長程度以下の開口部を残して先端近傍が金属で覆われ
た、もしくは開口無しに先端近傍が金属で覆われた、光
ファイバーに、レーザ光を導入しながら、半導体デバイ
スの被観測領域に前記光ファイバーの先端部を接触さ
せ、前記レーザ光の導入による前記被観測領域への加熱
に伴って前記半導体デバイスの所定の端子に現われる電
流の変化又は電圧の変化を検出し、前記被観測領域の配
線系欠陥の検査を行うことを特徴とする。

【００３３】また、請求項２記載の発明に係る方法は、
レーザ光源から、その先端を先細り形状とし先端部に導
入レーザ光の波長程度以下の開口部を残して先端近傍が
金属で覆われた、もしくは開口無しに先端近傍が金属で
覆われた、光ファイバーに、レーザ光を導入しながら、
半導体デバイスの被観測領域に前記光ファイバーの先端
部を接触させ、前記レーザ光の導入による前記被観測領
域への加熱に伴って前記半導体デバイスの所定の端子に
現われる電流の変化又は電圧の変化を検出し、前記被観
測領域の配線電流の観測を行うことを特徴とする。

【００３４】そして、請求項３記載の発明に係る方法
は、レーザ光源から、その先端を先細り形状とし先端部
に導入レーザ光の波長程度以下の開口部を残して先端近
傍が金属で覆われた、もしくは開口無しに先端近傍が金
属で覆われた、光ファイバーに、レーザ光を導入しなが
ら、半導体デバイスの被観測領域に前記光ファイバー先
端部を非接触で近付け、前記レーザ光の導入による前記
被観測領域への加熱に伴って前記半導体デバイスの所定
の端子に現われる電流の変化又は電圧の変化を検出し、
前記被観測領域の配線系欠陥の検査を行うことを特徴と
する。

【００３５】さらに、請求項４記載の発明に係る方法
は、レーザ光源から、その先端を先細り形状とし先端部
に導入レーザ光の波長程度以下の開口部を残して先端近
傍が金属で覆われた、もしくは開口無しに先端近傍が金
属で覆われた、光ファイバーに、レーザ光を導入しなが
ら、半導体デバイスの被観測領域に前記光ファイバーの
先端部を非接触で近付け、前記レーザ光の導入による前
記被観測領域への加熱に伴って前記半導体デバイスの所
定の端子に現われる電流の変化又は電圧の変化を検出
し、前記被観測領域の配線電流の観測を行うことを特徴
とする。

【００３６】本発明においては、前記レーザ光源として
近赤外レーザ光源を用いてもよい。

【００３７】そして、請求項６記載の発明に係る装置
は、レーザ光源から、その先端を先細り形状とし先端部
に導入レーザ光の波長程度以下の開口部を残して先端近
傍が金属で覆われた、もしくは開口無しに先端近傍が金
属で覆われた、光ファイバーに、レーザ光を導入しなが
ら、半導体デバイスの被観測領域に前記光ファイバーの
先端部を接触状態又は非接触状態で走査する手段、前記
レーザ光の導入による前記被観測領域への加熱に伴って
前記半導体デバイスの所定の端子に現われる電流の変化
または電圧の変化を検出する手段、及び前記電流又は電
圧の変化を走査場所に対応させて、像として表示する手
段、を含むことを特徴とする。

【００３８】請求項７記載の発明に係る装置は、レーザ
光源から、その先端を先細り形状とし先端部に導入レー
ザ光の波長程度以下の開口部を残して先端近傍が金属で
覆われた、もしくは開口無しに先端近傍が金属で覆われ
た、光ファイバーに、レーザ光を導入しながら、半導体
デバイスの被観測領域に前記光ファイバーの先端部を接
触または非接触状態にてある一点に静止させる手段、前
記レーザ光の導入による被観測領域への加熱に伴ってこ
の半導体デバイスの所定の端子に現われる電流の変化又
は電圧の変化を検出する手段、及び、前記電流又は電圧
の変化の時間変化を表示する手段、を含むことを特徴と
する。

【００３９】本発明の概要を以下に説明する。本発明に
おいては、試料としての集積回路には、レーザ光源から
光ファイバー及びその先端のアパーチャを経て、（１）
アパーチャの熱の伝導または輻射、（２）アパーチャか
らの近接場光の照射、（３）アパーチャからの遠距離場
としての近赤外光の照射、の少なくとも一により加熱さ
れ、配線部分の加熱による抵抗変化により、集積回路の
所定の端子に電流又は電圧の変化が生じ、この変化を検
出し信号処理を行って、例えば電流像、欠陥像または電
流波形を表示させるようにしたものである。

【００４０】従来技術においては、可視光レーザビーム
を照射したのに対して、本発明においては、光ファイバ
ーの先端部にアパーチャを設け、（１）遠距離場として
の光は通さず、アパーチャ近傍での発熱のみを使用、ま
たは、（２）遠距離場としての光は通さず、近接場しみ
出しによる発熱のみを使用、または、（３）遠距離場と
しての光を通し、その加熱を使用（アパーチャの径が大
きい場合である。またこの場合は近赤外光を使用）した
ことにより、電子・正孔対の発生がなく、またイオンビ
ームのような破壊的な要素もなく、かつ、光ファイバー
先端部が非常に細いため、高空間分解能を達成したもの
である。

【００４１】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態を以
下に説明する。本発明は、その第１の実施の形態におい
て、（ａ）レーザ光源から光ファイバーにレーザ光を導
入しながら、半導体デバイスの被観測領域にこの光ファ
イバー先端のアパーチャ部を接触させ、（ｂ）このレー
ザ光の導入による被観測領域への加熱に伴って、この半
導体デバイスの所定の端子に現われる電流の変化または
電圧の変化を検出し、その被観測領域の配線系欠陥の検
査を行うようにしたものである。

【００４２】すなわち、本発明は、その第１の実施の形
態において、光ビームによる加熱の代わりに、レーザ光
源から光ファイバーに導入されたレーザ光による光ファ
イバー先端での発熱を用いる。

【００４３】光ビームの役割は、局所加熱を行うことで
あるので、可視光、電子あるいはイオンの代わりに、光
ファイバー先端での発熱を用いることができる。また、
光ファイバー先端での発熱を用いることで、従来技術と
して指摘した問題点は、一挙に解消することができる。

【００４４】このような光ファイバー先端での発熱を用
いる場合には、可視光のレーザビームや電子ビームを使
用した場合のような、電子・正孔対の発生がなく、ま
た、イオンビームのような破壊的要素もない。

【００４５】さらに、レーザビームの場合には、加熱部
の面積が、そのビーム断面積程度であり、その径は、例
えば６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザを用いたシステムで
は、０．４μｍ程度であったのに対して、本発明に係る
方法で用いられる光ファイバー先端のアパーチャー部の
径は、例えば２０ｎｍ程度とすることが可能とされ、大
幅に小さくできる。これにより、本発明は、欠陥検出の
感度や空間分解能が大幅に向上する。

【００４６】なお、被試験対象の半導体デバイスの電流
や電圧の変化を観測するために、必要に応じて、この半
導体デバイスに電圧や電流を供給するようにしてもよ
い。電圧や電流を、被試験対象の半導体デバイスに供給
すると、上述したＯＢＩＲＣＨ信号が得られる。一方、
半導体デバイスに電圧も電流も供給しないと、上述した
ＮＢ−ＯＢＩＣ信号のみが得られ、ＯＢＩＲＣＨ信号は
得られない。

【００４７】本発明の第１の実施の形態では、このよう
に光ファイバー先端での発熱による熱を集積回路等の半
導体デバイスの被観測領域に伝え、配線の局所的な加熱
により被観測領域の抵抗の変化を生じさせ、被観測領域
に流れる電流や電圧の変化を検出することで半導体デバ
イスの配線系の欠陥の検出を行うようにしている。

【００４８】被測定系に定電圧を印加した場合には、電
流変化の検出を行い、被測定系に定電流を印加した場合
には、電圧変化の検出を行う。

【００４９】この電流変化や電圧変化の検出は、集積回
路等の半導体デバイスのグランド端子以外の電源端子や
信号端子を用いて行ってもよい。また、電流や電圧の変
化を検出する端子以外は、接地しても開放（オープン）
にしてもよいし、他の適切な電位に固定してもよい。

【００５０】このように加熱手段として、光ファイバー
先端での発熱を使用することで、従来技術では不可能で
あった、製品における配線系の欠陥像の観測が高感度・
高分解能で可能になる。

【００５１】次に、本発明は、その第２の実施の形態に
おいて、（ａ）レーザ光源から光ファイバーにレーザ光
を導入しながら、半導体デバイスの被観測領域にこの光
ファイバー先端部を接触させ、（ｂ）このレーザ光の導
入による被観測領域への加熱に伴ってこの半導体デバイ
スの所定の端子に現われる電流の変化または電圧の変化
を検出してその被観測領域の配線電流の観測を行うよう
にしたものである。

【００５２】すなわち、本発明は、その第２の実施の形
態において、前記第１の実施の形態と同様に、レーザ光
源から光ファイバーにレーザ光を導入しながら、半導体
デバイスの被観測領域にこの光ファイバー先端のアパー
チャ部を接触させることで、被観測領域の局所的な加熱
を行うようにしている。そして、半導体デバイスの任意
の端子間に電流または電圧変化が生じたときには、これ
を検出し、これにより配線電流の観測を行うようにして
いる。

【００５３】なお、本発明の第２の実施の形態において
は、前記第１の実施の形態とは異なり、半導体デバイス
の電流や電圧の変化を見るために、この半導体デバイス
に電圧や電流を必ず供給することが必要であることはい
うまでもない。

【００５４】そして、本発明は、その第３の実施の形態
において、（ａ）レーザ光源から光ファイバーにレーザ
光を導入しながら、半導体デバイスの被観測領域にこの
光ファイバー先端部を非接触で近づけ、（ｂ）このレー
ザ光の導入による被観測領域への加熱に伴って、この半
導体デバイスの所定の端子に現われる電流の変化または
電圧の変化を検出し、その被観測領域の配線系欠陥の検
査を行うようにしたものである。

【００５５】すなわち、本発明は、その第３の実施の形
態において、前記第１の実施の形態とは相違して、光フ
ァイバー先端のアパーチャ部を被観測領域に接触させな
い。この場合、熱は、光ファイバー先端のアパーチャ部
からの熱放射か、及び／又は、光ファイバー先端のアパ
ーチャ部からの近接場光のしみ出しのエネルギーによる
加熱により、被観測領域に供給される。電流や電圧の変
化の観測に関しては、前記第１の実施の形態で説明した
ものと同様である。

【００５６】さらに、本発明は、その第４の実施の形態
において、（ａ）レーザ光源から光ファイバーにレーザ
光を導入しながら、半導体デバイスの被観測領域にこの
光ファイバー先端部を非接触で近付け、（ｂ）このレー
ザ光の導入による被観測領域への加熱に伴ってこの半導
体デバイスの所定の端子に現われる電流の変化または電
圧の変化を検出してその被観測領域の配線電流の観測を
行うようにしたものである。

【００５７】すなわち、本発明は、その第４の実施の形
態において、前記第２の実施の形態とは相違して、光フ
ァイバー先端のアパーチャ部を被観測領域に接触させな
い。この場合、熱は、光ファイバー先端のアパーチャ部
からの熱放射か、光ファイバー先端のアパーチャ部から
の近接場光のしみ出しのエネルギーによる加熱かによ
り、被観測領域に供給される。電流や電圧の変化の観測
に関しては、第２の実施の形態で説明したものと同様で
ある。

【００５８】また、本発明は、その第５の実施の形態に
おいて、前記第１から第４の実施の形態において用いら
れたレーザ光源として、近赤外光を用いるようにしたも
のである。

【００５９】本発明の第５の実施の形態においては、光
ファイバー先端のアパーチャ部からの熱の放射や、伝
導、または、光ファイバー先端のアパーチャ部からの近
熱場光のしみ出しを利用するだけでなく、遠距離場とし
ての光放射による加熱をも利用する。遠距離場としての
光放射による加熱をも利用する場合には、近赤外光を用
いる必要があるのは、以下の理由による。

【００６０】すなわち、ＯＢＩＣ信号の発生を防ぐため
には、Ｓｉのバンドギャップエネルギー（１．１２ｅＶ
［３００Ｋ］^*）よりも低エネルギー、より正確には、
さらにこれから伝導帯・ドナー間のエネルギー（Ｐ：
０．０４４ｅＶ，Ａｓ：０．０４９ｅＶ^*の大きい方）
と、アクセプター・価電子帯間のエネルギー（Ｂ：０．
０４５ｅＶ^*）を差し引いたエネルギー（１．０２６ｅ
Ｖ，１．２０８μｍ）よりも低エネルギーの電磁波すな
わち約１．２１μｍ以上の赤外線を用いればよい（例え
ば文献［S.M. Sze, Physics of Semiconductor Device
s, John Wiley & Sons, Physics of Semiconductor Dev
ices, John Wiley & Sons, p.30 (1969)］参照）。

【００６１】さらにまた、本発明は、その第６の実施の
形態において、レーザ光源から光ファイバーにレーザ光
を導入しながら、半導体デバイスの被観測領域にこの光
ファイバー先端部を接触させながらまたは非接触で走査
する手段と、このレーザ光の導入による被観測領域への
加熱に伴ってこの半導体デバイスの所定の端子に現われ
る電流の変化または電圧の変化を検出する手段と、この
電流または電圧の変化を走査場所に対応させて、像とし
て表示する手段と、を半導体デバイスの検査装置に具備
したものである。これにより、欠陥像と電流像の観測が
可能となる。

【００６２】本発明は、その第７の実施の形態におい
て、レーザ光源から光ファイバーにレーザ光を導入しな
がら、半導体デバイスの被観測領域にこの光ファイバー
先端部を接触または非接触である一点に静止させる手段
と、このレーザ光の導入による被観測領域への加熱に伴
ってこの半導体デバイスの所定の端子に現われる電流の
変化または電圧の変化を検出する手段と、この電流また
は電圧の変化の時間変化を表示する手段と、を半導体デ
バイスの検査装置に具備したものである。これにより、
電流波形の観測が可能となる。

【００６３】

【実施例】上記した本発明の実施の形態をより詳細に説
明すべく、本発明の各実施例を図面を参照して以下に説
明する。

【００６４】図１は、以上説明した、本発明の実施の形
態に係る検査の基本概念を示したものである。図１を参
照すると、半導体デバイスの配線２０１に光ファイバー
先端２０２からの熱が加えられ、場合によっては、図中
破線で示した矢印２０３方向に走査されるものとする。
なお、図１に示したように、光ファイバーは、その先端
２０２が、部分拡大図として示すように、先細りとなる
ように加工され、その表面は好ましくはＡｌ（アルミニ
ウム）またはＡｕ（金）によるコーティングが施され、
「アパーチャ」と呼ばれる先端部のみファイバーがむき
出し状態とされている。

【００６５】この光ファイバーおよびその先端部の構造
は、フォトン走査トンネル顕微鏡に用いられているもの
であり、通常、アパーチャの直径は２０ｎｍ程度が加工
可能な最小寸法である（例えば文献［大津元一、「フォ
トン走査トンネル顕微鏡技術」、応用物理、第６５巻、
第１号、ｐｐ．２−１２］参照）。

【００６６】配線２０１に電流２０４が流れている場
合、光ファイバー先端２０２からの熱によって、配線２
０１の温度ＴがΔＴ上昇し、その結果、配線の抵抗がΔ
Ｒ増加する。その結果、電流がΔＩ減少する。

【００６７】温度の変化ΔＴの大きさは、ボイド等の欠
陥があると増大するため、抵抗の変化ΔＲも増大し、電
流の変化ΔＩの絶対値｜ΔＩ｜も増大する。

【００６８】従って、この配線に流れる電流値Ｉの変化
ΔＩを検出することによって、半導体デバイスの配線長
の欠陥の検査を行うことができる。

【００６９】また電流の変化ΔＩは、配線に流れる電流
Ｉに比例するため電流の変化ΔＩをチップの外部から観
測することにより、チップ上の配線に流れる電流Ｉを知
ることができる。また、チップ上で電流が流れている経
路も知ることができる。

【００７０】図２は、比較の為に従来から用いられてい
る可視光等による半導体デバイスの検査の基本概念を対
比して表わしたものである。図１と同一の要素には、同
一の参照符号を付し、同一要素についてはその説明の重
複を避けるべく適宜省略するものとする。

【００７１】図２を参照して、配線２０１には電源２１
１を接続することで電流２０４を流すことができる。ま
た、電流変化検出部２１２を接続することで電流の変化
を検出することができる。

【００７２】従来技術の検査では、光ファイバー先端２
０２からの熱（図１参照）の代わりに、可視レーザ、電
子あるいはイオンビーム２１３の照射による熱を用いて
いる。そして、図１で説明したと同様の各種の変化を検
出することで、半導体デバイスの検査を行うようにして
いる。このため、前記した各種問題が発生する。

【００７３】

【実施例１】図３は、本発明の第１実施例に係る半導体
デバイスの検査装置における配線電流観測および配線系
欠陥検査の原理を示したものである。図３を参照して、
本実施例は、集積回路に電圧を印加する第１の工程（ス
テップＳ１０１）と、光ファイバー先端からの熱を集積
回路チップの被観測領域に加える第２の工程（ステップ
Ｓ１０２）と、この際に集積回路のグランド端子から流
れる電流の変化を検出する第３の工程（ステップＳ１０
３）と、の３つの工程からなる。

【００７４】なお、光ファイバー先端からの熱を集積回
路チップの被観測領域に加える方法としては、光ファイ
バー先端部が集積回路チップに、（ａ）接触する場合、
（ｂ）接触しない場合、の２通りがある。

【００７５】また、加熱の仕方としては、（１）光ファイバー先端部の熱が伝導（接触）、または
輻射（非接触）により伝わり加熱される（２）光ファイバー先端のアパーチャからの近接場光が
しみ出し、加熱される（非接触状態）（３）光ファイバー先端のアパーチャからの遠距離場と
しての近赤外光が照射される（この場合レーザ光源は近
赤外光）ことにより加熱される（非接触状態）といった
３通りの場合がある。なお、上記（１）の場合には、ア
パーチャはなくてもよい。すなわち、光ファイバーはＡ
ｌまたはＡｕで先端を全てコーティングされる。

【００７６】非接触の場合には、（１）の輻射、（２）
および（３）による加熱の混合の効果であるが、光ファ
イバー先端のアパーチャとチップ表面の距離がある程度
離れると、（２）の近接場の影響はなくなる。

【００７７】遠距離場としての光の照射による加熱は、
光の波長が上述のように、約１．２１μｍより短い場合
には、ＯＢＩＣ信号を発生させるため、（３）のように
近赤外（正確には１．２１μｍ以上の波長）を使う必要
がある。この場合、あまり長波長にするとビームが絞れ
なくなり、観測の感度及び空間分解能が悪くなる。逆に
短波長にすると、ＯＢＩＣ信号が強くなり、ＯＢＩＲＣ
Ｈ信号の妨げとなる。本実施形態では、１．３μｍの波
長のレーザダイオードを使用した。

【００７８】以下、特に区別する必要が無い場合には、
上記（ａ）、（ｂ）および（１）、（２）、（３）の区
別をせずに、「光ファイバー先端による加熱」というも
のとする。

【００７９】図３におけるステップＳ１０３の電流変化
の検出は、グランド端子を用いずに電源端子や信号端子
を用いることも可能である。しかしながら、出力をオー
プンにしておけば、集積回路に流れる全電流がグランド
端子に流れるので、通常はグランド端子は変化を検出す
る箇所として最も適している。このように変化の検出を
行う際に、入力端子から集積回路の特定の状態を設定す
るためのテストパタンを入力するようにすれば、その特
定の状態での観測が可能になる。

【００８０】図４は、本実施例における、半導体デバイ
スの検査装置の原理を示したものである。従来のＯＢＩ
ＲＣＨ法による可視光レーザの代わりに、光ファイバー
先端１１から熱が、被試験デバイスである集積回路１２
の集積回路チップ１３に加えられる。集積回路１２の電
源端子１４には一端を接地した定電圧源１５が接続され
ており、グランド端子１６とグランドの間には電流変化
を検出するための電流変化検出部１７が接続されてい
る。

【００８１】電流変化検出部１７において、光ファイバ
ー先端１１からの加熱により検出される電流変化をΔＩ
とし、この加熱による抵抗変化をΔＲとすると、次式
（３）が成立する。

【００８２】

【数１】

【００８３】ここで電流Ｉは、光ファイバー先端１１か
ら加熱された配線に流れる電流値をいう。配線にボイド
等の欠陥があると、抵抗値が増大し、これによりこの電
流値に変化が生ずる。

【００８４】本発明の第１の実施例では、このように加
熱手段として光ファイバー先端１１からの加熱を使用す
ることにより、従来の方法では不可能であった、製品で
のＯＢＩＲＣＨ像やＮＢ−ＯＢＩＣ像の観測が可能にな
り、電流経路の観測による故障箇所の絞り込みから欠陥
像の観測による非破壊の物理的な解析までの一連の解析
や検査が１台の装置で可能になる。

【００８５】図５は、本発明の第１の実施例における半
導体デバイスの検査装置の構成を示したものである。

【００８６】図５を参照して、試料台２１には試料とし
て集積回路１２が載置されている。レーザ光源２３で発
生したレーザ光は、光ファイバー２４からその先端１１
に達し、上述のメカニズムで集積回路１２のチップ上を
加熱する。試料台２１には、図４にも示した定電圧源１
５および電流変化検出部１７が接続されており、更にテ
ストパタン発生部２６が接続されている。テストパタン
発生部２６は、試料としての集積回路１２を、ある特定
の状態に設定するためのテストパタンを発生するもので
ある。試料台２１に接続された、これらの定電圧源１
５、電流検出部１７、テストパタン発生部２６は、集積
回路１２の該当するピンと電気的に接続されている。

【００８７】定電圧源１、電流変化検出部１７、レーザ
光源２３およびテストパタン発生部２６は、システム全
体を制御すると共に取得した信号の処理を行うためのシ
ステム制御・信号処理部２７に接続されている。システ
ム制御・信号処理部２７は、いずれも不図示の、ＣＰＵ
（中央処理装置）と制御プログラムを格納したＲＯＭ
（リード・オンリ・メモリ）や作業用のＲＡＭ（ランダ
ム・アクセス・メモリ）などからなる記憶部を備えてお
り、所定の制御動作や信号処理を行うようになってい
る。

【００８８】像・波形表示部２８はＣＲＴ等のディスプ
レイ装置からなり、このシステム制御・信号処理部２７
に接続されている。像・波形表示部２８には、取得した
信号を処理した結果としての電流像、欠陥像または電流
波形が表示されるようになっている。

【００８９】本発明の第１の実施例による半導体デバイ
スの検査装置は、従来のＯＢＩＲＣＨ法によるレーザビ
ームによる加熱を光ファイバー先端からの加熱に置き換
えたものである。これを、本明細書では、「ＯＦＩＲＣ
Ｈ−ＢＶＩ（Optical Fiberheat Induced Resistance C
Hange-BVI）」と表記する。ただし「ＢＶＩ」は、バイ
アス（Bias）印加法のうちの、電圧印加、電流検出法で
あることを示すものである。

【００９０】バイアス印加の有無と電流検出か電圧検出
かの違いによって、半導体デバイスの検査方法には、４
つのバリエーションがある。

【００９１】本発明の第１の実施例では、このうちの１
つを扱っており、他の３つは後に第２〜第４の実施例と
して説明する。

【００９２】再び図５を参照して、試料台２１はＸ軸、
Ｙ軸およびＺ軸の３方向に各々移動自在とされている。
この試料台２１に試料としての集積回路１２を載置した
後、試料台２１ごと移動させて集積回路１２を光ファイ
バー先端１１から加熱すべき位置まで移動させる。

【００９３】この後に、定電圧源１５から集積回路１２
に電力を供給し、光ファイバー先端１１で集積回路１２
の観測したい領域を加熱する。そして、電流像や欠陥像
を観測するときには、光ファイバー先端１１を被観測領
域で走査し、電流波形を観測するときには被観測点とし
ての１点に光ファイバー先端１１を静止する。また集積
回路１２の特定の状態を観測したいときには、テストパ
タン発生部２６からテストパタンを発生させ、所望の特
定状態にして、光ファイバー先端１１からの加熱を行
う。

【００９４】図６は、電流像や欠陥像を取得する際の処
理動作の流れを示したものである。この処理動作の全体
的な制御は、前記したシステム制御・信号処理部２７の
ＣＰＵによって行われる。

【００９５】図６を参照して、まず、ＣＰＵはレーザ光
源をオンし、光ファイバー先端で加熱できる状態にした
後、デジタル的に走査を開始させる（ステップＳ２０
１）。各走査点の滞流時間は２μＳに設定されている。

【００９６】この状態で電流変化検出部１７は各走査点
での滞留時間内での電流変化を平均化し、電圧に変換す
る（ステップＳ２０２）。システム制御・信号処理部２
７はこの電圧をアナログ／ディジタル変換（ＡＤ変換）
して、前記した記憶部のその走査点に対応したメモリ番
地に記憶させる（ステップＳ２０３）。

【００９７】本実施形態では８ビット、すなわち２５６
階調にＡＤ変換して記憶を行う。このようなステップＳ
２０２およびステップＳ２０３の処理は、被観察領域の
全領域が走査されるまで繰り返される（ステップＳ２０
４）。

【００９８】全領域の走査が終了したら、光ファイバー
先端１１での加熱を終了させると共に、走査領域に対応
したＣＲＴの領域上の各メモリ番地に対応した点に、記
憶した電圧値に対応した輝度で２５６階調の表示が行わ
れる（ステップＳ２０５）。このような輝度表示の代わ
りに、記憶した電圧値をカラーの各色に対応させて、２
５６色の疑似カラーで表示を行うようにしてもよい。

【００９９】このように、電流像や欠陥像を取得する際
には、光ファイバー先端１１を試料としての集積回路１
２の被観察領域でディジタル的に走査を行う（ステップ
Ｓ２０１）。具体的には縦５１２×横５１２の合計２６
２，１４４点の走査が行われる。各点での滞流時間は２
μＳで、１回の走査は約０．５秒となる。

【０１００】図７は、電流波形を取得する際の処理動作
を示したものである。電流波形を取得する際には、レー
ザ光源２３からの光を周期２μＳ、パルス幅１μＳのパ
ルス状にして、集積回路１２の被観測点を加熱する（ス
テップＳ３０１）。

【０１０１】電流変化検出部１７では、各パルスの照射
時間内での電流変化を平均化して電圧に変換する（ステ
ップＳ３０２）。システム制御・信号処理部２７はこの
電圧をＡＤ変換して、前記した記憶部のその時間に対応
したメモリ番地に記憶する（ステップＳ３０３）。

【０１０２】本実施例では、電圧は８ビットすなわち２
５６階調でＡＤ変換される。集積回路１２に対して光フ
ァイバー先端１１による加熱が所望の時間行われるまで
（ステップＳ３０４）、ステップＳ３０２およびステッ
プＳ３０３の動作が繰り返される（ステップＳ３０４；
ＮＯの分岐参照）。

【０１０３】所望の時間の加熱が経過したら（ステップ
Ｓ３０４；ＹＥＳの分岐参照）、レーザ光源２３からの
光の発生を終了させると共に、像・波形表示部２８とし
てのＣＲＴに、横軸を時間、縦軸を電圧値に対応させ
て、メモリ番地に対応した各時間点に、記憶した電圧値
をプロットする（ステップＳ３０５）。この縦軸を電流
値として読み変えれば、電流波形が得られる。この際、
更に高い時間分解能を得たい場合には、パルス幅と周期
を短くすればよい。

【０１０４】一度の照射で十分なＳ／Ｎ比（信号対雑音
比）が得られない場合でも、被測定電流が周期的な場合
には、この図７のステップＳ３０２からステップＳ３０
４までの処理を電流の周期と同期させ、前記した記憶部
に記憶した電圧を積算した後に平均化すればよい。これ
により、Ｓ／Ｎ比を改善することが可能になる。

【０１０５】次に、この第１の実施例による集積回路１
２の検査について説明する。

【０１０６】集積回路１２のチップ上の配線系の検査を
行う場合、まず、集積回路１２の被観察領域が光ファイ
バー先端１１で加熱可能な位置に来るように、試料台２
１を移動させる。そして、定電圧源１５から集積回路１
２に電力を供給し、集積回路１２を所望の電気的な状態
に設定するためにテストパタン発生部２６から所定のテ
ストパタンを発生させ、所望の状態を設定する。

【０１０７】この状態で、光ファイバー先端１１で被観
察領域を加熱し、この領域をディジタル的に走査を開始
する（図６のステップＳ２０１参照）。その後、すでに
説明した通り、図６に示したステップＳ２０２〜Ｓ２０
５に従う処理を行って、電流像または欠陥像を得ること
ができる。

【０１０８】この電流像または欠陥像を観測した結果、
ある特定の時点での電流波形を得たい場合には、図７に
示したステップＳ３０１〜Ｓ３０５の処理によってその
電流波形を得ることができる。

【０１０９】

【実施例２】図８は、本発明の第２の実施例に係る半導
体デバイスの検査装置における半導体デバイスの検査方
法の原理を示したものである。この実施例に係る方法
は、ＯＦＩＲＣＨ−ＢＶＩでバイアスをゼロにしたもの
に相当し、「ＯＦＩＲＣＨ−ＮＢＩ」（ＮｏｎＢｉａ
ｓで、電流を検出する方法であることを示す）と表記す
る。

【０１１０】本発明の第２の実施例の方法においては、
光ファイバー先端で集積回路チップ上を加熱し（ステッ
プＳ１１１）、この集積回路のグランド端子から出力さ
れる電流の変化を検出するようにしている（ステップＳ
１１２）。電流変化の検出は、グランド端子ではなく電
源端子や信号端子で行うようにしてもよい。また、電流
を検出する端子以外の端子は、接地しても開放（オープ
ン）にしてもよいし、他の適切な電位に固定してもよ
い。以上のような組み合わせは莫大な数になるが、本実
施例では、グランド端子から出力される電流の変化を検
出する２つの例を次に示す。

【０１１１】図９は、本実施例に係る半導体デバイスの
検査装置の構成の一例を示したものであり、集積回路１
２の電源端子１４が接地された状態を表わしたものであ
る。図９において、前記第１の実施例の説明で参照した
図４と、同一要素には同一の参照符号を付しており、こ
れらの説明を適宜省略する。

【０１１２】光ファイバー先端１１からの加熱により、
加熱箇所の熱電能が作用し、電位差が発生した際の電流
変化ΔＩが検出される。

【０１１３】図１０は、本実施例における、半導体デバ
イスの検査装置の構成の他の例を示したものであり、集
積回路１２の電源端子１４が開放（オープン）された状
態を示したものである。図１０において、図９と同一要
素には同一の参照符号を付しており、これらの説明を適
宜省略する。

【０１１４】この場合も、光ファイバー先端１１からの
加熱により、加熱箇所の熱電能が作用し、電位差が発生
した際の電流変化ΔＩが検出される。電流の発生は過渡
的であるため、このように電源端子がオープンの場合に
も電流変化ΔＩの検出が可能である。

【０１１５】熱電能による電流発生の正確なメカニズム
は未だ明らかにされていないが、現時点では２通りの解
釈がされている。１つの解釈は、欠陥が存在する箇所の
熱電能は、欠陥が存在しない箇所のそれと異なるため、
電流が発生し、欠陥を検出できるとするものである。も
う１つの解釈は、欠陥がある箇所で熱伝導が変化するた
め、温度勾配の不均一ができて、熱電能による電流が発
生するとするものである。

【０１１６】図１１は、本発明の第２の実施例による半
導体デバイスの検査装置すなわち配線系欠陥検査装置の
構成を示したものである。図１１において、前記第１の
実施例の説明で参照した図５と同一要素には同一の参照
符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。

【０１１７】図１１を参照して、本発明の第２の実施例
に係る装置では、定電圧源１５およびテストパタン発生
部２６を括弧で囲って示しているが、これはこれら定電
圧源１５およびテストパタン発生部２６が存在する場合
と存在しない場合の２つの場合があることを示すもので
ある。

【０１１８】（１）定電圧源１５およびテストパタン発
生部２６が存在しない場合：この場合には、光ファイバ
ー先端１１での加熱箇所によらず、図９または図１０に
示した原理による観測ができる。

【０１１９】（２）定電圧源１５およびテストパタン発
生部２６が存在する場合：この場合には、装置の構成が
第１の実施形態の図５で示したものと同一になる。すな
わち、光ファイバー先端１１で加熱した配線に十分な電
流が流れている場合には、図４に示した原理で観測が行
われる。これは、前記第１の実施例と同じである。

【０１２０】これに対して、赤外線レーザビーム１１の
照射箇所の配線に十分な電流が流れていない場合には、
図９又は図１０に示した原理による観測が行われること
になる。

【０１２１】この第２の実施例の場合には、電流像や電
流波形の観測はできず、欠陥像の観測ができるのみであ
る。しかし、電流が流れていない箇所の観測も可能であ
り、この点で第１の実施例に比べて、観測可能な場合が
多い。但し、欠陥像の観測の場合における、欠陥の検出
感度および空間分解能は、図４に示した原理による方
が、図９又は図１０に示した原理によりも、優っている
ことが実験的に示されている。したがって、双方の特徴
を生かした使い分けが必要である。

【０１２２】この第２の実施例において、欠陥像を取得
する際の処理の流れは、前記第１の実施例の説明で参照
した図６に示したものと同じであり、その説明を省略す
る。

【０１２３】

【実施例３】図１２は、本発明の第３の実施例に係る半
導体デバイスの検査装置における半導体デバイスの検査
方法の原理を示したものである。この方法では、電流を
印加して、電圧の変化を検出するものであり、「ＯＦＩ
ＲＣＨ−ＢＩＶ」（ＢＩＶはＢｉａｓ印加法の内で、電
流印加、電圧検出法であることを示す）と表記する。

【０１２４】本発明の第３の実施例では、まず、集積回
路の電源とグランド間に電流を供給する（ステップＳ１
２１）。そして、光ファイバー先端で集積回路チップ上
を加熱し（ステップＳ１２２）、この集積回路の電源・
グランド端子間の電圧の変化を検出するようにしている
（ステップＳ１２３）。

【０１２５】図１３は、本発明の第３の実施例に係る半
導体デバイスの検査装置の構成の一例を示したものであ
る。図１３において、前記第１の実施例の説明で参照し
た図４と同一要素には同一の参照符号を付しており、こ
れらの説明を適宜省略する。

【０１２６】図１３を参照して、集積回路１２のグラン
ド端子１６は接地されており、電源端子１４には一端を
それぞれ接地した電圧変化検出部３１と定電流源３２が
接続されている。本実施例では、集積回路１２の電源・
グランド端子１４、１６間の電圧の変化を電圧変化検出
部３１で検出することにしているが、電圧変化の検出
は、電源・グランド端子１４、１６間ではなく、他の端
子間で行ってもよい。但し、通常は、電源・グランド端
子１４、１６間が集積回路チップ１３全体の変化を最も
反映するので、変化を検出する箇所として最も適してい
る。電圧変化の検出の際に、入力端子から集積回路１２
の特定の状態を設定するためのテストパタンを入力すれ
ば、その特定の状態での観測を行うことができる。

【０１２７】ＯＦＩＲＣＨ−ＢＩＶの場合の電圧変化
は、次式（４）で表わすことができる。

【０１２８】ΔＶ＝ΔＲ・Ｉ …（４）

【０１２９】ここで、ΔＶは光ファイバー先端１１での
加熱による電圧変化を示し、ΔＲは光ファイバー先端１
１での加熱による抵抗変化を示す。ボイド等の欠陥があ
ると、抵抗変化ΔＲの増加が大きくなる。上式（４）に
おいて、Ｉは光ファイバー先端１１で加熱した配線に流
れる電流である。

【０１３０】上式（４）からも分かるように、本発明の
第３の実施例に係る半導体デバイスの検査装置でも、ボ
イド等の欠陥だけでなく、光ファイバー先端１１で加熱
した配線の電流の観測も行うことができる。

【０１３１】図１４は、この第３の実施例における半導
体デバイスの検査装置すなわち配線系検査装置の構成を
示したものである。図１４において、前記第１の実施例
の説明で参照した図５と同一要素には同一の参照符号を
付しており、これらの説明を適宜省略する。

【０１３２】本実施例と、図５に示した前記第１の実施
例に係る装置と、を比較すると、電流変化検出部１７
（図５）が電圧変化検出部４１に置き換えられており、
定電圧源１５（図５）が定電流源４２に変わっている。
電圧変化の検出の方が電流変化の検出よりも容易に実行
することができるので、この第３の実施例に係る装置
は、この点で前記第１の実施例に係る装置よりも有利で
ある。

【０１３３】

【実施例４】図１５は、本発明の第４の実施例に係る半
導体デバイスの検査装置における半導体デバイスの検査
方法の原理を示したものである。この方法は、ＯＦＩＲ
ＣＨ−ＢＩＶでバイアスをゼロにしたものに相当し、
「ＯＦＩＲＣＨ−ＮＢＶ」（ＮｏｎＢｉａｓで、電圧
を検出する方法であることを示す）と表記する。

【０１３４】本発明の第４の実施例では、光ファイバー
先端で集積回路チップ上を加熱し（ステップＳ１３
１）、集積回路の電源端子とグランド端子間の電圧の変
化を検出するようになっている（ステップＳ１３２）。

【０１３５】電圧変化の検出は、電源端子とグランド端
子間で行われる必要はなく、他の端子間で行ってもよ
い。ただし、通常は電源端子とグランド端子間が、集積
回路チップ全体の変化を最もよく反映するので、変化を
検出する箇所としては最適である。また、電圧を検出す
る端子以外は、接地しても開放（オープン）にしてもよ
いし、他の適切な電位に固定してもよい。以上のような
組み合わせは莫大な数となるが、ここでは次に２つの例
を示す。

【０１３６】図１６は、本発明の第４の実施例の半導体
デバイスの検査装置の構成の一例として、被試験デバイ
スである集積回路１２のグランド端子１６が接地された
例を示したものである。図１６において、前記第１の実
施例の説明で参照した図４と同一要素には同一の参照符
号を付しており、これらの説明を適宜省略する。

【０１３７】図１６を参照して、集積回路１２のグラン
ド端子１６は接地されており、電源端子１４には一端を
接地した電圧変化検出部３３が接続されている。光ファ
イバー先端１１での加熱により、被照射箇所の熱電能が
作用し、その結果電位差が現われる。電圧変化検出部３
３は、この電圧の変化ΔＶを検出する。

【０１３８】図１７は、本発明の第４の実施例の半導体
デバイスの検査装置の構成の他の例として、被試験デバ
イスである集積回路１２のグランド端子１６が開放され
た例を示したものである。図１７において、図１６と同
一要素には同一の参照符号を付しており、これらの説明
を適宜省略する。図１６および図１７の装置では、欠陥
の有無による熱電能の差により、欠陥の検出ができるこ
とになる。この実施例では、電流像や電流波形の観測を
行うことができず、欠陥像の観測ができるのみである。

【０１３９】図１８は、本発明の第４の実施例に係る半
導体デバイスの検査装置すなわち配線系欠陥検査装置の
構成を示したものである。図１８において、前記第３の
実施例の説明で参照した図１４と同一要素には同一の参
照符号を付しており、重複を避けるため、これらの説明
を適宜省略する。

【０１４０】図１８を参照して、本発明の第４の実施例
に係る装置では、定電流源４２およびテストパタン発生
部２６に括弧を付しているが、これはこれら定電流源４
２およびテストパタン発生部２６が存在する場合と存在
しない場合の２つの場合があることを示すものである。

【０１４１】（１）定電圧源４２およびテストパタン発
生部２６が存在しない場合：この場合には、光ファイバ
ー先端１１での加熱箇所によらず、図１６または図１７
に示した原理による観測ができる。

【０１４２】（２）定電圧源４２およびテストパタン発
生部２６が存在する場合：この場合には、装置の構成
が、前記第３の実施例の説明で参照した図１４に示した
ものと同一となる。すなわち、光ファイバー先端１１に
より加熱した配線に十分な電流が流れている場合には、
図１３に示した原理で観測が行われる。これは、前記第
３の実施例と同じである。

【０１４３】これに対して、光ファイバー先端１１によ
り加熱した配線に十分な電流が流れていない場合には、
図１６あるいは図１７に示した原理による観測が行われ
ることになる。

【０１４４】本発明の第４の実施例の場合には、図１６
および図１７で説明した通り、電流像や電流波形の観測
を行うことができず、欠陥像の観測ができるのみであ
る。しかしながら、電圧変化の検出の方が電流変化の検
出よりも容易に実行することができるので、この第４の
実施例も有効である。

【０１４５】

【実施例５】本発明の有効性を示す実施例として、ＩＤ
ＤＱ不良品の電流経路を検出する場合を例にとって、図
４および図５を参照しながら説明する。

【０１４６】ＩＤＤＱ不良とは、集積回路１２としての
ＣＭＯＳＬＳＩの不具合モードの１つであり、ある準
静止状態（Ｑｕｉｅｓｃｅｎｔ）で電源電流が正常のも
のに比べて大きい場合をいう。現在ＯＢＩＲＣＨでは、
例えば数μＡ程度の検出感度があるためＩＤＤＱ不良で
数μＡ程度以上の電流が流れる場合には、その電流経路
の観測を電流像として行うことができる。したがって、
このような場合には、集積回路チップ１３上のどこに電
流経路があるかを発見することができる。例えば集積回
路チップ１３が１０ｍｍ角の場合、２ｍｍ角の視野で探
せば、最悪の場合であっても２５か所の視野を見ること
で異常な電流経路を発見することができる。

【０１４７】ＯＢＩＣ信号の妨害を防ぐ方法として、例
えば特願平７−０２５７５８号に記載されているよう
に、配線箇所のみを選択して可視レーザビームを照射す
ることも可能である。しかしながら、この選択走査法で
はこのように広い視野での電流像の取得は非常に困難で
ある。例えば２ｍｍ角の視野を観測する場合、通常のデ
ジタル走査に用いる５１２×５１２ピクセルの走査で
は、１ピクセルの占める面積は４μｍ×４μｍにもな
り、１μｍ幅の配線部分のみレーザビームを照射するこ
とは不可能であり、ＯＢＩＣ信号が発生する。一方、本
発明による方法では、このような問題は発生しない。

【０１４８】電流値が異常であるかどうかの判断が、Ｉ
ＤＤＱ不良ほど簡単でないような場合には、良品（ＫＧ
Ｄ；Known Good Device）と比較する方法が最も容易で
ある。この際には、試料台２１を移動することで良品と
不良品の同一箇所を交互に観測する。この際に、電流像
が複雑な場合、良品での電流像と不良品での電流像の差
像をとれば、電流経路の異なる箇所を容易に識別するこ
とができる。差像をとる方法としては、基本的には元の
像の各ピクセルごとの輝度の値の差を差像の各ピクセル
ごとの輝度の値として用いるのが最も一般的であり、ま
た簡便である。異常箇所を見やすくする方法として良品
と不良品の差像を取る方法はＥＢテスタ（電子ビームテ
スタ）により取得した電位分布像についても行われてい
るが、ＥＢテスタの場合は、被観測デバイスが真空中に
あるため良品と不良品を交換する機構が複雑になるのに
対して、本発明によれば、この交換は大気中で行えるた
め、このような交換の機構は簡易なもので済むという利
点を有する。

【０１４９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜請求項
７に記載の発明によれば、光ファイバー先端による加熱
を試料としての半導体デバイスで行い、任意の端子間に
現われる電圧の変化あるいは任意の端子に流れる電流の
変化を検出するようにしたことにより、配線やビアとい
った配線系の検査を、半導体基板が観測系に含まれる場
合でも可能にすることができる。したがって、従来は困
難であった実製品での配線系の電流観測や欠陥検出を可
能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体デバイスの検査装置の基本的な
概念を示す説明図である。

【図２】従来の半導体デバイスの検査装置の基本的な概
念を示す説明図である。

【図３】本発明の第１の実施例に係る半導体デバイスの
検査装置における半導体デバイスの検査方法を示す流れ
図である。

【図４】本発明の第１の実施例における半導体デバイス
の検査装置の原理を示した説明図である。

【図５】本発明の第１の実施例における半導体デバイス
の検査装置の構成を示したブロック図である。

【図６】本発明の第１の実施例において、電流像あるい
は欠陥像を取得する際の処理動作を示した流れ図であ
る。

【図７】本発明の第１の実施例において、電流波形を取
得する際の処理動作を示した流れ図である。

【図８】本発明の第２の実施例に係る半導体デバイスの
検査装置における半導体デバイスの検査方法の原理を示
した流れ図である。

【図９】本発明の第２の実施例に係る半導体デバイスの
検査装置の構成の一例で電源端子が接地された状態を示
した説明図である。

【図１０】本発明の第２の実施例に係る半導体デバイス
の検査装置の構成の他の例で電源端子が開放された状態
を示した説明図である。

【図１１】本発明の第２の実施例に係る半導体デバイス
の検査装置の構成を示したブロック図である。

【図１２】本発明の第３の実施例に係る半導体デバイス
の検査装置における半導体デバイスの検査方法の原理を
示した流れ図である。

【図１３】本発明の第３の実施例に係る半導体デバイス
の検査装置の構成の一例を示した説明図である。

【図１４】本発明の第３の実施例における半導体デバイ
スの検査装置の構成を示したブロック図である。

【図１５】本発明の第４の実施例に係る半導体デバイス
の検査装置における半導体デバイスの検査方法の原理を
示した流れ図である。

【図１６】本発明の第４の実施例に係る半導体デバイス
の検査装置の構成の一例でグランドが接地された例を示
した説明図である。

【図１７】本発明の第４の実施例に係る半導体デバイス
の検査装置の構成の他の例としてグランドが開放された
例を示した説明図である。

【図１８】本発明の第４の実施例に係る半導体デバイス
の検査装置の構成を示したブロック図である。

【図１９】従来提案された半導体デバイスの検査装置の
構成をブロック図にて示した図である。

【符号の説明】

１１光ファイバー先端１２集積回路１３集積回路チップ１４電源端子１５定電圧源１６グランド端子１７電流変化検出部２１試料台２３レーザ光源２４光ファイバー２６テストパタン発生部２７システム制御・信号処理部２８像・波形表示部３１電圧変化検出部３２定電流源１１３可視レーザビーム発生部１１４顕微鏡部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源から、その先端を先細り形状と
し先端部に導入レーザ光の波長程度以下の開口部を残し
て先端近傍が金属で覆われた、もしくは開口無しに先端
近傍が金属で覆われた、光ファイバーに、レーザ光を導
入しながら、半導体デバイスの被観測領域に前記光ファ
イバーの先端部を接触させ、前記レーザ光の導入による
前記被観測領域への加熱に伴って前記半導体デバイスの
所定の端子に現われる電流の変化又は電圧の変化を検出
し、前記被観測領域の配線系欠陥の検査を行うことを特
徴とする半導体デバイスの配線系欠陥検査方法。
【請求項２】レーザ光源から、その先端を先細り形状と
し先端部に導入レーザ光の波長程度以下の開口部を残し
て先端近傍が金属で覆われた、もしくは開口無しに先端
近傍が金属で覆われた、光ファイバーに、レーザ光を導
入しながら、半導体デバイスの被観測領域に前記光ファ
イバーの先端部を接触させ、前記レーザ光の導入による
前記被観測領域への加熱に伴って前記半導体デバイスの
所定の端子に現われる電流の変化又は電圧の変化を検出
し、前記被観測領域の配線電流の観測を行うことを特徴
とする半導体デバイスの配線電流観測方法。
【請求項３】レーザ光源から、その先端を先細り形状と
し先端部に導入レーザ光の波長程度以下の開口部を残し
て先端近傍が金属で覆われた、もしくは開口無しに先端
近傍が金属で覆われた、光ファイバーに、レーザ光を導
入しながら、半導体デバイスの被観測領域に前記光ファ
イバーの先端部を非接触で近付け、前記レーザ光の導入
による前記被観測領域への加熱に伴って前記半導体デバ
イスの所定の端子に現われる電流の変化又は電圧の変化
を検出し、前記被観測領域の配線系欠陥の検査を行うこ
とを特徴とする半導体デバイスの配線系欠陥検査方法。
【請求項４】レーザ光源から、その先端を先細り形状と
し先端部に導入レーザ光の波長程度以下の開口部を残し
て先端近傍が金属で覆われた、もしくは開口無しに先端
近傍が金属で覆われた、光ファイバーに、レーザ光を導
入しながら、半導体デバイスの被観測領域に前記光ファ
イバーの先端部を非接触で近付け、前記レーザ光の導入
による前記被観測領域への加熱に伴って前記半導体デバ
イスの所定の端子に現われる電流の変化又は電圧の変化
を検出し、前記被観測領域の配線電流の観測を行うこと
を特徴とする半導体デバイスの配線電流観測方法。
【請求項５】前記レーザ光源として近赤外レーザ光源を
用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一に記
載の半導体デバイスの検査方法。
【請求項６】レーザ光源から、その先端を先細り形状と
し先端部に導入レーザ光の波長程度以下の開口部を残し
て先端近傍が金属で覆われた、もしくは開口無しに先端
近傍が金属で覆われた、光ファイバーに、レーザ光を導
入しながら、半導体デバイスの被観測領域に前記光ファ
イバーの先端部を接触状態又は非接触状態で走査する手
段、前記レーザ光の導入による前記被観測領域への加熱に伴
って前記半導体デバイスの所定の端子に現われる電流の
変化または電圧の変化を検出する手段、及び、前記電流又は電圧の変化を走査場所に対応させて、像と
して表示する手段、を含むことを特徴とする半導体デバイスの検査装置。
【請求項７】レーザ光源から、その先端を先細り形状と
し先端部に導入レーザ光の波長程度以下の開口部を残し
て先端近傍が金属で覆われた、もしくは開口無しに先端
近傍が金属で覆われた、光ファイバーに、レーザ光を導
入しながら、半導体デバイスの被観測領域に前記光ファ
イバーの先端部を接触または非接触状態にてある一点に
静止させる手段、前記レーザ光の導入による前記被観測領域への加熱に伴
って前記半導体デバイスの所定の端子に現われる電流の
変化又は電圧の変化を検出する手段、及び、前記電流又は電圧の変化の時間変化を表示する手段、を含むことを特徴とする半導体デバイスの検査装置。