JP5091430B2 - 半導体不良解析装置、不良解析方法、及び不良解析プログラム - Google Patents

Description

本発明は、半導体デバイスの不良について解析を行うための半導体不良解析装置、不良解析方法、及び不良解析プログラムに関するものである。

半導体デバイスの不良を解析するための観察画像を取得する半導体検査装置としては、従来、エミッション顕微鏡、ＯＢＩＲＣＨ装置、時間分解エミッション顕微鏡などが用いられている。これらの検査装置では、不良観察画像として取得される発光画像やＯＢＩＲＣＨ画像を用いて、半導体デバイスの故障箇所などの不良を解析することができる（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２００３−８６６８９号公報 特開２００３−３０３７４６号公報

近年、半導体不良解析において、解析対象となる半導体デバイスの微細化や高集積化が進んでおり、上記した検査装置を用いた不良箇所の解析が困難になってきている。したがって、このような半導体デバイスについて不良箇所の解析を行うためには、不良観察画像から半導体デバイスの不良箇所を推定するための解析処理の確実性、及びその効率を向上することが必要不可欠である。

本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、不良観察画像を用いた半導体デバイスの不良の解析を確実かつ効率良く行うことが可能な半導体不良解析装置、不良解析方法、及び不良解析プログラムを提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明による半導体不良解析装置は、半導体デバイスの不良を解析する半導体不良解析装置であって、（１）半導体デバイスの観察画像として、不良についての検査を行って得られた、不良に起因する反応情報を含む不良観察画像を取得する検査情報取得手段と、（２）不良観察画像及び半導体デバイスのレイアウト情報を参照して半導体デバイスの不良についての解析を行う不良解析手段とを備え、（３）不良解析手段は、不良観察画像での輝度分布と、所定の輝度閾値とを比較することによって反応情報として反応領域を抽出し、反応領域に対応して半導体デバイスの不良解析に用いられる解析領域を設定する解析領域設定手段を有し、解析領域設定手段は、反応領域に対して左右上下にそれぞれ所定の幅の余白が付加された状態で解析領域を設定することを特徴とする。

また、本発明による半導体不良解析方法は、半導体デバイスの不良を解析する半導体不良解析方法であって、（１）半導体デバイスの観察画像として、不良についての検査を行って得られた、不良に起因する反応情報を含む不良観察画像を取得する検査情報取得ステップと、（２）不良観察画像及び半導体デバイスのレイアウト情報を参照して半導体デバイスの不良についての解析を行う不良解析ステップとを備え、（３）不良解析ステップは、不良観察画像での輝度分布と、所定の輝度閾値とを比較することによって反応情報として反応領域を抽出し、反応領域に対応して半導体デバイスの不良解析に用いられる解析領域を設定する解析領域設定ステップを含み、解析領域設定ステップにおいて、反応領域に対して左右上下にそれぞれ所定の幅の余白が付加された状態で解析領域を設定することを特徴とする。

また、本発明による半導体不良解析プログラムは、半導体デバイスの不良を解析する半導体不良解析をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、（１）半導体デバイスの観察画像として、不良についての検査を行って得られた、不良に起因する反応情報を含む不良観察画像を取得する検査情報取得処理と、（２）不良観察画像及び半導体デバイスのレイアウト情報を参照して半導体デバイスの不良についての解析を行う不良解析処理とをコンピュータに実行させ、（３）不良解析処理は、不良観察画像での輝度分布と、所定の輝度閾値とを比較することによって反応情報として反応領域を抽出し、反応領域に対応して半導体デバイスの不良解析に用いられる解析領域を設定する解析領域設定処理を含み、解析領域設定処理において、反応領域に対して左右上下にそれぞれ所定の幅の余白が付加された状態で解析領域を設定することを特徴とする。

上記した半導体不良解析装置、不良解析方法、及び不良解析プログラムにおいては、解析対象の半導体デバイスを検査して得られた発光画像やＯＢＩＲＣＨ画像などの不良観察画像を取得する。そして、不良観察画像での反応情報（例えば反応箇所の情報）に対応して解析領域を設定し、半導体デバイスのレイアウトに関する必要な情報を参照して、半導体デバイスの不良解析を行っている。このような構成によれば、解析領域を参照することで、不良観察画像を用いた半導体デバイスの不良解析を好適に実行することができる。

さらに、上記構成では、不良観察画像に基づく解析領域の設定について、複数の画素を有する不良観察画像での輝度分布に対して輝度閾値を適用することで、半導体デバイスでの反応箇所等に対応する反応領域を抽出し、この抽出された反応領域に基づいて解析領域を設定している。これにより、不良解析に用いられる解析領域を好適に設定して、半導体デバイスの不良解析を確実かつ効率良く行うことが可能となる。また、輝度閾値を適用するこのような構成によれば、不良観察画像における解析領域の設定を自動で行って、不良解析の効率をさらに向上させることも可能である。

なお、上記構成において、半導体デバイスのレイアウト情報については、不良解析装置は、半導体デバイスのレイアウト情報を取得するレイアウト情報取得手段をさらに備えることが好ましい。同様に、不良解析方法は、半導体デバイスのレイアウト情報を取得するレイアウト情報取得ステップをさらに備えることが好ましい。同様に、不良解析プログラムは、半導体デバイスのレイアウト情報を取得するレイアウト情報取得処理をさらに実行することが好ましい。

ここで、上記の不良解析装置において、解析領域設定手段は、抽出された反応領域の面積と、所定の面積閾値とを比較することによって解析領域の設定に用いられる反応領域を選択し、選択された反応領域に対応して解析領域を設定することが好ましい。

同様に、不良解析方法は、解析領域設定ステップにおいて、抽出された反応領域の面積と、所定の面積閾値とを比較することによって解析領域の設定に用いられる反応領域を選択し、選択された反応領域に対応して解析領域を設定することが好ましい。

同様に、不良解析プログラムは、解析領域設定処理において、抽出された反応領域の面積と、所定の面積閾値とを比較することによって解析領域の設定に用いられる反応領域を選択し、選択された反応領域に対応して解析領域を設定することが好ましい。

このように、不良観察画像に対して輝度閾値に加えて面積閾値を適用して解析領域の設定に用いられる反応領域を抽出、選択することにより、抽出された反応領域のうちで不良解析に不要な領域を除外した上で解析領域の設定を行うことが可能となる。これにより、不良観察画像を用いた半導体デバイスの不良解析の確実性が向上される。

また、不良解析装置は、不良解析手段が、レイアウト情報を参照し、半導体デバイスのレイアウトに含まれる複数のネットについて解析を行って、解析領域を通過するネットを抽出するネット情報解析手段を有することが好ましい。

同様に、不良解析方法は、不良解析ステップが、レイアウト情報を参照し、半導体デバイスのレイアウトに含まれる複数のネットについて解析を行って、解析領域を通過するネットを抽出するネット情報解析ステップを含むことが好ましい。

同様に、不良解析プログラムは、不良解析処理が、レイアウト情報を参照し、半導体デバイスのレイアウトに含まれる複数のネットについて解析を行って、解析領域を通過するネットを抽出するネット情報解析処理を含むことが好ましい。

上記構成では、不良観察画像での反応情報に対応して設定された解析領域を参照し、半導体デバイスを構成する各ネットのうちで解析領域を通過するネットを抽出することによって、半導体デバイスの不良の解析を行っている。このような構成によれば、解析領域を通過するネットによって、半導体デバイスでの不良の可能性が高いネットを推定することが可能となる。

また、不良解析装置は、解析領域設定手段が、解析領域を半導体デバイスのレイアウトに対応するレイアウト座標系で設定することが好ましい。同様に、不良解析方法は、解析領域設定ステップにおいて、解析領域を半導体デバイスのレイアウトに対応するレイアウト座標系で設定することが好ましい。同様に、不良解析プログラムは、解析領域設定処理において、解析領域を半導体デバイスのレイアウトに対応するレイアウト座標系で設定することが好ましい。

このように、不良観察画像から抽出、設定される解析領域を、画像上での座標系ではなくレイアウト座標系で表現することにより、解析領域の利用範囲を広げることができる。これにより、解析領域を用いた半導体デバイスの不良解析における具体的な解析方法の自由度を向上することが可能となる。

また、不良解析装置は、不良解析手段が、標準の半導体デバイスの反応情報を含む観察画像である標準観察画像を用い、標準観察画像での輝度分布と、所定の輝度閾値とを比較することによって標準反応領域を抽出し、標準反応領域に対応してマスク領域を設定するマスク領域設定手段を有し、解析領域設定手段は、マスク領域によってマスク処理された不良観察画像を用いて、反応領域の抽出、及び解析領域の設定を行うことが好ましい。

同様に、不良解析方法は、不良解析ステップが、標準の半導体デバイスの反応情報を含む観察画像である標準観察画像を用い、標準観察画像での輝度分布と、所定の輝度閾値とを比較することによって標準反応領域を抽出し、標準反応領域に対応してマスク領域を設定するマスク領域設定ステップを含み、解析領域設定ステップにおいて、マスク領域によってマスク処理された不良観察画像を用いて、反応領域の抽出、及び解析領域の設定を行うことが好ましい。

同様に、不良解析プログラムは、不良解析処理が、標準の半導体デバイスの反応情報を含む観察画像である標準観察画像を用い、標準観察画像での輝度分布と、所定の輝度閾値とを比較することによって標準反応領域を抽出し、標準反応領域に対応してマスク領域を設定するマスク領域設定処理を含み、解析領域設定処理において、マスク領域によってマスク処理された不良観察画像を用いて、反応領域の抽出、及び解析領域の設定を行うことが好ましい。

このように、例えば良品の半導体デバイスなどの標準の半導体デバイスを対象として取得された標準観察画像を用い、良品発光等に起因する標準反応領域に対応してマスク領域を設定することにより、不良観察画像から抽出される反応領域のうちで不良に起因するものではない領域を除外した上で解析領域の設定を行うことが可能となる。これにより、不良観察画像を用いた半導体デバイスの不良解析の確実性が向上される。

また、不良解析装置は、不良解析手段が、半導体デバイスの積層構造に対し、不良解析の対象とする層を選択する解析対象選択手段を有することが好ましい。同様に、不良解析方法は、不良解析ステップが、半導体デバイスの積層構造に対し、不良解析の対象とする層を選択する解析対象選択ステップを含むことが好ましい。同様に、不良解析プログラムは、不良解析処理が、半導体デバイスの積層構造に対し、不良解析の対象とする層を選択する解析対象選択処理を含むことが好ましい。

このような構成によれば、不良観察画像の具体的な取得方法等を参照し、必要に応じて不良解析の対象とする層を選択、限定することが可能となる。これにより、不良観察画像を用いた半導体デバイスの不良解析の確実性が向上される。

本発明の半導体不良解析装置、不良解析方法、及び不良解析プログラムによれば、不良観察画像での輝度分布に対して輝度閾値を適用することで反応領域を抽出し、この抽出された反応領域に基づいて解析領域を設定して、半導体デバイスの不良解析を行うことにより、不良解析に用いられる解析領域を好適に設定して、半導体デバイスの不良解析を確実かつ効率良く行うことが可能となる。

以下、図面とともに本発明による半導体不良解析装置、不良解析方法、及び不良解析プログラムの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

図１は、本発明による半導体不良解析装置を含む不良解析システムの一実施形態の構成を概略的に示すブロック図である。本不良解析システム１は、半導体デバイスを解析対象とし、その観察画像を用いて不良解析を行うためのものであり、半導体不良解析装置１０と、検査情報供給装置２０と、レイアウト情報供給装置３０と、表示装置４０と、入力装置４５とを備えている。以下、半導体不良解析装置１０及び不良解析システム１の構成について、半導体不良解析方法とともに説明する。

半導体不良解析装置１０は、半導体デバイスの不良解析に必要なデータを入力して、その不良の解析処理を実行するための解析装置である。本実施形態による不良解析装置１０は、検査情報取得部１１と、レイアウト情報取得部１２と、不良解析部１３と、解析画面表示制御部１４と、レイアウト画像表示制御部１５とを有している。また、不良解析装置１０には、不良解析に関する情報を表示するための表示装置４０と、不良解析に必要な指示や情報の入力に用いられる入力装置４５とが接続されている。

不良解析装置１０において実行される不良解析に用いられるデータは、検査情報取得部１１及びレイアウト情報取得部１２によって取得される。検査情報取得部１１は、半導体デバイスの観察画像として、通常の観察画像であるパターン画像Ｐ１と、不良についての検査を行って得られた、不良に起因する反応情報を含んでいる不良観察画像Ｐ２とを取得する（検査情報取得ステップ）。また、レイアウト情報取得部１２は、半導体デバイスでのネットなどの構成を示すレイアウト情報を取得する（レイアウト情報取得ステップ）。図１においては、レイアウト情報取得部１２は、この半導体デバイスのレイアウト情報として、レイアウト画像Ｐ３を取得している。

図１においては、検査情報取得部１１に対して、検査情報供給装置２０が接続されており、パターン画像Ｐ１及び不良観察画像Ｐ２は供給装置２０から取得部１１へと供給されている。この検査情報供給装置２０としては、例えば、エミッション顕微鏡装置を用いることができる。この場合には、不良観察画像Ｐ２は発光画像となる。また、検査情報供給装置２０として、ＯＢＩＲＣＨ装置を用いることができる。この場合には、不良観察画像Ｐ２はＯＢＩＲＣＨ画像となる。あるいは、これら以外の種類の半導体検査装置を供給装置２０として用いても良い。

また、パターン画像Ｐ１及び不良観察画像Ｐ２があらかじめ半導体検査装置によって取得されている場合には、検査情報供給装置２０としては、それらの画像データを記憶しているデータ記憶装置が用いられる。この場合のデータ記憶装置は、不良解析装置１０の内部に設けられていても良く、あるいは外部装置であっても良い。このような構成は、半導体検査装置で観察画像を先に取りためておき、不良解析装置１０のソフトウェアを別のコンピュータ上で実行するような場合に有用である。この場合、半導体検査装置を占有することなく、不良解析の作業を分担して進めることができる。

また、エミッション顕微鏡装置やＯＢＩＲＣＨ装置などの半導体検査装置で取得されるパターン画像Ｐ１及び不良観察画像Ｐ２については、ステージ上に半導体デバイスを載置した状態で画像Ｐ１、Ｐ２が取得される。このため、両者は互いに位置合わせがされた画像として取得される。また、画像Ｐ１、Ｐ２における画像上の座標系は、例えば、半導体検査装置でのステージ座標系に対応して設定される。

一方、レイアウト情報取得部１２に対して、レイアウト情報供給装置３０がネットワークを介して接続されており、レイアウト画像Ｐ３は供給装置３０から取得部１２へと供給されている。このレイアウト情報供給装置３０としては、例えば、半導体デバイスを構成する素子やネット（配線）の配置などの設計情報からレイアウト画像Ｐ３を生成するレイアウト・ビューアのＣＡＤソフトが起動されているワークステーションを用いることができる。

ここで、例えば半導体デバイスに含まれる複数のネットの個々の情報など、レイアウト画像Ｐ３以外のレイアウト情報については、不良解析装置１０において、必要に応じてレイアウト情報供給装置３０と通信を行って情報を取得する構成を用いることが好ましい。あるいは、レイアウト画像Ｐ３と合わせて、レイアウト情報取得部１２から情報を読み込んでおく構成としても良い。また、半導体デバイスの不良解析に必要なレイアウト情報があらかじめ不良解析装置１０に読み込まれている場合には、レイアウト情報取得部１２は不要である。

また、本実施形態においては、不良解析装置１０にレイアウト画像表示制御部１５が設けられている。このレイアウト画像表示制御部１５は、画面転送ソフトウェア、例えばＸ端末によって構成され、レイアウト情報供給装置３０において描画されたレイアウト画像Ｐ３を表示装置４０での所定の表示ウィンドウに表示するなどの機能を有する。ただし、このようなレイアウト画像表示制御部１５については、不要であれば設けなくても良い。

検査情報取得部１１、及びレイアウト情報取得部１２によって取得されたパターン画像Ｐ１、不良観察画像Ｐ２、及びレイアウト画像Ｐ３は、不良解析部１３へと入力される。不良解析部１３は、不良観察画像Ｐ２及びレイアウト情報を参照して、半導体デバイスの不良についての解析を行う解析手段である。また、解析画面表示制御部１４は、不良解析部１３による半導体デバイスの不良の解析結果についての情報を表示装置４０に表示させる情報表示制御手段である。また、解析画面表示制御部１４は、必要に応じて、解析結果以外で半導体デバイスの不良解析についての情報を所定の解析画面で表示する。

図２は、図１に示した半導体不良解析装置１０における不良解析部１３の具体的な構成を示すブロック図である。本実施形態による不良解析部１３は、領域設定部１３１と、ネット情報解析部１３２とを有している。また、図３及び図４は、領域設定部１３１及びネット情報解析部１３２によって実行される不良解析方法について模式的に示す図である。なお、以下において、不良観察画像等を模式的に示す場合には、説明のため、例えば発光画像における発光領域などの反応領域について、斜線を付した領域によって図示することとする。

領域設定部１３１は、解析対象の半導体デバイスに対し、不良観察画像Ｐ２を参照し、画像Ｐ２での反応情報に対応して解析領域を設定する設定手段である。ここで、不良観察画像Ｐ２の例としてエミッション顕微鏡装置によって取得される発光画像を考える。例えば、図３（ａ）に示す例では、不良解析において参照される反応情報として、発光画像中にＡ１〜Ａ６の６つの発光領域（反応領域）が存在する。このような画像に対して、領域設定部１３１は、図３（ｂ）に示すように、発光領域に対応して６つの解析領域Ｂ１〜Ｂ６を設定する。

本実施形態においては、この領域設定部１３１は、解析領域設定部１３６と、マスク領域設定部１３７とを有している。解析領域設定部１３６は、不良観察画像Ｐ２に対して所定の輝度閾値を適用して解析領域の設定を行う設定手段である。例えば、図４（ａ）に模式的に示す例では、不良観察画像Ｐ２である発光画像中において、３箇所の発光箇所が存在する。

解析領域設定部１３６では、このような不良観察画像Ｐ２に対して、画像Ｐ２での輝度分布と、所定の輝度閾値とを比較し、例えば、輝度閾値以上の輝度値を有する画素を選択する。これにより、図４（ｂ）に示すように、不良観察画像Ｐ２に含まれる反応情報として、反応領域Ａ１〜Ａ３が抽出される。ここで、不良観察画像Ｐ２が発光画像である場合には、画像Ｐ２での輝度分布は半導体デバイスでの発光強度分布に対応する。また、輝度閾値によって抽出される反応領域Ａ１〜Ａ３は発光領域に対応する。

さらに、解析領域設定部１３６では、上記のようにして抽出された反応領域Ａ１〜Ａ３に対応して、半導体デバイスの不良解析に用いられる解析領域Ｂ１〜Ｂ３が設定される。このような解析領域の設定は、キーボードやマウスなどを用いた入力装置４５からの操作者の入力に応じて手動で行うことが好ましい。あるいは、解析領域設定部１３６において自動で行われる構成としても良い。また、設定される解析領域の形状については、特に制限されないが、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように矩形状の領域（反応ボックス）に設定することが、解析の容易さなどの点で好ましい。

また、マスク領域設定部１３７は、不良観察画像を用いて不良解析を行う際のマスクとして用いられるマスク領域の設定を行う設定手段である。解析領域設定部１３６は、マスク領域設定部１３７において設定されたマスク領域によってマスク処理された不良観察画像を用い、そのマスク処理された不良観察画像を参照して反応領域の抽出、及び解析領域の設定を行う。なお、このようなマスク領域の設定、及び不良観察画像に対するマスク処理については、不要であれば行わなくても良い。また、マスク領域の設定方法、及び不良観察画像の処理方法等については、具体的には後述する。

ネット情報解析部１３２は、半導体デバイスのレイアウトに含まれる複数のネット（配線）について、解析領域設定部１３６で設定された解析領域を参照して解析を行う。具体的には、複数のネットについて解析を行って、設定された解析領域を通過するネットを抽出する（ネット情報解析ステップ）。また、解析領域設定部１３６において複数の解析領域が設定されている場合には、ネット情報解析部１３２は、複数のネットについて、複数の解析領域のそれぞれを通過するネットを抽出するとともに、そのネットの解析領域の通過回数を取得する。

上記した例では、図３（ｃ）に示すように、解析領域設定部１３６で設定された６つの解析領域Ｂ１〜Ｂ６に対して、解析領域を通過するネットとして４本のネットＣ１〜Ｃ４が抽出されている。また、これらのネットＣ１〜Ｃ４のうち、ネットＣ１は解析領域の通過回数が３回で最も多く、ネットＣ２は通過回数が２回、ネットＣ３、Ｃ４は通過回数がそれぞれ１回となっている。

なお、このようなネット情報の解析では、必要に応じて、レイアウト情報取得部１２を介してレイアウト情報供給装置３０との間で通信を行って、解析を実行することが好ましい。このような構成としては、例えば、ネット情報解析部１３２が、レイアウト情報供給装置３０に対してネットの抽出、及び解析領域の通過回数の取得を指示し、その結果を受け取る構成がある。

また、本実施形態においては、ネット情報解析部１３２に対して、さらに解析対象選択部１３５が設けられている。解析対象選択部１３５は、不良解析の対象となっている半導体デバイスの積層構造に対し、必要に応じて、ネット情報解析部１３２における不良解析の対象とする層の選択を行う選択手段である。この解析対象選択部１３５による層の選択は、例えば不良観察画像の取得条件などを参照して行うことができる。

また、これらの不良解析に必要な画像などの情報、あるいは解析結果として得られた情報は、必要に応じて解析画面表示制御部１４によって解析画面として表示装置４０に表示される。特に、本実施形態においては、解析画面表示制御部１４は、上記した不良解析部１３による解析結果を示す情報、例えば、解析領域設定部１３６で抽出された反応領域、及び反応領域に対応して設定された解析領域についての情報、あるいは、ネット情報解析部１３２で抽出されたネット、及びそのネットの解析領域の通過回数についての情報などを表示装置４０に表示させる（情報表示ステップ）。

このような解析結果の表示は、例えば、図３（ｃ）に示すように解析領域及びネットを含む画像によって表示しても良く、あるいは、ネットの名称及び通過回数のカウント数などによって表示しても良い。具体的には、解析画面表示制御部１４は、解析結果として、ネット情報解析部１３２によって抽出されたネットを一覧表示したネットのリストを表示装置４０に表示させることが好ましい。また、複数の解析領域が設定されている場合には、解析結果として、ネット情報解析部１３２によって抽出されたネット（例えばネットの名称）、及びそのネットの解析領域の通過回数（例えば通過回数を示すカウント数）を一覧表示したネットのリストを表示装置４０に表示させることが好ましい。

また、設定された解析領域、及び抽出されたネットを含む画像によって解析結果を表示する場合には、図３（ｃ）に示すように、抽出されたネットをレイアウト画像上でハイライト表示しても良い。また、抽出されたネットをマウス操作等によって選択した場合に、そのネットが通過している解析領域の色を変えて表示するなど、具体的には様々な表示方法を用いて良い。また、反応領域及び解析領域の表示については、例えば、図４（ｂ）に示すように反応領域と解析領域とがともに示された画像によって表示しても良く、あるいは、反応領域または解析領域の一方が示された画像によって表示しても良い。

本実施形態の不良解析部１３においては、検査情報取得部１１が不良観察画像Ｐ２に加えてパターン画像Ｐ１を取得していることに対応して、位置調整部１３３が設けられている。位置調整部１３３は、パターン画像Ｐ１及びレイアウト画像Ｐ３を参照して、パターン画像Ｐ１及び不良観察画像Ｐ２を含む検査情報供給装置２０からの観察画像と、レイアウト情報供給装置３０からのレイアウト画像Ｐ３との間で位置合わせを行う（位置調整ステップ）。この位置合わせは、例えば、パターン画像Ｐ１において適当な３点を指定し、さらにレイアウト画像Ｐ３において対応する３点を指定して、それらの座標から位置合わせを行う方法を用いることができる。

また、不良解析部１３には、付加解析情報取得部１３４が設けられている。付加解析情報取得部１３４は、領域設定部１３１及びネット情報解析部１３２による上記した解析方法とは別の解析方法によって得られた半導体デバイスの不良についての付加的な解析情報を外部装置などから取得する（付加解析情報取得ステップ）。この取得された付加解析情報は、ネット情報解析部１３２で得られた解析結果と合わせて参照される。

上記実施形態による半導体不良解析装置、及び半導体不良解析方法の効果について説明する。

図１に示した半導体不良解析装置１０、及び不良解析方法においては、検査情報取得部１１及びレイアウト情報取得部１２を介し、解析対象の半導体デバイスを検査して得られた不良観察画像Ｐ２と、半導体デバイスのレイアウトに関して必要な情報とを取得する。そして、解析領域設定部１３６において、不良観察画像Ｐ２での不良に起因する反応情報（例えば反応箇所の情報、具体的には発光画像での発光箇所の情報等）に対応して解析領域を設定して、半導体デバイスの不良解析を行っている。このような構成によれば、不良観察画像に基づいて設定された解析領域（例えば矩形状の反応ボックス）を参照することで、不良観察画像を用いた半導体デバイスの不良解析を好適に実行することができる。

さらに、上記構成では、解析領域設定部１３６で行われる不良観察画像Ｐ２に基づく解析領域の設定について、複数の画素を有する２次元画像である不良観察画像での輝度分布に対して輝度閾値を適用することで、半導体デバイスでの反応箇所等に対応する反応領域を抽出し、この抽出された反応領域に基づいて解析領域を設定している。これにより、不良解析に用いられる解析領域を好適に設定して、半導体デバイスの不良解析を確実かつ効率良く行うことが可能となる。

また、上記した半導体不良解析装置１０と、検査情報供給装置２０と、レイアウト情報供給装置３０と、表示装置４０とによって構成される不良解析システム１によれば、不良観察画像Ｐ２を用いた半導体デバイスの不良解析を確実かつ効率良く行うことが可能な半導体不良解析システムが実現される。

反応領域を抽出する際の不良観察画像Ｐ２の輝度分布と輝度閾値との比較方法については、具体的には不良観察画像の種類等に応じて適当な比較方法を用いることが好ましい。例えば、不良観察画像Ｐ２が発光画像である場合、上記したように、画像中で輝度閾値以上の輝度値を有する画素によって反応領域を抽出する方法を用いることができる。

上記のように輝度閾値を適用して反応領域の抽出を行う構成は、不良観察画像における解析領域の設定を自動で行って、不良解析の効率をさらに向上させる上でも有効である。すなわち、解析領域設定部１３６において、反応領域の抽出に用いる輝度閾値などの抽出条件をあらかじめ用意しておけば、検査情報取得部１１を介して入力される不良観察画像Ｐ２に対して、反応領域の抽出を自動で実行することが可能となる。また、解析領域設定部１３６において、さらに反応領域に対応する解析領域の設定方法を用意しておけば、解析領域の設定についても自動で実行することが可能となる。

図５は、反応領域に対応する解析領域の設定方法の例を示す図である。図５（ａ）に示す例では、解析領域の形状を矩形とし、不良観察画像において抽出された反応領域Ａに対して外接するように解析領域Ｂを設定する方法を用いている。また、図５（ｂ）に示す例では、反応領域Ａに対して一定の余白を付加する方法が用いられており、反応領域Ａに対して左右上下にそれぞれ幅ｗの余白が付加された状態で解析領域Ｂを設定している。このような余白の付加は、例えば、観察画像取得時に半導体デバイスを載置するステージの位置精度等を考慮して、不良観察画像Ｐ２での反応領域に対して広めに解析領域を設定する必要があるなどの場合に有効である。また、解析領域の設定方法については、これらの方法以外にも様々な方法を用いて良い。

なお、反応領域Ａと解析領域Ｂとを表示装置４０に表示させる場合には、図５（ｃ）に示すように、解析領域Ｂについて、矩形状の外形線と合わせて対角線を描画しても良い。このように、解析領域Ｂの対角線を表示することにより、解析領域Ｂの中心が反応領域Ａの中心と一致しているかどうかを容易に確認することができる。

また、解析領域設定部１３６における反応領域の抽出については、輝度閾値を適用して抽出された反応領域に対して、さらに、反応領域の面積と、所定の面積閾値とを比較することによって解析領域の設定に用いられる反応領域を選択し、選択された反応領域に対応して解析領域を設定することが好ましい。

このように、不良観察画像Ｐ２に対して輝度閾値に加えて面積閾値を適用して解析領域の設定に用いられる反応領域を抽出、選択することにより、抽出された反応領域のうちで不良解析に不要な領域を除外した上で解析領域の設定を行うことが可能となる。これにより、不良観察画像を用いた半導体デバイスの不良解析の確実性が向上される。

具体的には例えば、不良観察画像に対して輝度閾値を適用し、輝度閾値以上の輝度値を有する画素を、反応画素として抽出する。そして、不良観察画像中での反応画素の分布において、反応画素が連続している領域（例えば反応画素が左右上下または斜めに隣接している画素領域）を１つの領域として、その面積（例えば画素数）を求め、これが面積閾値以上の領域を反応領域とする。これにより、例えばノイズやゴミに起因する小さい領域などの不要な領域を効果的に除外することができる。

また、このような反応領域及び解析領域の抽出条件については、例えば、図６に示す設定ウィンドウを用いて設定することができる。この設定ウィンドウ５００には、輝度閾値を設定するための輝度閾値設定領域５０１と、面積閾値を設定するための面積閾値設定領域５０２と、解析領域を設定する際に付加する余白の幅ｗを設定するための余白設定領域５０３とが設けられている。

上記の設定領域５０１〜５０３のうち、余白設定領域５０３では、余白の幅ｗを設定する単位として、μｍ（ミクロン）と、ｐｉｘｅｌ（画素）とが選択可能となっている。また、設定領域５０１〜５０３の下方には、領域の抽出を指示するための抽出ボタン５０４と、領域の抽出を終了するための終了ボタン５０５とが設けられている。

また、上記実施形態による半導体不良解析装置１０では、不良解析部１３において、レイアウト情報を参照し、半導体デバイスのレイアウトに含まれる複数のネットについて解析を行って、解析領域設定部１３６で設定された解析領域を通過するネットを抽出するネット情報解析部１３２が設けられている。このように、解析領域を参照してネット情報の解析を行うことにより、解析領域を通過するネットによって、半導体デバイスでの膨大な数のネットの中から、不良となっている可能性が高いネット（被疑不良ネット）を推定することができる。したがって、不良観察画像Ｐ２を用いた半導体デバイスの不良解析を確実かつ効率良く行うことが可能となる。

ここで、不良観察画像Ｐ２での不良に起因する反応情報は、その反応箇所自体が不良箇所である場合のみでなく、他の不良箇所（例えば不良ネット）に起因して反応が発生している箇所が含まれる。上記構成によれば、このような不良ネット等についても、解析領域を用いて好適に絞込、推定を行うことが可能である。

また、不良観察画像Ｐ２での反応情報に対応して設定される解析領域について、領域設定部１３１において、複数の解析領域が設定される場合には、ネット情報解析部１３２において、半導体デバイスのレイアウトに含まれる複数のネットについて複数の解析領域のそれぞれを通過するネットを抽出するとともに、そのネットの解析領域の通過回数を取得することが好ましい。このような構成によれば、解析領域の通過回数が多いネットによって、半導体デバイスでの不良となっている可能性が高いネットを推定することができる。したがって、不良観察画像Ｐ２を用いた半導体デバイスの不良解析を、さらに確実かつ効率良く行うことが可能となる。

解析領域設定部１３６における解析領域の設定については、解析領域を半導体デバイスのレイアウトに対応するレイアウト座標系で設定することが好ましい。このように、不良観察画像Ｐ２から抽出される解析領域を、検査情報側の画像上での座標系ではなくレイアウト情報側のレイアウト座標系で表現することにより、解析領域の利用範囲を広げることができる。これにより、解析領域を用いた半導体デバイスの不良解析における具体的な解析方法の自由度を向上することが可能となる。あるいは、解析領域を画像上の座標系で設定しても良い。不良観察画像Ｐ２等における画像上の座標系は、例えば上記したように、半導体検査装置でのステージ座標系に対応して設定される。

図１に示した半導体不良解析装置１０において実行される不良解析方法に対応する処理は、半導体不良解析をコンピュータに実行させるための半導体不良解析プログラムによって実現可能である。例えば、不良解析装置１０は、半導体不良解析の処理に必要な各ソフトウェアプログラムを動作させるＣＰＵと、上記ソフトウェアプログラムなどが記憶されるＲＯＭと、プログラム実行中に一時的にデータが記憶されるＲＡＭとによって構成することができる。このような構成において、ＣＰＵによって所定の不良解析プログラムを実行することにより、上記した不良解析装置１０を実現することができる。

また、半導体不良解析のための各処理をＣＰＵによって実行させるための上記プログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体に記録して頒布することが可能である。このような記録媒体には、例えば、ハードディスク及びフレキシブルディスクなどの磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ及びＤＶＤ−ＲＯＭなどの光学媒体、フロプティカルディスクなどの磁気光学媒体、あるいはプログラム命令を実行または格納するように特別に配置された、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ、及び半導体不揮発性メモリなどのハードウェアデバイスなどが含まれる。

図７は、図１に示した検査情報供給装置２０として適用が可能な半導体検査装置の一例を示す構成図である。また、図８は、図７に示した半導体検査装置を側面から示す構成図である。

本構成例による半導体検査装置２０Ａは、観察部２１と、制御部２２とを備えている。検査対象（不良解析装置１０による解析対象）となる半導体デバイスＳは、観察部２１に設けられたステージ２１８上に載置されている。さらに、本構成例においては、半導体デバイスＳに対して不良解析に必要な電気信号等を印加するためのテストフィクスチャ２１９が設置されている。半導体デバイスＳは、例えば、その裏面が対物レンズ２２０に対面するように配置される。

観察部２１は、暗箱内に設置された高感度カメラ２１０と、レーザスキャン光学系（ＬＳＭ：Laser Scanning Microscope）ユニット２１２と、光学系２２２、２２４と、ＸＹＺステージ２１５とを有している。これらのうち、カメラ２１０及びＬＳＭユニット２１２は、半導体デバイスＳの観察画像（パターン画像Ｐ１、不良観察画像Ｐ２）を取得するための画像取得手段である。

また、光学系２２２、２２４、及び光学系２２２、２２４の半導体デバイスＳ側に設けられた対物レンズ２２０は、半導体デバイスＳからの画像（光像）を画像取得手段へと導くための導光光学系を構成している。本構成例においては、図７及び図８に示すように、それぞれ異なる倍率を有する複数の対物レンズ２２０が切り換え可能に設置されている。また、テストフィクスチャ２１９は、半導体デバイスＳの不良解析のための検査を行う検査手段である。また、ＬＳＭユニット２１２は、上記した画像取得手段としての機能と合わせて、検査手段としての機能も有している。

光学系２２２は、対物レンズ２２０を介して入射された半導体デバイスＳからの光をカメラ２１０へと導くカメラ用光学系である。カメラ用光学系２２２は、対物レンズ２２０によって所定の倍率で拡大された画像をカメラ２１０内部の受光面に結像させるための結像レンズ２２２ａを有している。また、対物レンズ２２０と結像レンズ２２２ａとの間には、光学系２２４のビームスプリッタ２２４ａが介在している。高感度カメラ２１０としては、例えば冷却ＣＣＤカメラ等が用いられる。

このような構成において、不良の解析対象となっている半導体デバイスＳからの光は、対物レンズ２２０及びカメラ用光学系２２２を含む光学系を介してカメラ２１０へと導かれる。そして、カメラ２１０によって、半導体デバイスＳのパターン画像Ｐ１などの観察画像が取得される。また、半導体デバイスＳの不良観察画像Ｐ２である発光画像を取得することも可能である。この場合には、テストフィクスチャ２１９によって電圧を印加した状態で半導体デバイスＳから発生した光が光学系を介してカメラ２１０へと導かれ、カメラ２１０によって発光画像が取得される。

ＬＳＭユニット２１２は、赤外レーザ光を照射するためのレーザ光導入用光ファイバ２１２ａと、光ファイバ２１２ａから照射されたレーザ光を平行光とするコリメータレンズ２１２ｂと、レンズ２１２ｂによって平行光とされたレーザ光を反射するビームスプリッタ２１２ｅと、ビームスプリッタ２１２ｅで反射されたレーザ光をＸＹ方向に走査して半導体デバイスＳ側へと出射するＸＹスキャナ２１２ｆとを有している。

また、ＬＳＭユニット２１２は、半導体デバイスＳ側からＸＹスキャナ２１２ｆを介して入射され、ビームスプリッタ２１２ｅを透過した光を集光するコンデンサレンズ２１２ｄと、コンデンサレンズ２１２ｄによって集光された光を検出するための検出用光ファイバ２１２ｃとを有している。

光学系２２４は、半導体デバイスＳ及び対物レンズ２２０と、ＬＳＭユニット２１２のＸＹスキャナ２１２ｆとの間で光を導くＬＳＭユニット用光学系である。ＬＳＭユニット用光学系２２４は、半導体デバイスＳから対物レンズ２２０を介して入射された光の一部を反射するビームスプリッタ２２４ａと、ビームスプリッタ２２４ａで反射された光の光路をＬＳＭユニット２１２に向かう光路へと変換するミラー２２４ｂと、ミラー２２４ｂで反射された光を集光するレンズ２２４ｃとを有している。

このような構成において、レーザ光源からレーザ光導入用光ファイバ２１２ａを介して出射された赤外レーザ光は、レンズ２１２ｂ、ビームスプリッタ２１２ｅ、ＸＹスキャナ２１２ｆ、光学系２２４、及び対物レンズ２２０を通過して半導体デバイスＳへと照射される。

この入射光に対する半導体デバイスＳからの反射散乱光は、半導体デバイスＳに設けられている回路パターンを反映している。半導体デバイスＳからの反射光は、入射光とは逆の光路を通過してビームスプリッタ２１２ｅへと到達し、ビームスプリッタ２１２ｅを透過する。そして、ビームスプリッタ２１２ｅを透過した光は、レンズ２１２ｄを介して検出用光ファイバ２１２ｃへと入射し、検出用光ファイバ２１２ｃに接続された光検出器によって検出される。

検出用光ファイバ２１２ｃを介して光検出器によって検出される光の強度は、上記したように、半導体デバイスＳに設けられている回路パターンを反映した強度となっている。したがって、ＸＹスキャナ２１２ｆによって赤外レーザ光が半導体デバイスＳ上をＸ−Ｙ走査することにより、半導体デバイスＳのパターン画像Ｐ１などを鮮明に取得することができる。

制御部２２は、カメラ制御部２５１ａと、ＬＳＭ制御部２５１ｂと、ＯＢＩＲＣＨ制御部２５１ｃと、ステージ制御部２５２とを有している。これらのうち、カメラ制御部２５１ａ、ＬＳＭ制御部２５１ｂ、及びＯＢＩＲＣＨ制御部２５１ｃは、観察部２１における画像取得手段及び検査手段等の動作を制御することによって、観察部２１で実行される半導体デバイスＳの観察画像の取得や観察条件の設定などを制御する観察制御手段を構成している。

具体的には、カメラ制御部２５１ａ及びＬＳＭ制御部２５１ｂは、それぞれ高感度カメラ２１０及びＬＳＭユニット２１２の動作を制御することによって、半導体デバイスＳの観察画像の取得を制御する。また、ＯＢＩＲＣＨ制御部２５１ｃは、不良観察画像として用いることが可能なＯＢＩＲＣＨ（Optical Beam Induced Resistance Change）画像を取得するためのものであり、レーザ光を走査した際に発生する半導体デバイスＳでの電流変化等を抽出する。

ステージ制御部２５２は、観察部２１におけるＸＹＺステージ２１５の動作を制御することによって、本検査装置２０Ａにおける検査箇所となる半導体デバイスＳの観察箇所の設定、あるいはその位置合わせ、焦点合わせ等を制御する。

また、これらの観察部２１及び制御部２２に対して、検査情報処理部２３が設けられている。検査情報処理部２３は、観察部２１において取得された半導体デバイスＳの観察画像のデータ収集、パターン画像Ｐ１及び不良観察画像Ｐ２を含む検査情報の不良解析装置１０への供給（図１参照）などの処理を行う。また、必要があれば、この検査情報処理部２３に対して、表示装置２４を接続する構成としても良い。なお、図８においては、検査情報処理部２３及び表示装置２４について図示を省略している。

本発明による半導体不良解析装置、不良解析方法、及び不良解析プログラムについて、さらに具体的に説明する。

図１及び図２に示した半導体不良解析装置１０では、解析領域設定部１３６で解析領域を設定し、この解析領域を参照して半導体デバイスのネットなどについての不良解析を行っている。ここで、この解析領域の設定については、上記したようにレイアウト座標系上の領域として設定することにより、他のデータとの間での領域データの共用が可能となるなど、解析領域の利用範囲を広げることができる。

そのような解析領域の利用方法の一例として、良品の半導体デバイスに対して取得される観察画像を標準とし、この標準観察画像を参照して、他の半導体デバイスを検査する際の不良観察画像Ｐ２に対して必要なマスク処理を行う方法がある。

この場合、具体的には例えば、不良解析部１３のマスク領域設定部１３７において、標準の半導体デバイス（例えば良品の半導体デバイス）の反応情報を含む観察画像である標準観察画像を用い、標準観察画像での輝度分布と、所定の輝度閾値とを比較することによって標準反応領域を抽出する。そして、抽出された標準反応領域に対応してマスク領域を設定する方法を用いることができる。これに対して、解析領域設定部１３６は、マスク領域設定部１３７で設定されたマスク領域によってマスク処理された不良観察画像Ｐ２を用いて、反応領域の抽出、及び解析領域の設定を行うことが好ましい。

このように、標準の半導体デバイスを対象として取得された標準観察画像を用い、良品発光等に起因する標準反応領域に対応してマスク領域を設定することにより、不良観察画像から抽出された反応領域のうちで不良に起因するものではない領域を除外した上で解析領域の設定を行うことが可能となる。これにより、不良観察画像を用いた半導体デバイスの不良解析の確実性が向上される。

例えば、半導体デバイスのオープン不良の解析を行う場合、ＬＳＩを動作させた状態で発光解析を行うことが有効な場合があるが、このような解析では、本来の不良箇所以外の部分でも発光が生じることが多い。また、これ以外にも、他の要因で不良箇所以外の部分で発光が生じる場合がある。これに対して、良品の半導体デバイスに対して発光解析を行っておき、その結果を参照して不良観察画像Ｐ２に対してマスク処理を行うことにより、本来の不良箇所についての不良解析を確実に実行することが可能となる。

このような不良観察画像Ｐ２に対するマスク処理は、具体的には例えば図９〜図１１に示す方法によって実行することができる。図９（ａ）は、良品の半導体デバイスの標準観察画像から抽出された反応領域を示している。この例では、２つの領域が良品発光などによる標準反応領域Ｄ１、Ｄ２として抽出されている。これらの標準反応領域Ｄ１、Ｄ２に対し、図９（ｂ）に示すように、不良観察画像での解析領域の設定と同様の方法により、標準反応領域Ｄ１、Ｄ２に対応する矩形状の領域Ｅ１、Ｅ２を設定する。この領域Ｅ１、Ｅ２が、他の半導体デバイスの不良解析におけるマスク領域として用いられる。

図１０（ａ）は、不良解析の対象となる半導体デバイスの不良観察画像Ｐ２から抽出された反応領域を示している。この例では、５つの領域が反応領域Ａ１〜Ａ５として抽出されている。このような不良観察画像に対し、標準観察画像を参照して設定されたマスク領域Ｅ１、Ｅ２を適用し、それらの領域内で各画素の輝度値を０とする、あるいはマスク領域内にある反応領域を消去するなどの方法を用いてマスク処理を行うことで不良観察画像を加工する。

これにより、図１０（ｂ）に示すように、抽出された反応領域Ａ１〜Ａ５のうちで２つの領域Ａ１、Ａ２は、マスク領域Ｅ１、Ｅ２によって良品発光として除外され、残りの３つの領域Ａ３〜Ａ５が以降の不良解析の対象となる。すなわち、反応領域Ａ３〜Ａ５を含む不良観察画像に対して、必要に応じて反応領域を強調する等の画像処理を行った後、図１１（ａ）に示すように、反応領域Ａ３〜Ａ５にそれぞれ対応する解析領域Ｂ３〜Ｂ５を設定する。そして、図１１（ｂ）に示すように、解析領域Ｂ３〜Ｂ５を参照して、半導体デバイスのレイアウトに含まれるネットＣについての解析が行われる。

ここで、解析領域等の各領域がレイアウト座標系で設定されている場合、標準観察画像と不良観察画像との間での座標系の対応を容易にとることができる。したがって、標準観察画像において設定されたマスク領域、及び不良観察画像において設定された反応領域、解析領域などの各種の領域を相互に参照することが可能となる。

なお、このようなマスク領域の指定については、例えば領域にマスク属性を付与するなど、具体的には様々な方法を用いて良い。また、半導体デバイスにおいてレイアウト上、発光が生じることが事前に予測される箇所があるなどの場合には、そのような箇所についてあらかじめレイアウト座標系でマスク領域を設定しても良い。また、不良観察画像に対するマスク処理については、上記したようにソフト的に画像の加工処理を行うことでマスク処理を行うことが好ましい。また、このような方法以外にも、例えば、観察画像取得時に半導体デバイスと撮像装置との間にマスク用のフィルタ（例えばパターンを制御可能な液晶マスク）を配置するなどの方法でハード的にマスク処理を行っても良い。

良品などの標準の半導体デバイスに対して取得された標準観察画像を、不良観察画像とあわせて不良解析に用いる場合、例えば図１２に示すように、標準観察画像と不良観察画像との間で差分を取ることで不良解析処理を行う方法も有効である。この例では、図１２（ａ）に示す良品の標準観察画像での解析領域と、図１２（ｂ）に示す不良品の不良観察画像での解析領域との間で差分を取り、それぞれにおいて設定されている解析領域のうちで重なった共通部分を含むものを除外する。これにより、図１２（ｃ）に示すように、良品でＯＦＦ、不良品でＯＮの解析領域Ｆ１（実線）、及び良品でＯＮ、不良品でＯＦＦの解析領域Ｆ２（破線）の２つの領域Ｆ１、Ｆ２が、不一致部分として抽出される。

また、不良解析に用いられる不良観察画像Ｐ２としては、図３及び図４においては発光画像を例示したが、例えば、ＯＢＩＲＣＨ画像などの他の観察画像を不良観察画像Ｐ２として用いた場合でも、同様の不良解析方法を適用可能である。また、不良観察画像としては、単一条件での１回の観察で得られた画像を用いることができるが、それに限らず、例えば図１３に示すように、それぞれ異なる条件で取得された複数の不良観察画像を重ね合わせて生成された不良観察画像を用いても良い。

図１３に示す例においては、図１３（ａ）は、第１の条件で取得された発光画像から抽出された反応領域Ａ１、及び解析領域Ｂ１を示している。また、図１３（ｂ）は、第１の条件とは異なる第２の条件で取得された発光画像から抽出された反応領域Ａ２、及び解析領域Ｂ２を示している。また、図１３（ｃ）は、ＯＢＩＲＣＨ画像から抽出された反応領域Ａ３、及び解析領域Ｂ３を示している。

これらの図１３（ａ）〜（ｃ）に示した３種類の不良観察画像に対し、図１３（ｄ）に示すようにそれらの画像（解析領域）を重ね合わせる。これにより、図１３（ｅ）に示すように、解析領域Ｂ１〜Ｂ３の３つの解析領域を利用してネットＣについての不良解析を実行することが可能となる。また、このような不良観察画像の重ね合わせ（解析領域の重ね合わせ）を行う場合にも、その座標系が共通のレイアウト座標系となっていることが好ましい。

また、解析領域を用いた不良解析においては、半導体デバイスでの反応の発生状況、及び画像取得条件などに応じて、半導体デバイスで解析対象となる層を指定することが好ましい。図１及び図２に示した半導体不良解析装置１０では、このような指定を行うため、不良解析部１３において、半導体デバイスの積層構造に対し、不良解析の対象とする層の選択を行う解析対象選択部１３５を設けている。このような構成によれば、不良観察画像の具体的な取得方法等を参照し、必要に応じて不良解析の対象とする層を選択、指定することが可能となる。これにより、不良観察画像を用いた半導体デバイスの不良解析の確実性が向上される。このような方法としては、具体的には、解析領域を設定してネット抽出を行う際、解析領域内を通過するネットの抽出について所望の層を指定し、不良解析については全層を指定する等の方法がある。また、このような層の選択は、１つの層であっても良く、あるいは複数の層であっても良い。

図１４は、解析対象とする層の選択方法の例を示す図である。不良観察画像としてＯＢＩＲＣＨ画像を用いる場合、図１４に示すように、半導体デバイスの積層構造のうちで測定用のレーザ光が到達可能な範囲は限られている。例えば、半導体デバイスに対して表面側から解析を行おうとすると幅広の電源ライン等でレーザ光が遮断されるため、裏面解析が不可欠である。一方、半導体デバイスの裏面側からレーザ光を入射させる場合、例えば最下層から４層くらいまでしかレーザ光が到達しない。したがって、不良観察画像がＯＢＩＲＣＨ画像である場合には、このレーザ光が到達可能な範囲にある層を解析対象とする制限を行なうことが好ましい。

ここで、上記したように解析領域の設定においてレイアウト座標系を適用する場合、パターン画像Ｐ１及び不良観察画像Ｐ２などの半導体デバイスの観察画像についても、レイアウト座標系に変換して格納することとしても良い。また、この場合、観察画像Ｐ１、Ｐ２と、レイアウト画像Ｐ３との間で位置合わせを行うことが好ましい。

図１５は、半導体デバイスの観察画像及びレイアウト画像の対応について模式的に示す図であり、図１５（ａ）はパターン画像Ｐ１、不良観察画像Ｐ２、及びレイアウト画像Ｐ３の対応関係を示し、図１５（ｂ）はそれらをパターン画像Ｐ１、レイアウト画像Ｐ３、及び不良観察画像Ｐ２の順で重畳させた重畳画像Ｐ６を示している。この図１５に示すように、観察画像として取得されるパターン画像Ｐ１と、半導体デバイスのレイアウト画像Ｐ３とは、一定の対応関係を有する。したがって、不良解析部１３の位置調整部１３３において、パターン画像Ｐ１とレイアウト画像Ｐ３との各部の対応関係を参照して画像の位置合わせを行うことが可能である。

このように、不良観察画像Ｐ２に対して位置が合った状態で取得されるパターン画像Ｐ１を用いてレイアウト画像Ｐ３との位置合わせを行うことにより、半導体デバイスのレイアウトに含まれるネットなどについての不良解析の精度を向上することができる。また、このような位置合わせの具体的な方法については、例えば、パターン画像Ｐ１の回転（θ補正）、レイアウト画像Ｐ３の移動（位置の微調整）、レイアウト画像のズーム（拡大／縮小）など、必要に応じて様々な方法を用いることが可能である。

また、解析領域を用いた半導体デバイスの不良解析については、不良解析部１３の領域設定部１３１は、解析領域に対して属性を設定することが可能に構成されていることが好ましい。また、この場合、ネット情報解析部１３２は、解析領域に対して設定された属性を参照して、その解析領域についてネットの抽出に用いるかどうか（不良解析に用いるかどうか）を選択することとしても良い。

さらに、複数の解析領域が設定されている場合には、領域設定部１３１は、複数の解析領域のそれぞれに対して属性を設定することが可能に構成されていることが好ましい。また、この場合、ネット情報解析部１３２は、複数の解析領域のそれぞれに対して設定された属性を参照して、それぞれの解析領域についてネットの抽出及び通過回数の取得に用いるかどうかを選択することとしても良い。

また、解析領域を用いて行われた不良解析の解析結果の表示装置４０への表示については、上記したように、図３（ｃ）に示すように解析領域及びネットを含む画像によって表示する方法の他、ネット情報解析によって抽出されたネット、あるいはさらにネットの解析領域の通過回数を一覧表示したネットのリストを表示装置４０に表示させることが好ましい。このようなネットのリスト等は、例えば図１６に示すネットのリスト表示ウィンドウを用いて表示することが可能である。図１６に示した表示ウィンドウ５１０は、画面の左側に位置するネットのリスト表示領域５１１と、画面の右側に位置してネットのリストをグラフ化（ヒストグラム化）して表示するグラフ表示領域５１２とを有している。このような表示ウィンドウ５１０を用いることにより、解析結果の操作者による把握が容易となる。

本発明による半導体不良解析装置、不良解析方法、及び不良解析プログラムは、上記した実施形態及び構成例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、不良観察画像から抽出された反応領域に対応して設定される解析領域の設定方法については、上記した矩形状の領域（反応ボックス）を設定する例に限らず、具体的には様々な設定方法を用いて良い。

本発明は、不良観察画像を用いた半導体デバイスの不良の解析を確実かつ効率良く行うことが可能な半導体不良解析装置、不良解析方法、及び不良解析プログラムとして利用可能である。

半導体不良解析装置を含む不良解析システムの一実施形態の構成を示すブロック図である。 不良解析部の具体的な構成を示すブロック図である。 半導体不良解析方法について模式的に示す図である。 反応領域の抽出及び解析領域の設定について模式的に示す図である。 解析領域の設定について模式的に示す図である。 表示装置に表示される設定ウィンドウの一例を示す構成図である。 半導体検査装置の一例を示す構成図である。 図７に示した半導体検査装置を側面から示す構成図である。 不良観察画像に対するマスク処理について模式的に示す図である。 不良観察画像に対するマスク処理について模式的に示す図である。 不良観察画像に対するマスク処理について模式的に示す図である。 不良観察画像を用いた解析処理の例について模式的に示す図である。 不良観察画像を用いた解析処理の例について模式的に示す図である。 ＯＢＩＲＣＨ画像での解析対象とする層の選択について示す図である。 観察画像及びレイアウト画像の対応について模式的に示す図である。 表示装置に表示される表示ウィンドウの一例を示す構成図である。

符号の説明

１…半導体不良解析システム、１０…半導体不良解析装置、１１…検査情報取得部、１２…レイアウト情報取得部、１３…不良解析部、１３１…領域設定部、１３６…解析領域設定部、１３７…マスク領域設定部、１３２…ネット情報解析部、１３３…位置調整部、１３４…付加解析情報取得部、１３５…解析対象選択部、１４…解析画面表示制御部、１５…レイアウト画像表示制御部、２０…検査情報供給装置、２０Ａ…半導体検査装置、２１…観察部、２２…制御部、２３…検査情報処理部、２４…表示装置、３０…レイアウト情報供給装置、４０…表示装置、４５…入力装置、
Ｐ１…パターン画像、Ｐ２…不良観察画像、Ｐ３…レイアウト画像、Ｐ６…重畳画像、Ａ、Ａ１〜Ａ６…発光領域、Ｂ、Ｂ１〜Ｂ６…解析領域、Ｃ、Ｃ１〜Ｃ４…ネット、Ｄ１、Ｄ２…標準反応領域、Ｅ１、Ｅ２…マスク領域。

Claims (24)

1. 半導体デバイスの不良を解析する半導体不良解析装置であって、
   半導体デバイスの観察画像として、不良についての検査を行って得られた、不良に起因する反応情報を含む不良観察画像を取得する検査情報取得手段と、
   前記不良観察画像及び前記半導体デバイスのレイアウト情報を参照して前記半導体デバイスの不良についての解析を行う不良解析手段とを備え、
   前記不良解析手段は、前記不良観察画像での輝度分布と、所定の輝度閾値とを比較することによって前記反応情報として反応領域を抽出し、前記反応領域に対応して前記半導体デバイスの不良解析に用いられる解析領域を設定する解析領域設定手段を有し、
   前記解析領域設定手段は、前記反応領域に対して左右上下にそれぞれ所定の幅の余白が付加された状態で前記解析領域を設定することを特徴とする半導体不良解析装置。
2. 前記解析領域設定手段は、抽出された前記反応領域の面積と、所定の面積閾値とを比較し、前記面積が前記面積閾値以上の領域によって前記解析領域の設定に用いられる前記反応領域を選択し、選択された前記反応領域に対応して前記解析領域を設定することを特徴とする請求項１記載の不良解析装置。
3. 前記不良解析手段は、前記レイアウト情報を参照し、前記半導体デバイスのレイアウトに含まれる複数のネットについて解析を行って、前記解析領域を通過するネットを抽出するネット情報解析手段を有することを特徴とする請求項１または２記載の不良解析装置。
4. 前記解析領域設定手段は、前記解析領域を前記半導体デバイスのレイアウトに対応するレイアウト座標系で設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の不良解析装置。
5. 前記不良解析手段は、標準の半導体デバイスの反応情報を含む観察画像である標準観察画像を用い、前記標準観察画像での輝度分布と、所定の輝度閾値とを比較することによって標準反応領域を抽出し、前記標準反応領域に対応してマスク領域を設定するマスク領域設定手段を有し、
   前記解析領域設定手段は、前記マスク領域によってマスク処理された前記不良観察画像を用いて、前記反応領域の抽出、及び前記解析領域の設定を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の不良解析装置。
6. 前記不良解析手段は、前記半導体デバイスの積層構造に対し、不良解析の対象とする層を選択する解析対象選択手段を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の不良解析装置。
7. 前記解析領域設定手段は、前記余白の幅を設定する単位として、画素を用いることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の不良解析装置。
8. 前記解析領域設定手段は、前記余白の幅を設定する単位として、ミクロンと画素とが選択可能となっていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の不良解析装置。
9. 半導体デバイスの不良を解析する半導体不良解析方法であって、
   半導体デバイスの観察画像として、不良についての検査を行って得られた、不良に起因する反応情報を含む不良観察画像を取得する検査情報取得ステップと、
   前記不良観察画像及び前記半導体デバイスのレイアウト情報を参照して前記半導体デバイスの不良についての解析を行う不良解析ステップとを備え、
   前記不良解析ステップは、前記不良観察画像での輝度分布と、所定の輝度閾値とを比較することによって前記反応情報として反応領域を抽出し、前記反応領域に対応して前記半導体デバイスの不良解析に用いられる解析領域を設定する解析領域設定ステップを含み、
   前記解析領域設定ステップにおいて、前記反応領域に対して左右上下にそれぞれ所定の幅の余白が付加された状態で前記解析領域を設定することを特徴とする半導体不良解析方法。
10. 前記解析領域設定ステップにおいて、抽出された前記反応領域の面積と、所定の面積閾値とを比較し、前記面積が前記面積閾値以上の領域によって前記解析領域の設定に用いられる前記反応領域を選択し、選択された前記反応領域に対応して前記解析領域を設定することを特徴とする請求項９記載の不良解析方法。
11. 前記不良解析ステップは、前記レイアウト情報を参照し、前記半導体デバイスのレイアウトに含まれる複数のネットについて解析を行って、前記解析領域を通過するネットを抽出するネット情報解析ステップを含むことを特徴とする請求項９または１０記載の不良解析方法。
12. 前記解析領域設定ステップにおいて、前記解析領域を前記半導体デバイスのレイアウトに対応するレイアウト座標系で設定することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項記載の不良解析方法。
13. 前記不良解析ステップは、標準の半導体デバイスの反応情報を含む観察画像である標準観察画像を用い、前記標準観察画像での輝度分布と、所定の輝度閾値とを比較することによって標準反応領域を抽出し、前記標準反応領域に対応してマスク領域を設定するマスク領域設定ステップを含み、
    前記解析領域設定ステップにおいて、前記マスク領域によってマスク処理された前記不良観察画像を用いて、前記反応領域の抽出、及び前記解析領域の設定を行うことを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一項記載の不良解析方法。
14. 前記不良解析ステップは、前記半導体デバイスの積層構造に対し、不良解析の対象とする層を選択する解析対象選択ステップを含むことを特徴とする請求項９〜１３のいずれか一項記載の不良解析方法。
15. 前記解析領域設定ステップにおいて、前記余白の幅を設定する単位として、画素を用いることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか一項記載の不良解析方法。
16. 前記解析領域設定ステップにおいて、前記余白の幅を設定する単位として、ミクロンと画素とが選択可能となっていることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか一項記載の不良解析方法。
17. 半導体デバイスの不良を解析する半導体不良解析をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
    半導体デバイスの観察画像として、不良についての検査を行って得られた、不良に起因する反応情報を含む不良観察画像を取得する検査情報取得処理と、
    前記不良観察画像及び前記半導体デバイスのレイアウト情報を参照して前記半導体デバイスの不良についての解析を行う不良解析処理とをコンピュータに実行させ、
    前記不良解析処理は、前記不良観察画像での輝度分布と、所定の輝度閾値とを比較することによって前記反応情報として反応領域を抽出し、前記反応領域に対応して前記半導体デバイスの不良解析に用いられる解析領域を設定する解析領域設定処理を含み、
    前記解析領域設定処理において、前記反応領域に対して左右上下にそれぞれ所定の幅の余白が付加された状態で前記解析領域を設定することを特徴とする半導体不良解析プログラム。
18. 前記解析領域設定処理において、抽出された前記反応領域の面積と、所定の面積閾値とを比較し、前記面積が前記面積閾値以上の領域によって前記解析領域の設定に用いられる前記反応領域を選択し、選択された前記反応領域に対応して前記解析領域を設定することを特徴とする請求項１７記載の不良解析プログラム。
19. 前記不良解析処理は、前記レイアウト情報を参照し、前記半導体デバイスのレイアウトに含まれる複数のネットについて解析を行って、前記解析領域を通過するネットを抽出するネット情報解析処理を含むことを特徴とする請求項１７または１８記載の不良解析プログラム。
20. 前記解析領域設定処理において、前記解析領域を前記半導体デバイスのレイアウトに対応するレイアウト座標系で設定することを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか一項記載の不良解析プログラム。
21. 前記不良解析処理は、標準の半導体デバイスの反応情報を含む観察画像である標準観察画像を用い、前記標準観察画像での輝度分布と、所定の輝度閾値とを比較することによって標準反応領域を抽出し、前記標準反応領域に対応してマスク領域を設定するマスク領域設定処理を含み、
    前記解析領域設定処理において、前記マスク領域によってマスク処理された前記不良観察画像を用いて、前記反応領域の抽出、及び前記解析領域の設定を行うことを特徴とする請求項１７〜２０のいずれか一項記載の不良解析プログラム。
22. 前記不良解析処理は、前記半導体デバイスの積層構造に対し、不良解析の対象とする層を選択する解析対象選択処理を含むことを特徴とする請求項１７〜２１のいずれか一項記載の不良解析プログラム。
23. 前記解析領域設定処理において、前記余白の幅を設定する単位として、画素を用いることを特徴とする請求項１７〜２２のいずれか一項記載の不良解析プログラム。
24. 前記解析領域設定処理において、前記余白の幅を設定する単位として、ミクロンと画素とが選択可能となっていることを特徴とする請求項１７〜２２のいずれか一項記載の不良解析プログラム。

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