JP2975194B2 - 半導体デバイス検査システム - Google Patents
半導体デバイス検査システムInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスの異常
箇所から発せられる極微弱光を検出することにより、故
障解析や信頼性評価などの半導体デバイスの検査をする
半導体デバイス検査システムに関するものである。
箇所から発せられる極微弱光を検出することにより、故
障解析や信頼性評価などの半導体デバイスの検査をする
半導体デバイス検査システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの故障解析には、従来、
電気特性の測定，液晶によるホットスポット法，選択エ
ッチング法などの方法が行われてきた。しかし、ＶＬＳ
Ｉデバイスなどのように半導体デバイスが微細化，複雑
化してくるとこれらの方法では詳細な故障解析が難しく
なってきている。そこで、これに適した方法として、半
導体デバイスからの極微弱光を検出して異常箇所を突き
止める方法が注目を集めている。これは、「デバイスの
異常箇所にはホットな電子やマイクロプラズマリークが
生じ、このような場所では電子が正孔と再結合して発光
する」という現象を利用したものである。この方法に関
する発明として、「米国特許４，６８０，６３５」，
「特開昭６４−７２５４０」などがある。
電気特性の測定，液晶によるホットスポット法，選択エ
ッチング法などの方法が行われてきた。しかし、ＶＬＳ
Ｉデバイスなどのように半導体デバイスが微細化，複雑
化してくるとこれらの方法では詳細な故障解析が難しく
なってきている。そこで、これに適した方法として、半
導体デバイスからの極微弱光を検出して異常箇所を突き
止める方法が注目を集めている。これは、「デバイスの
異常箇所にはホットな電子やマイクロプラズマリークが
生じ、このような場所では電子が正孔と再結合して発光
する」という現象を利用したものである。この方法に関
する発明として、「米国特許４，６８０，６３５」，
「特開昭６４−７２５４０」などがある。
【０００３】前述の方法でデバイスの異常箇所を突き止
めるのには、「特開昭６４−７２５４０」などに記載さ
れているように、二つの撮像装置を持ったシステムが用
いられている。このシステムでは、デバイス上の位置を
特定するために照明下でパターン像が普通の感度の撮像
装置にて撮像され、所定のバイアスを与えてパターン像
と同一の箇所が発光像として別の高感度の撮像装置で撮
像される。そして、これらを重ね合わせてデバイスの異
常箇所を特定する、という方法を採っている。二つの撮
像装置を用いているのは、発光像の光は非常に微弱であ
るため、照明下のパターン像と同じ装置で撮像すること
は困難だからである。
めるのには、「特開昭６４−７２５４０」などに記載さ
れているように、二つの撮像装置を持ったシステムが用
いられている。このシステムでは、デバイス上の位置を
特定するために照明下でパターン像が普通の感度の撮像
装置にて撮像され、所定のバイアスを与えてパターン像
と同一の箇所が発光像として別の高感度の撮像装置で撮
像される。そして、これらを重ね合わせてデバイスの異
常箇所を特定する、という方法を採っている。二つの撮
像装置を用いているのは、発光像の光は非常に微弱であ
るため、照明下のパターン像と同じ装置で撮像すること
は困難だからである。
【０００４】なお、ＣＭＯＳデバイスにおけるラッチア
ップやバイポーラ素子においては、ＰＮ接合の順方向電
流により注入された少数キャリアの再結合に伴う赤外発
光が発生する。この現象の観測にもこのシステムを用い
得ることが知られている。
ップやバイポーラ素子においては、ＰＮ接合の順方向電
流により注入された少数キャリアの再結合に伴う赤外発
光が発生する。この現象の観測にもこのシステムを用い
得ることが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このシステムの高感度
の撮像装置は、マイクロチャンネルプレート内蔵の映像
増強装置（イメージ・インテンシファイア）とビジコン
カメラ又はＣＣＤカメラとを組み合わせて構成されてい
るため、パターン像，発光像などの解像度（通常、画素
数５１２×５１２）はあまり高いものではない。また、
２つの撮像装置で行なう場合、パターン像と同一の箇所
の発光像を得るため、光軸，撮像視野のずれ，検出器の
図形歪みを補正し、正確に合わせねばならない。しか
し、これらを、ＶＬＳＩデバイスのサブミクロンオーダ
の設計ルールに合わせて、非常に細かく正確に補正し光
軸合わせなどを行うのは困難になりつつある（何等かの
ずれがあるとデバイスの異常箇所を誤って特定すること
になる）。このように、従来のシステムでは、半導体デ
バイスの微細化，複雑化に対応することができなくなり
つつある。
の撮像装置は、マイクロチャンネルプレート内蔵の映像
増強装置（イメージ・インテンシファイア）とビジコン
カメラ又はＣＣＤカメラとを組み合わせて構成されてい
るため、パターン像，発光像などの解像度（通常、画素
数５１２×５１２）はあまり高いものではない。また、
２つの撮像装置で行なう場合、パターン像と同一の箇所
の発光像を得るため、光軸，撮像視野のずれ，検出器の
図形歪みを補正し、正確に合わせねばならない。しか
し、これらを、ＶＬＳＩデバイスのサブミクロンオーダ
の設計ルールに合わせて、非常に細かく正確に補正し光
軸合わせなどを行うのは困難になりつつある（何等かの
ずれがあるとデバイスの異常箇所を誤って特定すること
になる）。このように、従来のシステムでは、半導体デ
バイスの微細化，複雑化に対応することができなくなり
つつある。
【０００６】本発明は、特に、簡単な構成で、操作性が
良く、半導体デバイスの異常箇所を突き止めるのに好適
な半導体デバイス検査システムを提供することをその目
的とする。
良く、半導体デバイスの異常箇所を突き止めるのに好適
な半導体デバイス検査システムを提供することをその目
的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の半導体デバイス検査システムは、半導体デ
バイスの照明下のパターン像を撮像し第１の電気信号に
変換して出力する第１のモードと、半導体デバイスに所
定のバイアスを与えて得られる発光像を撮像して電気信
号に変換して出力する第２のモードとを有する撮像装置
と、この撮像装置からの第１の電気信号及び第２の電気
信号を記憶するとともに第１または第２の電気信号に所
定の演算を施して記憶する演算装置と、演算装置の記憶
内容からパターン像または発光像或いは第１または第２
の電気信号に所定の演算を施した像を表示するモニタ装
置とを備えたことを特徴とする。
に、本発明の半導体デバイス検査システムは、半導体デ
バイスの照明下のパターン像を撮像し第１の電気信号に
変換して出力する第１のモードと、半導体デバイスに所
定のバイアスを与えて得られる発光像を撮像して電気信
号に変換して出力する第２のモードとを有する撮像装置
と、この撮像装置からの第１の電気信号及び第２の電気
信号を記憶するとともに第１または第２の電気信号に所
定の演算を施して記憶する演算装置と、演算装置の記憶
内容からパターン像または発光像或いは第１または第２
の電気信号に所定の演算を施した像を表示するモニタ装
置とを備えたことを特徴とする。
【０００８】さらに、撮像装置が、半導体デバイスの光
学像を画素ごとに信号電荷に光電変換して蓄積する光電
変換手段と、この光電変換手段に信号電荷を第１の期間
蓄積させ高速で読み出させる第１の出力モードと第１の
期間よりも長い第２の期間蓄積させ低速で読み出させる
第２の出力モードとを有し、第１の出力モードでは、第
１の期間蓄積された信号電荷を画素ごとに順次読み出し
て出力し、第２の出力モードでは、第２の期間蓄積され
た信号電荷を画素の複数個づつ積算して順次読み出して
出力する出力制御手段とを含んで構成されていることを
特徴とする。
学像を画素ごとに信号電荷に光電変換して蓄積する光電
変換手段と、この光電変換手段に信号電荷を第１の期間
蓄積させ高速で読み出させる第１の出力モードと第１の
期間よりも長い第２の期間蓄積させ低速で読み出させる
第２の出力モードとを有し、第１の出力モードでは、第
１の期間蓄積された信号電荷を画素ごとに順次読み出し
て出力し、第２の出力モードでは、第２の期間蓄積され
た信号電荷を画素の複数個づつ積算して順次読み出して
出力する出力制御手段とを含んで構成されていることを
特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明の半導体デバイス検査システムでは、半
導体デバイスの照明下のパターン像は、撮像装置で第１
のモードにて第１の電気信号に変換され演算装置に記憶
される。また、半導体デバイスの発光像は、撮像装置で
第２のモードにて第２の電気信号に変換され演算装置に
記憶される。パターン像または発光像或いは第１または
第２の電気信号に演算を施した像はモニタ装置に表示さ
れこの表示から半導体デバイスの検査がなされる。ここ
で、これら光量の大きく異なるパターン像及び発光像
は、それぞれ専用の撮像装置ではなく、同じ撮像装置で
電気信号に変換されている。
導体デバイスの照明下のパターン像は、撮像装置で第１
のモードにて第１の電気信号に変換され演算装置に記憶
される。また、半導体デバイスの発光像は、撮像装置で
第２のモードにて第２の電気信号に変換され演算装置に
記憶される。パターン像または発光像或いは第１または
第２の電気信号に演算を施した像はモニタ装置に表示さ
れこの表示から半導体デバイスの検査がなされる。ここ
で、これら光量の大きく異なるパターン像及び発光像
は、それぞれ専用の撮像装置ではなく、同じ撮像装置で
電気信号に変換されている。
【００１０】撮像装置に上述の構成を持たせた場合、光
量の大きいパターン像は第１の出力モードで読み出され
る。一方、光量の非常に小さい発光像は、第２の出力モ
ードで読み出される。ここで、同じ光電変換手段を用い
得るのは、第２の出力モードでは、その信号電荷が蓄積
される第２の期間が第１の期間よりも長くかつ信号電荷
が画素の複数個づつ積算されているので等価的に増幅さ
れることになり、また、読み出し時に発生するノイズが
抑えられてＳ／Ｎ比が向上するからである。
量の大きいパターン像は第１の出力モードで読み出され
る。一方、光量の非常に小さい発光像は、第２の出力モ
ードで読み出される。ここで、同じ光電変換手段を用い
得るのは、第２の出力モードでは、その信号電荷が蓄積
される第２の期間が第１の期間よりも長くかつ信号電荷
が画素の複数個づつ積算されているので等価的に増幅さ
れることになり、また、読み出し時に発生するノイズが
抑えられてＳ／Ｎ比が向上するからである。
【００１１】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１には、本実施例の半導体デバイス検査システム構成
が示されている。
図１には、本実施例の半導体デバイス検査システム構成
が示されている。
【００１２】この半導体デバイス検査システムは、撮像
装置としてレンズユニット１１２ａ，カメラヘッド１１
２ｂからなるカメラ装置１１２及びカメラコントロール
ユニット１３２と、演算装置としてコンピュータ１３１
及びキーボード１３３ａ，マウス１３３ｂと、モニタ１
１４（モニタ装置）とを備えている。また、暗箱１２１
内には、測定対象である半導体デバイス１０１が設けら
れ、これを３次元方向に動かすＸＹＺステージ部１２３
と、暗箱１２１内部の照明用の照明装置１２２と、レン
ズユニット１１２ａ，ＸＹＺステージ部１２３，照明装
置１２２などの光学系関係を制御するドライバユニット
１１５とがさらに設けられている。
装置としてレンズユニット１１２ａ，カメラヘッド１１
２ｂからなるカメラ装置１１２及びカメラコントロール
ユニット１３２と、演算装置としてコンピュータ１３１
及びキーボード１３３ａ，マウス１３３ｂと、モニタ１
１４（モニタ装置）とを備えている。また、暗箱１２１
内には、測定対象である半導体デバイス１０１が設けら
れ、これを３次元方向に動かすＸＹＺステージ部１２３
と、暗箱１２１内部の照明用の照明装置１２２と、レン
ズユニット１１２ａ，ＸＹＺステージ部１２３，照明装
置１２２などの光学系関係を制御するドライバユニット
１１５とがさらに設けられている。
【００１３】図２は、レンズユニット１１２ａ，カメラ
ヘッド１１２ｂ，カメラコントロールユニット１３２の
関係（撮像装置の撮像信号出力制御系）を示したブロッ
ク図である。レンズユニット１１２ａは、半導体デバイ
ス１０１からの光を、カメラヘッド１１２ｂのＣＣＤチ
ップ１１２ｂ1 上に結像させるもので、ドライバユニッ
ト１１５で制御されている。この制御については後述す
る。
ヘッド１１２ｂ，カメラコントロールユニット１３２の
関係（撮像装置の撮像信号出力制御系）を示したブロッ
ク図である。レンズユニット１１２ａは、半導体デバイ
ス１０１からの光を、カメラヘッド１１２ｂのＣＣＤチ
ップ１１２ｂ1 上に結像させるもので、ドライバユニッ
ト１１５で制御されている。この制御については後述す
る。
【００１４】カメラヘッド１１２ｂは、画素数１０００
×１０１８を有し、真空ポンプ（図示せず）でその内部
が真空にされ、冷却装置（図示せず）で冷却されたいわ
ゆる冷却ＣＣＤカメラである。これにより、ＣＣＤチッ
プ１１２ｂ1の暗電流や装置内部で発生する熱ノイズが
抑えられている。また、ＣＣＤチップ１１２ｂ1 上の像
を８ＨZ でよみだす高速モードと、１画像を４秒でよみ
だす低速モードと読みだす２つの機能を有する。
×１０１８を有し、真空ポンプ（図示せず）でその内部
が真空にされ、冷却装置（図示せず）で冷却されたいわ
ゆる冷却ＣＣＤカメラである。これにより、ＣＣＤチッ
プ１１２ｂ1の暗電流や装置内部で発生する熱ノイズが
抑えられている。また、ＣＣＤチップ１１２ｂ1 上の像
を８ＨZ でよみだす高速モードと、１画像を４秒でよみ
だす低速モードと読みだす２つの機能を有する。
【００１５】カメラコントロールユニット１３２は、Ｒ
Ｓ２３２Ｃ分岐ボード１１５ｅを介してコンピュータ１
３１との間で入出力されるＲＳ２３２Ｃ規格のコントロ
ール入出力ＣＯＮＴ1 により、カメラヘッド１１２ｂを
低速モードまたは高速モードで動作させ、その読みだし
たアナログ画像信号をディジタル信号Ｄに変換してコン
ピュータ１３１へ出力するものである。カメラヘッド１
１２ｂが低速モード時には、スロースキャンボード１３
２ｂ，Ａ／Ｄコンバータ１３２ｃがディジタル信号Ｄに
変換し、高速モード時には、ハイスキャンボード１３２
ｄ，Ａ／Ｄコンバータ１３２ｅがディジタル信号Ｄに変
換する。タイミングジェネレータ１３２ｆは、カメラヘ
ッド１１２ｂへ低速モード，高速モードのタイミング制
御信号を与える。ペルチェ素子コントローラ１３２ｈ
は、ＣＣＤチップ１１２ｂ1 冷却用のペルチェ素子１１
２ｂ5 をその冷却温度が所定の温度になるように制御す
るものである。これらをＣＰＵ１３２ａはコントロール
入出力ＣＯＮＴ1 に基づいて制御している。パワーユニ
ット１３２ｇはこれらの各部へ電力を供給する。
Ｓ２３２Ｃ分岐ボード１１５ｅを介してコンピュータ１
３１との間で入出力されるＲＳ２３２Ｃ規格のコントロ
ール入出力ＣＯＮＴ1 により、カメラヘッド１１２ｂを
低速モードまたは高速モードで動作させ、その読みだし
たアナログ画像信号をディジタル信号Ｄに変換してコン
ピュータ１３１へ出力するものである。カメラヘッド１
１２ｂが低速モード時には、スロースキャンボード１３
２ｂ，Ａ／Ｄコンバータ１３２ｃがディジタル信号Ｄに
変換し、高速モード時には、ハイスキャンボード１３２
ｄ，Ａ／Ｄコンバータ１３２ｅがディジタル信号Ｄに変
換する。タイミングジェネレータ１３２ｆは、カメラヘ
ッド１１２ｂへ低速モード，高速モードのタイミング制
御信号を与える。ペルチェ素子コントローラ１３２ｈ
は、ＣＣＤチップ１１２ｂ1 冷却用のペルチェ素子１１
２ｂ5 をその冷却温度が所定の温度になるように制御す
るものである。これらをＣＰＵ１３２ａはコントロール
入出力ＣＯＮＴ1 に基づいて制御している。パワーユニ
ット１３２ｇはこれらの各部へ電力を供給する。
【００１６】図３は、光学系関係の制御系の構成を示し
たものである。ドライバユニット１１５は、コントロー
ル入出力ＣＯＮＴ2 にてＲＳ２３２Ｃ分岐ボード１１５
ｅを介してコンピュータ１３１との間で信号をやり取り
し、また、ＣＰＵ１１５ａへのコントロール入出力ＣＯ
ＮＴ2 に基づいてレンズユニット１１２ａ，ＸＹＺステ
ージ部１２３，照明装置１２２各部を制御する。ドライ
バユニット１１５の内部は、電源部１１５ｆから電力が
供給され、ＣＰＵ１１５ａにより光量コントローラ１１
５ｄ，フィルタコントローラ１１５ｃ，モータコントロ
ーラ１１５ｄが制御される、という構成になっている。
たものである。ドライバユニット１１５は、コントロー
ル入出力ＣＯＮＴ2 にてＲＳ２３２Ｃ分岐ボード１１５
ｅを介してコンピュータ１３１との間で信号をやり取り
し、また、ＣＰＵ１１５ａへのコントロール入出力ＣＯ
ＮＴ2 に基づいてレンズユニット１１２ａ，ＸＹＺステ
ージ部１２３，照明装置１２２各部を制御する。ドライ
バユニット１１５の内部は、電源部１１５ｆから電力が
供給され、ＣＰＵ１１５ａにより光量コントローラ１１
５ｄ，フィルタコントローラ１１５ｃ，モータコントロ
ーラ１１５ｄが制御される、という構成になっている。
【００１７】レンズユニット１１２ａ1 は、内蔵のレン
ズを交換するレンズチェンジャ１１２ａ1 とフィルタを
交換するフィルタチェンジャ１１２ａ2 とにより構成さ
れる。レンズチェンジャ１１２ａ1，フィルタチェンジ
ャ１１２ａ2 は、モータコントローラ１１５ｄ，フィル
タコントローラ１１５ｃからの信号で制御され、半導体
デバイス１０１からの光を、カメラヘッド１１２ｂのＣ
ＣＤチップ１１２ｂ1 上に結像させる。照明装置１２２
は、光源を内蔵したランプハウスとその光源からの光線
を制御する照明光学系で構成される。これらは、光量コ
ントローラ１１５ｄ，モータコントローラ１１５ｄから
の信号で制御され、半導体デバイス１０１への照明を制
御する。
ズを交換するレンズチェンジャ１１２ａ1 とフィルタを
交換するフィルタチェンジャ１１２ａ2 とにより構成さ
れる。レンズチェンジャ１１２ａ1，フィルタチェンジ
ャ１１２ａ2 は、モータコントローラ１１５ｄ，フィル
タコントローラ１１５ｃからの信号で制御され、半導体
デバイス１０１からの光を、カメラヘッド１１２ｂのＣ
ＣＤチップ１１２ｂ1 上に結像させる。照明装置１２２
は、光源を内蔵したランプハウスとその光源からの光線
を制御する照明光学系で構成される。これらは、光量コ
ントローラ１１５ｄ，モータコントローラ１１５ｄから
の信号で制御され、半導体デバイス１０１への照明を制
御する。
【００１８】ＸＹＺステージ部１２３は、ＸＹＺステー
ジ１２３ａ及びその駆動用のモータドライバ１２３ｂ
と、半導体デバイス１０１へのバイアス印加及びその動
作モニタ用のテストフィクスチュア１２３ｃ及びコネク
タパネル１２３ｄとで構成されている。ＸＹＺステージ
部１２３は、半導体デバイス１０１の３次元的な位置を
制御し検査する箇所を特定するものである。
ジ１２３ａ及びその駆動用のモータドライバ１２３ｂ
と、半導体デバイス１０１へのバイアス印加及びその動
作モニタ用のテストフィクスチュア１２３ｃ及びコネク
タパネル１２３ｄとで構成されている。ＸＹＺステージ
部１２３は、半導体デバイス１０１の３次元的な位置を
制御し検査する箇所を特定するものである。
【００１９】コンピュータ１３１は、キーボード１３３
ａ，マウス１３３ｂからのマニュアル入力に応じて、カ
メラコントロールユニット１３２，ドライバユニット１
１５へコントロール入出力ＣＯＮＴ1 ，ＣＯＮＴ2 をＲ
Ｓ２３２Ｃ分岐ボード１１５ｅを介して入出力して、装
置各部を所望の動作をさせるものである。なお、操作は
マニュアル以外にＤＵＴの種類や計測条件に応じたシー
ケンスプログラムを作成して自動計測することも可能に
なっている。また、カメラコントロールユニット１３２
からのパターン像のディジタル信号及び発光像のディジ
タル信号を内蔵の画像メモリに記憶し、それらのディジ
タル信号に所定の演算を施すことで、パターン像と発光
像の重ね合わせ（スーパーインポーズ），拡大縮小，疑
似カラー処理，濃度変換，発光量プロファイルの作成な
どの画像処理，データ解析を行う。さらに、カメラヘッ
ド１１２ｂの高速モード時のディジタル信号Ｄからパタ
ーン像の自動焦点合わせのための信号をコントロール入
出力ＣＯＮＴ2 を介して出力し、レンズユニット１１２
ａ1 を制御する。モニタ１１４は、コンピュータ１３１
に記憶されたディジタル信号からパターン像，発光像，
処理結果などを表示する。
ａ，マウス１３３ｂからのマニュアル入力に応じて、カ
メラコントロールユニット１３２，ドライバユニット１
１５へコントロール入出力ＣＯＮＴ1 ，ＣＯＮＴ2 をＲ
Ｓ２３２Ｃ分岐ボード１１５ｅを介して入出力して、装
置各部を所望の動作をさせるものである。なお、操作は
マニュアル以外にＤＵＴの種類や計測条件に応じたシー
ケンスプログラムを作成して自動計測することも可能に
なっている。また、カメラコントロールユニット１３２
からのパターン像のディジタル信号及び発光像のディジ
タル信号を内蔵の画像メモリに記憶し、それらのディジ
タル信号に所定の演算を施すことで、パターン像と発光
像の重ね合わせ（スーパーインポーズ），拡大縮小，疑
似カラー処理，濃度変換，発光量プロファイルの作成な
どの画像処理，データ解析を行う。さらに、カメラヘッ
ド１１２ｂの高速モード時のディジタル信号Ｄからパタ
ーン像の自動焦点合わせのための信号をコントロール入
出力ＣＯＮＴ2 を介して出力し、レンズユニット１１２
ａ1 を制御する。モニタ１１４は、コンピュータ１３１
に記憶されたディジタル信号からパターン像，発光像，
処理結果などを表示する。
【００２０】つぎに、図４のプロセスフローをもとにこ
のシステムの動作について説明する。
のシステムの動作について説明する。
【００２１】まず、キーボード１３３ａ，マウス１３３
ｂを操作し、照明装置１２２から半導体デバイス１０１
への照明装置１２２の照明を調節する（図４（ａ））。
高速モードに設定し、モニタ１１４に表示されたパター
ン像を見ながらＸＹＺステージ１２３ａを動かして位置
合わせを行う（図４（ｃ））。このとき、パターン像
は、自動焦点合わせがなされている（図４（ｂ））。そ
して、このパターン像（画素数１０００×１０１８）
は、カメラヘッド１１２ｂからアナログ画像信号として
出力され、カメラコントロールユニット１３２でディジ
タル信号に変換される。このディジタル信号が、コンピ
ュータ１３１の画像メモリに記憶される（図４
（ｄ））。
ｂを操作し、照明装置１２２から半導体デバイス１０１
への照明装置１２２の照明を調節する（図４（ａ））。
高速モードに設定し、モニタ１１４に表示されたパター
ン像を見ながらＸＹＺステージ１２３ａを動かして位置
合わせを行う（図４（ｃ））。このとき、パターン像
は、自動焦点合わせがなされている（図４（ｂ））。そ
して、このパターン像（画素数１０００×１０１８）
は、カメラヘッド１１２ｂからアナログ画像信号として
出力され、カメラコントロールユニット１３２でディジ
タル信号に変換される。このディジタル信号が、コンピ
ュータ１３１の画像メモリに記憶される（図４
（ｄ））。
【００２２】つぎに、照明装置１２２の照明を消し（図
４（ｅ））、テストフィクスチュア１２３ｃから半導体
デバイス１０１へバイアスを印加する（図４（ｆ））。
このとき、カメラヘッド１１２ｂは、低速モードとな
る。半導体デバイス１０１では、異常箇所があるとそこ
から、また、ＰＮ接合の順方向電流がながれるとそこか
ら極微弱光が発せられる。この極微弱光による発光像が
スーパーピクセル機能により低速モードで読み出され
る。発光像のディジタル信号（画素数２５０×２５４）
は、コンピュータ１３１の画像メモリに記憶される（図
４（ｇ））。
４（ｅ））、テストフィクスチュア１２３ｃから半導体
デバイス１０１へバイアスを印加する（図４（ｆ））。
このとき、カメラヘッド１１２ｂは、低速モードとな
る。半導体デバイス１０１では、異常箇所があるとそこ
から、また、ＰＮ接合の順方向電流がながれるとそこか
ら極微弱光が発せられる。この極微弱光による発光像が
スーパーピクセル機能により低速モードで読み出され
る。発光像のディジタル信号（画素数２５０×２５４）
は、コンピュータ１３１の画像メモリに記憶される（図
４（ｇ））。
【００２３】コンピュータ１３１では、発光像をパター
ン像と同じサイズに拡大し（図４（ｈ））、スーパーイ
ンポーズし（図４（ｉ））、これがモニタ１１４に表示
される。このスーパーインポーズされた像から異常箇所
などが特定される（図４（ｊ））。図５は、図４（ｄ）
〜（ｉ）の画像処理プロセスの概要を示したものであ
る。このプロセスはスーパーインポーズ像から異常箇所
などを特定する場合のものであるが、ほかの画像処理，
データ解析をするときは、そのプロセスがなされ、処理
結果などが表示される。パターン像或いは発光像だけを
表示させることも可能であり、これらの操作はキーボー
ド１３３ａ，マウス１３３ｂからのマニュアル入力に応
じてなされる。
ン像と同じサイズに拡大し（図４（ｈ））、スーパーイ
ンポーズし（図４（ｉ））、これがモニタ１１４に表示
される。このスーパーインポーズされた像から異常箇所
などが特定される（図４（ｊ））。図５は、図４（ｄ）
〜（ｉ）の画像処理プロセスの概要を示したものであ
る。このプロセスはスーパーインポーズ像から異常箇所
などを特定する場合のものであるが、ほかの画像処理，
データ解析をするときは、そのプロセスがなされ、処理
結果などが表示される。パターン像或いは発光像だけを
表示させることも可能であり、これらの操作はキーボー
ド１３３ａ，マウス１３３ｂからのマニュアル入力に応
じてなされる。
【００２４】通常の冷却ＣＣＤカメラでは、１画像の読
み出しには４秒かかる（通常のＴＶレートの１００倍）
のだが、高速モードを有するこのシステムではパターン
像をモニタリングしながら視野の位置決めや焦点調整が
なされ、操作性が大きく向上している。また、発光像は
パターン像をうる場合と同一の撮像装置で撮影されてお
り、発光像とパターン像とは半導体デバイス１０１の同
じ領域のものになっている。そのため、光学系など（カ
メラ装置１１２及びカメラコントロールユニット１３２
など）が１系統で良くなって簡素化している。また、デ
バイスからの微弱光の発見時間を短縮させるための高感
度モードスーパーピクセルで撮った発光像のアナログ画
像信号は、パターン像に対し画素が粗くなっただけであ
るので、画像の位置の対応がとりやすい。パターン像と
発光像とを別の光学系で撮影した場合、光学系の誤差を
補正する処理ルーチンが必要になるが、本実施例では、
不要になり、ディジタル信号処理が簡単になる。その結
果、同じ種類のコンピュータを用いたときでは処理速度
が速く、同じ処理速度の場合の比較では、複雑な画像演
算処理機能がいらず、より簡単なハードウェア構成のコ
ンピュータでよい。
み出しには４秒かかる（通常のＴＶレートの１００倍）
のだが、高速モードを有するこのシステムではパターン
像をモニタリングしながら視野の位置決めや焦点調整が
なされ、操作性が大きく向上している。また、発光像は
パターン像をうる場合と同一の撮像装置で撮影されてお
り、発光像とパターン像とは半導体デバイス１０１の同
じ領域のものになっている。そのため、光学系など（カ
メラ装置１１２及びカメラコントロールユニット１３２
など）が１系統で良くなって簡素化している。また、デ
バイスからの微弱光の発見時間を短縮させるための高感
度モードスーパーピクセルで撮った発光像のアナログ画
像信号は、パターン像に対し画素が粗くなっただけであ
るので、画像の位置の対応がとりやすい。パターン像と
発光像とを別の光学系で撮影した場合、光学系の誤差を
補正する処理ルーチンが必要になるが、本実施例では、
不要になり、ディジタル信号処理が簡単になる。その結
果、同じ種類のコンピュータを用いたときでは処理速度
が速く、同じ処理速度の場合の比較では、複雑な画像演
算処理機能がいらず、より簡単なハードウェア構成のコ
ンピュータでよい。
【００２５】つぎに、カメラヘッド１１２ｂにおけるス
ーパーピクセル機能について説明する。
ーパーピクセル機能について説明する。
【００２６】図６には、標準のＦＴ（フレームトランス
ファー）方式のＣＣＤセンサ（図６（ａ））とカメラヘ
ッド１１２ｂのＣＣＤチップ１１２ｂ1 （図６（ｂ））
との比較が示されている。標準のＦＴ方式のＣＣＤセン
サでは、感光部ＣＣＤ５３１と遮光されている蓄積部Ｃ
ＣＤ５３２とに分かれており、感光部ＣＣＤ５３１に蓄
えられた信号電荷は、垂直ブランキング期間に一度に蓄
積部ＣＣＤ５３２に転送される。つぎの読み出し期間
に、蓄積部ＣＣＤ５３２から１本ずつＣＣＤの水平レジ
スタ５１０に転送されてプリアンプ５２０から読み出さ
れ、一方、蓄積部ＣＣＤ５３２では次フレームの信号電
荷を蓄えている。
ファー）方式のＣＣＤセンサ（図６（ａ））とカメラヘ
ッド１１２ｂのＣＣＤチップ１１２ｂ1 （図６（ｂ））
との比較が示されている。標準のＦＴ方式のＣＣＤセン
サでは、感光部ＣＣＤ５３１と遮光されている蓄積部Ｃ
ＣＤ５３２とに分かれており、感光部ＣＣＤ５３１に蓄
えられた信号電荷は、垂直ブランキング期間に一度に蓄
積部ＣＣＤ５３２に転送される。つぎの読み出し期間
に、蓄積部ＣＣＤ５３２から１本ずつＣＣＤの水平レジ
スタ５１０に転送されてプリアンプ５２０から読み出さ
れ、一方、蓄積部ＣＣＤ５３２では次フレームの信号電
荷を蓄えている。
【００２７】ＣＣＤチップ１１２ｂ1 では、蓄積部ＣＣ
Ｄがなく、この部分に当たるチップのほぼ全面を感光部
ＣＣＤ５４０として利用している。蓄積部ＣＣＤにかえ
てカメラヘッド１１２ｂには図２のシャッタ１１２ｂ4
が設けられている（このシャッタ１１２ｂ4 として電磁
シャッタ（例えば、ＵＮＩＢＬＩＴＺ ＶＳ２５）が用
いられている。シャッタ１１２ｂ4 は、シャッタドライ
バ１１２ｂ3 を介してタイミングジェネレータ１３２ｆ
でその開閉のタイミングが制御され、ＣＣＤチップ１１
２ｂ1 の動作と同期している。また、ＣＣＤチップ１１
２ｂ1 では、読み出し期間の感光部ＣＣＤ５４０での転
送及び水平レジスタ５１０による転送時に、所定の画素
分が加算される（スーパーピクセル機能）。この加算さ
れた信号電荷がプリアンプ５２０を介してアナログ画像
信号として出力される。
Ｄがなく、この部分に当たるチップのほぼ全面を感光部
ＣＣＤ５４０として利用している。蓄積部ＣＣＤにかえ
てカメラヘッド１１２ｂには図２のシャッタ１１２ｂ4
が設けられている（このシャッタ１１２ｂ4 として電磁
シャッタ（例えば、ＵＮＩＢＬＩＴＺ ＶＳ２５）が用
いられている。シャッタ１１２ｂ4 は、シャッタドライ
バ１１２ｂ3 を介してタイミングジェネレータ１３２ｆ
でその開閉のタイミングが制御され、ＣＣＤチップ１１
２ｂ1 の動作と同期している。また、ＣＣＤチップ１１
２ｂ1 では、読み出し期間の感光部ＣＣＤ５４０での転
送及び水平レジスタ５１０による転送時に、所定の画素
分が加算される（スーパーピクセル機能）。この加算さ
れた信号電荷がプリアンプ５２０を介してアナログ画像
信号として出力される。
【００２８】このスーパーピクセル機能により、ＣＣＤ
ドライバ１１２ｂ2からの感光部ＣＣＤ５４０及び水平
レジスタ５１０の転送クロックφV，φH などにより、
加算する画素数が決められる。たとえば、垂直方向（図
の縦方向）については、感光部ＣＣＤ５４０から加算す
る数の画素分を水平レジスタ５１０に転送してから、水
平レジスタ５１０で図の横方向に転送する事で加算され
る。また、水平方向については、プリアンプ５２０に出
力する際、水平レジスタ５１０の転送クロックφH の数
パルスに対し出力ゲートＯＧを１パルス与えることで、
それらの周波数比と同じ数の画素が加算される。ＣＣＤ
チップ１１２ｂ1 では、４×４画素の加算としている。
ドライバ１１２ｂ2からの感光部ＣＣＤ５４０及び水平
レジスタ５１０の転送クロックφV，φH などにより、
加算する画素数が決められる。たとえば、垂直方向（図
の縦方向）については、感光部ＣＣＤ５４０から加算す
る数の画素分を水平レジスタ５１０に転送してから、水
平レジスタ５１０で図の横方向に転送する事で加算され
る。また、水平方向については、プリアンプ５２０に出
力する際、水平レジスタ５１０の転送クロックφH の数
パルスに対し出力ゲートＯＧを１パルス与えることで、
それらの周波数比と同じ数の画素が加算される。ＣＣＤ
チップ１１２ｂ1 では、４×４画素の加算としている。
【００２９】一般に、ＣＣＤカメラのノイズは、 ＮT ＝（ＮR 2 ＋ＮDN 2 ＋ＮS 2 ）1/2 （ＮT ：トータルノイズ ＮR ：読み出しノイズ ＮDN：暗電流ノイズ ＮS ：システムノイズ） で表される。カメラヘッド１１２ｂは冷却されているの
で、これらのノイズ要因のうち、読み出しノイズの要因
が大きくなっている。発光像を得るのに十分なＳ／Ｎ比
を確保するため、低速モードで読み出し回数を減らしノ
イズを抑えている。
で、これらのノイズ要因のうち、読み出しノイズの要因
が大きくなっている。発光像を得るのに十分なＳ／Ｎ比
を確保するため、低速モードで読み出し回数を減らしノ
イズを抑えている。
【００３０】スーパーピクセル機能による読み出しノイ
ズ低減の効果は次のように概算できる。１画素の信号を
Ｓ、読み出しノイズをＮとする。スーパーピクセル機能
のない場合、１画素分の出力は「Ｓ＋Ｎ」になる。４×
４画素を加算するスーパーピクセル機能では、その出力
（１６画素分）は「１６Ｓ＋Ｎ」になる。１６画素分で
比較すると「１５Ｎ」のノイズが削減されている。これ
は約２４ｄＢＳ／Ｎ比が改善されたのと等価である。
ズ低減の効果は次のように概算できる。１画素の信号を
Ｓ、読み出しノイズをＮとする。スーパーピクセル機能
のない場合、１画素分の出力は「Ｓ＋Ｎ」になる。４×
４画素を加算するスーパーピクセル機能では、その出力
（１６画素分）は「１６Ｓ＋Ｎ」になる。１６画素分で
比較すると「１５Ｎ」のノイズが削減されている。これ
は約２４ｄＢＳ／Ｎ比が改善されたのと等価である。
【００３１】図７は、タイミングジェネレータ１３２ｆ
からＣＣＤドライバ１１２ｂ2 への信号の概要を図４に
対応させて示したものである。掃引速度切り替え信号Ｖ
S は、「Ｌ」のときＣＣＤチップ１１２ｂ1 の動作を高
速モードとし「Ｈ」のとき低速モードとするモード切り
替え信号である。ピクセル積算信号ＶP は、スーパーピ
クセル機能での読み出し（「Ｈ」のとき），通常の１画
素ずつの読みだし（「Ｌ」のとき）を制御する。蓄積読
み出し切り替え信号φF は、ＣＣＤチップ１１２ｂ1 の
動作を信号電荷の蓄積状態（「Ｌ」のとき）、信号電荷
の読み出し状態（ 「Ｈ」のとき）となるよう制御し、
シャッタ１１２ｂ4 の動作と連動させている。
からＣＣＤドライバ１１２ｂ2 への信号の概要を図４に
対応させて示したものである。掃引速度切り替え信号Ｖ
S は、「Ｌ」のときＣＣＤチップ１１２ｂ1 の動作を高
速モードとし「Ｈ」のとき低速モードとするモード切り
替え信号である。ピクセル積算信号ＶP は、スーパーピ
クセル機能での読み出し（「Ｈ」のとき），通常の１画
素ずつの読みだし（「Ｌ」のとき）を制御する。蓄積読
み出し切り替え信号φF は、ＣＣＤチップ１１２ｂ1 の
動作を信号電荷の蓄積状態（「Ｌ」のとき）、信号電荷
の読み出し状態（ 「Ｈ」のとき）となるよう制御し、
シャッタ１１２ｂ4 の動作と連動させている。
【００３２】このようにして、カメラヘッド１１２ｂ
は、高速モードによりＶＬＳＩなどの微細構造を高解像
度で鮮明にパターン像として捉え、低速モード及びスー
パーピクセル機能によりＩＣデバイスからの極微弱光を
発光像として捉える。カメラヘッド１１２ｂ内部では、
パターン像，発光像に対し専用のＣＣＤチップを設ける
ことなく、ひとつのＣＣＤチップにして、装置光学系の
簡素化を実現している。また、高速及び低速モードの２
重読出し及びスーパーピクセル機能により、発光像を捉
えるのに従来の冷却ＣＣＤカメラよりも検査時間の短縮
化が実現している。
は、高速モードによりＶＬＳＩなどの微細構造を高解像
度で鮮明にパターン像として捉え、低速モード及びスー
パーピクセル機能によりＩＣデバイスからの極微弱光を
発光像として捉える。カメラヘッド１１２ｂ内部では、
パターン像，発光像に対し専用のＣＣＤチップを設ける
ことなく、ひとつのＣＣＤチップにして、装置光学系の
簡素化を実現している。また、高速及び低速モードの２
重読出し及びスーパーピクセル機能により、発光像を捉
えるのに従来の冷却ＣＣＤカメラよりも検査時間の短縮
化が実現している。
【００３３】本発明は前述の実施例に限らず様々な変形
が可能である。
が可能である。
【００３４】例えば、コンピュータ１３１とカメラコン
トロールユニット１３２、ドライバユニット１１５との
間にＲＳ２３２Ｃ分岐ボード１１５ｅを設けているが、
コンピュータ１３１にＲＳ２３２Ｃインターフェイスを
増設し、カメラコントロールユニット１３２、ドライバ
ユニット１１５を直接つなぐようにしても良い。図１で
は、コンピュータ１３１，カメラコントロールユニット
１３２，ドライバユニット１１５を別々に示しているが
これらをコンピュータ１３１に内蔵させて一体化するこ
とも可能である。また、画像処理を拡大，縮小，スーパ
ーインポーズに限るならば、画像処理についてはコンピ
ュータにかえて専用のハードウェアで構成できる。カメ
ラヘッド１１２ｂ内部は、改悪ではあるが前述のよう
に、光学系にビームスプリッタなどを設けてパターン
像，発光像に対し専用のＣＣＤチップを備えるようにし
ても良い。さらに、スーパーピクセル機能において、４
×４画素を加算するようにしているが、これには限られ
ない。また、転送クロックを可変にして、加算する画素
数を変え得るようにしても良い。
トロールユニット１３２、ドライバユニット１１５との
間にＲＳ２３２Ｃ分岐ボード１１５ｅを設けているが、
コンピュータ１３１にＲＳ２３２Ｃインターフェイスを
増設し、カメラコントロールユニット１３２、ドライバ
ユニット１１５を直接つなぐようにしても良い。図１で
は、コンピュータ１３１，カメラコントロールユニット
１３２，ドライバユニット１１５を別々に示しているが
これらをコンピュータ１３１に内蔵させて一体化するこ
とも可能である。また、画像処理を拡大，縮小，スーパ
ーインポーズに限るならば、画像処理についてはコンピ
ュータにかえて専用のハードウェアで構成できる。カメ
ラヘッド１１２ｂ内部は、改悪ではあるが前述のよう
に、光学系にビームスプリッタなどを設けてパターン
像，発光像に対し専用のＣＣＤチップを備えるようにし
ても良い。さらに、スーパーピクセル機能において、４
×４画素を加算するようにしているが、これには限られ
ない。また、転送クロックを可変にして、加算する画素
数を変え得るようにしても良い。
【００３５】
【発明の効果】以上の通り本発明の半導体デバイス検査
システムによれば、光量の大きく異なるパターン像及び
発光像を同じ撮像装置で電気信号に変換するので、それ
ぞれ専用の撮像装置を設ける必要がなく、光学系を簡素
化することができ、システム構成を簡素化することがで
きる。
システムによれば、光量の大きく異なるパターン像及び
発光像を同じ撮像装置で電気信号に変換するので、それ
ぞれ専用の撮像装置を設ける必要がなく、光学系を簡素
化することができ、システム構成を簡素化することがで
きる。
【００３６】また、撮像装置が前述の出力制御手段を含
んで構成されているので、第２の出力モードで、発光像
の電気信号は等価的に増幅され、Ｓ／Ｎ比が向上するた
め、同じ光電変換手段を用い得るので、撮像装置を簡単
な構成にすることができる。
んで構成されているので、第２の出力モードで、発光像
の電気信号は等価的に増幅され、Ｓ／Ｎ比が向上するた
め、同じ光電変換手段を用い得るので、撮像装置を簡単
な構成にすることができる。
【図１】本発明の半導体デバイス検査システムの構成
図。
図。
【図２】撮像装置の撮像信号出力制御系を示したブロッ
ク図。
ク図。
【図３】光学系関係の制御系の構成図。
【図４】半導体デバイス検査システムのプロセスフロー
図。
図。
【図５】図４（ｇ）〜（ｈ）の画像処理プロセスの概要
を示す図。
を示す図。
【図６】ＣＣＤセンサの比較図。
【図７】高速モードと低速モードでのＣＣＤセンサへの
制御を示す図。
制御を示す図。
１０１…半導体デバイス，１１２ｂ1 …ＣＣＤチップ，
１１２…カメラ装置，１１２ｂ2 …ＣＣＤドライバ，１
１４…モニタ，１３１…コンピュータ，１３２…カメラ
コントロールユニット
１１２…カメラ装置，１１２ｂ2 …ＣＣＤドライバ，１
１４…モニタ，１３１…コンピュータ，１３２…カメラ
コントロールユニット
フロントページの続き (72)発明者 小栗 茂久 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松 ホトニクス株式会社内 (72)発明者 鈴木 康司 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松 ホトニクス株式会社内 (72)発明者 永田 渉 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松 ホトニクス株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−72540（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−31175（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−25578（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/66
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体デバイスの照明下のパターン像を
撮像し第１の電気信号に変換して出力する第１のモード
と、前記半導体デバイスに所定のバイアスを与えて得ら
れる発光像を撮像して電気信号に変換して出力する第２
のモードとを有する撮像装置と、 この撮像装置からの前記第１の電気信号及び前記第２の
電気信号を記憶するとともに前記第１または第２の電気
信号に所定の演算を施して記憶する演算装置と、 前記演算装置の記憶内容から前記パターン像または発光
像或いは前記第１または第２の電気信号に前記所定の演
算を施した像を表示するモニタ装置とを備え、 前記撮像装置が、 前記半導体デバイスの光学像を画素ごとに信号電荷に光
電変換して蓄積する光電変換手段と、 この光電変換手段に前記信号電荷を第１の期間蓄積させ
高速に読み出させる第１の出力モードと第１の期間より
も長い第２の期間蓄積させ低速で読み出させる第２の出
力モードとを有し、前記第１の出力モードでは、第１の
期間蓄積された前記信号電荷を前記画素ごとに順次読み
出して出力し、前記第２の出力モードでは、第２の期間
蓄積された前記信号電荷を前記画素の複数個づつ積算し
て順次読み出して出力する出力制御手段とを含んで構成
されていることを特徴とする半導体デバイス検査システ
ム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3290168A JP2975194B2 (ja) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | 半導体デバイス検査システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3290168A JP2975194B2 (ja) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | 半導体デバイス検査システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05129401A JPH05129401A (ja) | 1993-05-25 |
| JP2975194B2 true JP2975194B2 (ja) | 1999-11-10 |
Family
ID=17752633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3290168A Expired - Fee Related JP2975194B2 (ja) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | 半導体デバイス検査システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2975194B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0334967B1 (en) * | 1987-10-06 | 1993-08-11 | TSUMURA & CO. | Keratosis-treating agent |
| JP3300479B2 (ja) * | 1993-07-19 | 2002-07-08 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体デバイス検査システム |
| US6002792A (en) * | 1993-11-16 | 1999-12-14 | Hamamatsu Photonics Kk | Semiconductor device inspection system |
| KR101398205B1 (ko) | 2008-09-18 | 2014-05-21 | 삼성테크윈 주식회사 | 전자 부품 정보 인식 및 처리 장치 |
-
1991
- 1991-11-06 JP JP3290168A patent/JP2975194B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05129401A (ja) | 1993-05-25 |
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