JP6714485B2 - 半導体デバイス検査方法及び半導体デバイス検査装置 - Google Patents

半導体デバイス検査方法及び半導体デバイス検査装置 Download PDF

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Description

本発明は、半導体デバイス検査方法及び半導体デバイス検査装置に関する。
従来、集積回路の検査に利用される光プロービング技術が知られている。光プロービング技術では、光源から出射された光を集積回路に照射し、集積回路で反射された反射光を光センサで検出して、検出信号を取得する。そして、取得した検出信号において、目的とする周波数を選び出し、その振幅エネルギーを時間的な経過として表示したり、振幅や位相等の２次元のマッピングとして表示したりする。これにより、目的とした周波数で動作している回路の位置を特定することができる。
特開２０１０−２７１３０７号公報
上述したような光プロービング技術は、集積回路等の半導体デバイスにおける故障個所及び故障原因などを特定し得る極めて有効な技術である。しかしながら、検出信号を取得する場合には、光源やシステムに起因するノイズが計測結果に重畳し、本来信号がない領域の振幅が必ずしも０にならないことがある。例えば、光プロービング技術であるＥＯＦＭ（Electro Optical Frequency Mapping）では、光源のノイズを低減したとしても、必ず光子の数に依存するショットノイズが残存する。そのため、光量の平方根に比例したノイズ成分が計測結果に重畳してしまう。
本発明は、半導体デバイスの検査を精度良く実施することができる半導体デバイス検査方法及び半導体デバイス検査装置を提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る、被検査体である半導体デバイスの検査を行う半導体デバイス検査方法は、半導体デバイスに刺激信号を入力するステップと、刺激信号が入力された半導体デバイスの反応に応じた検出信号を取得するステップと、検出信号と、刺激信号に基づいて生成される参照信号とに基づいて、検出信号における振幅情報及び位相情報を含む第１の同相像及び第１の直交像を生成するステップと、第１の同相像及び第１の直交像の少なくとも一方に対してノイズを低減するフィルタ処理を施した後、当該第１の同相像及び当該第１の直交像に基づいて第１の振幅像を生成するステップと、を含む。
このような半導体デバイス検査方法では、検出信号の振幅情報及び位相情報を含む第１の同相像及び第１の直交像に基づいて第１の振幅像が生成される。ここで、刺激信号に応じた反応が取得できない領域における位相情報はランダムな値をとるため、位相情報が含まれる第１の同相像及び第１の直交像もまた、刺激信号に応じた反応が取得できない領域においてランダムな値をとる。そのため、第１の同相像及び第１の直交像の少なくとも一方に対してフィルタ処理を施すことによって、効果的にノイズが低減された第１の振幅像を得ることができる。したがって、半導体デバイスの検査を精度良く実施することができる。
また、一側面においては、第１の同相像と第１の直交像とに基づいて位相像を生成するステップと、第１の振幅像と位相像とに基づいて第２の同相像及び第２の直交像を生成するステップと、第２の同相像及び第２の直交像の少なくとも一方に対してノイズを低減するフィルタ処理を施した後、当該第２の同相像及び当該第２の直交像に基づいて第２の振幅像を生成するステップと、を更に含んでもよい。この構成によれば、フィルタ処理が施されて生成された第１の振幅像に対して、さらにフィルタ処理を施すことによって、より効果的にノイズが低減された第２の振幅像を得ることができる。
また、一側面においては、第１の同相像及び第１の直交像の検出信号が本来検出されないバックグラウンド領域における信号強度の平均値が０となるように、第１の同相像と第１の直交像とをオフセットするステップを更に有し、第１の振幅像を生成するステップでは、オフセットされた第１の同相像及び第１の直交像の少なくとも一方に対してフィルタ処理を施してもよい。この構成によれば、参照信号に起因するノイズ成分が低減された振幅像を生成することができる。
また、一側面においては、第１の同相像及び第１の直交像の検出信号が本来検出されないバックグラウンド領域における信号強度の平均値が０となるように、第１の同相像と第１の直交像とをオフセットするステップと、オフセットした第１の同相像と第１の直交像とに基づいて位相像を生成するステップと、第１の振幅像と位相像とに基づいて第２の同相像及び第２の直交像を生成するステップと、第２の同相像及び第２の直交像の少なくとも一方に対してノイズを低減するフィルタ処理を施した後、当該第２の同相像及び当該第２の直交像に基づいて第２の振幅像を生成するステップと、を更に含んでもよい。この構成によれば、参照信号に起因するノイズ成分が低減された位相像を生成することができ、より効果的にノイズが低減された第２の振幅像を得ることができる。
また、一側面においては、フィルタ処理に用いるフィルタは、メディアンフィルタ、非局所平均化フィルタ及び周波数フィルタのいずれかであってもよい。この構成によれば、フィルタ処理を容易に実現することができる。
また、本発明の一側面は、被検査体である半導体デバイスに刺激信号が入力された状態で半導体デバイスの検査を行う半導体デバイス検査装置であって、刺激信号が入力される半導体デバイスの反応を検出し、検出信号を出力する検出器と、検出信号と、刺激信号に基づいて生成される参照信号とに基づいて、検出信号における振幅情報及び位相情報を含む第１の同相像及び第１の直交像を生成し、第１の同相像及び第１の直交像の少なくとも一方に対してノイズを低減するフィルタ処理を施した後、当該第１の同相像及び当該第１の直交像に基づいて第１の振幅像を生成する画像処理部と、を含む。
このような半導体デバイスの検査装置では、画像処理部において、検出信号の振幅情報及び位相情報を含む第１の同相像及び第１の直交像に基づいて第１の振幅像が生成される。ここで、刺激信号に応じた反応が取得できない領域における位相情報はランダムな値をとるため、位相情報が含まれる第１の同相像及び第１の直交像もまた、刺激信号に応じた反応が取得できない領域においてランダムな値をとる。そのため、第１の同相像及び第１の直交像の少なくとも一方に対してフィルタ処理が施されることによって、効果的にノイズが低減された第１の振幅像が得られる。したがって、半導体デバイスの検査が精度良く実施され得る。
また、一側面においては、画像処理部は、第１の同相像及び第１の直交像に基づいて位相像を生成し、第１の振幅像と位相像とに基づいて第２の同相像及び第２の直交像を生成し、第２の同相像及び第２の直交像の少なくとも一方に対してフィルタ処理を施した後、当該第２の同相像及び当該第２の直交像に基づいて第２の振幅像を生成してもよい。この構成によれば、フィルタ処理が施されて生成された第１の振幅像に対して、さらにフィルタ処理が施されることによって、より効果的にノイズが低減された第２の振幅像が得られる。
また、一側面においては、画像処理部は、第１の同相像及び第１の直交像に対して、検出信号が本来検出されないバックグラウンド領域における信号強度の平均値が０となるようにオフセットさせ、オフセットされた第１の同相像及び第１の直交像の少なくとも一方に対してフィルタ処理を施してもよい。この構成によれば、参照信号に起因するノイズ成分が低減された振幅像を生成することができる。
また、一側面においては、画像処理部は、第１の同相像及び第１の直交像に対して、検出信号が本来検出されないバックグラウンド領域における信号強度の平均値が０となるようにオフセットさせ、オフセットされた第１の同相像及び第１の直交像に基づいて位相像を生成してもよい。この構成によれば、参照信号に起因するノイズ成分が低減された位相像を生成することができる。
また、一側面においては、画像処理部は、検出信号及び参照信号に基づいて同相情報及び直交情報を生成する解析部と、同相情報及び直交情報に基づいて第１の同相像及び第１の直交像を生成する演算部とを含んでもよい。この構成によれば、解析部における処理の負担を低減することができる。
また、一側面においては、画像処理部は、検出信号及び参照信号に基づいて振幅情報及び位相情報を生成する解析部と、振幅情報と位相情報に基づいて第１の同相像及び第１の直交像を生成する演算部とを含んでもよい。この構成によれば、演算部における処理の負担を低減することができる。
また、一側面においては、解析部は、ロックインアンプ、スペクトラムアナライザ及びネットワークアナライザのいずれかであってもよい。この構成によれば、解析部を容易に実現することができる。
また、一側面においては、半導体デバイスに光を照射する光源と、光を走査する走査部と、を更に備え、検出器は、刺激信号が入力される半導体デバイスの反応として、光の反射光の強度変化を検出してもよい。
また、一側面においては、光の光路において、半導体デバイスに対向して配置される磁気光学結晶を更に備えてもよい。
一側面の半導体デバイス検査方法及び半導体デバイス検査装置によれば、ノイズを低減することにより、半導体デバイスの検査を精度良く実施することができる。
本発明の第１実施形態に係る検査装置の構成図である。 半導体デバイス検査装置で実行される半導体デバイス検査方法を示すフローチャートである。 振幅像の一例を示す画像である。 位相像の一例を示す画像である。 同相像の一例を示す画像である。 直交像の一例を示す画像である。 ノイズを低減した同相像の一例を示す画像である。 ノイズを低減した直交像の一例を示す画像である。 ノイズを低減した振幅像（エンハンスなし）の一例を示す画像である。 ノイズを低減した振幅像（エンハンスあり）の一例を示す画像である。 第２実施形態に係る半導体デバイス検査装置の構成図である。
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。便宜上、実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
［第１実施形態］
図１に示されるように、本実施形態に係る半導体デバイス検査装置１は、例えば、被検査体である半導体デバイスＤにおいて異常発生箇所を特定するなど、半導体デバイスＤの検査に使用することができる。半導体デバイスＤとしては、トランジスタ等のＰＮジャンクションを有する集積回路（例えば、小規模集積回路（ＳＳＩ：Small Scale Integration）、中規模集積回路（ＭＳＩ：Medium Scale Integration）、大規模集積回路（ＬＳＩ：Large Scale Integration）、超大規模集積回路（ＶＬＳＩ：Very Large Scale Integration）、超々大規模集積回路（ＵＬＳＩ：Ultra Large Scale Integration）、ギガ・スケール集積回路（ＧＳＩ：Giga Scale Integration））、大電流用／高圧用ＭＯＳトランジスタ及びバイポーラトランジスタ、電力用半導体素子（パワーデバイス）等がある。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には、デバイス制御ケーブルを介してテスタユニット１１が電気的に接続されている。テスタユニット１１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に所定の変調電流信号（刺激信号）を印加する。なお、半導体デバイス検査装置１は、テスタユニット１１からの変調電流信号を半導体デバイスＤに印加しながら、検出周波数に応じた光を光源１３（後述）から発生させることによりロックイン検出を行うものであってもよい。この場合、Ｓ／Ｎを向上させることができる。テスタユニット１１は、タイミング信号ケーブルを介して周波数解析部１２に電気的に接続されている。なお、刺激信号として変調電圧信号を印加してもよい。また、テスタユニットの代わりに信号印加部としてパルスジェネレータ等を用いてもよい。
半導体デバイス検査装置１は、電源（図示せず）によって動作する光源１３を備えている。光源１３は、半導体デバイスＤに照射されるＣＷ光またはパルス光を発生し出力する。光源１３から出力される光は、インコヒーレント（非コヒーレント）な光でもよいし、レーザ光のようなコヒーレントな光であってもよい。インコヒーレントな光を出力する光源１３としては、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）やＡＳＥ（AmplifiedSpontaneous Emission）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等を用いることができる。
また、コヒーレントな光を出力する光源１３としては、固体レーザ光源や半導体レーザ光源等を用いることができる。光源１３から出力される光の波長は、５３０ｎｍ以上であり、好ましくは１０６４ｎｍ以上である。光源１３から出力された光は、偏光保存シングルモード光カプラ（図示せず）、及び、プローブ光用の偏光保存シングルモード光ファイバを介して光分割光学系１４に導かれる。
光分割光学系１４は、例えば偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Polarization Beam Splitter）とλ／４波長板とを含んで構成されている。光分割光学系１４は、光源１３からの光を光スキャナ（走査部）１５及び対物レンズ１６を含む照射光学系に向けて導光し、半導体デバイスＤによって反射された光を光検出器２２へ向けて導光する。なお、光分割光学系１４として、ハーフミラーを用いてもよい。
光スキャナ１５は、半導体デバイスＤ上の照射スポットを走査する。より詳細には、光スキャナ１５は、後述するコンピュータ２４によって制御されることにより、照射スポットを走査する。光スキャナ１５は、例えばガルバノミラーやＭＥＭＳ（micro electro mechanical system）ミラー、ポリゴンミラー等の光走査素子によって構成されている。
対物レンズ１６は、光スキャナ１５によって導かれた光を半導体デバイスＤに集光する。対物レンズ１６は、ターレット（不図示）等により、低倍率対物レンズと高倍率対物レンズとを切替可能に構成されている。低倍率対物レンズの倍率は例えば５倍であり、高倍率対物レンズの倍率は例えば５０倍である。対物レンズ１６には、対物レンズ駆動部１７が連結されている。対物レンズ駆動部１７が光源１３からの光の光軸方向ＯＤに移動することにより、対物レンズ１６の焦点位置を調整することができる。
光検出器２２は、照射された光に応じて、半導体デバイスＤからの反射光を検出し、検出信号を出力する。光検出器２２は、例えば、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、光電子増倍管、又はエリアイメージセンサ等である。光検出器２２は、少なくとも１つの検出器を有しており、当該検出器に入力された光の強度（強度変化）を検出する。
アンプ２３は、光検出器２２によって出力された検出信号を増幅して出力する。当該増幅後の検出信号は、画像処理部３０に入力される。画像処理部３０には、変調電流信号に基づいて生成される参照信号も入力されており、検出信号及び参照信号に基づいて同相像及び直交像が生成される。さらに、画像処理部３０では、同相像及び直交像の少なくとも一方に対してフィルタ処理が施した後、当該同相像及び直交像に基づいて振幅像が生成される。
画像処理部３０は、周波数解析部（解析部）１２及びコンピュータ（演算部）２４を含んで構成されている。周波数解析部１２としては、ロックインアンプやスペクトラムアナライザ、デジタイザ、クロス・ドメイン・アナライザ（登録商標）、ネットワークアナライザ、デジタイザ等が用いられる。周波数解析部１２は、増幅後の検出信号における計測周波数成分を抽出する。計測周波数は、例えば半導体デバイスＤに印加される変調電流信号の変調周波数に基づいて設定される。また、周波数解析部１２は、半導体デバイスＤに印加される変調電流信号と周期が同じ参照信号を取得する。当該参照信号は、例えば、テスタユニット１１から出力されて周波数解析部１２に入力される。
周波数解析部１２は、検出信号に基づいた振幅情報をコンピュータ２４に出力する。振幅情報は、例えば検出信号の信号強度であってもよい。また、周波数解析部１２は、検出信号と参照信号とに基づいた位相情報をコンピュータ２４に出力する。位相情報は、検出信号の位相を示す情報であり、例えば参照信号に対する検出信号の位相差であってもよい。
コンピュータ２４は、例えばＰＣ等である。コンピュータ２４には、ユーザから計測条件等が入力されるキーボードやマウス等の入力装置２６と、ユーザに計測結果等を示すためのディスプレイ等の表示装置２５とが接続されている。コンピュータ２４は、プロセッサであるＣＰＵ（Central Processing Unit）、記録媒体であるＲＡＭ（RandomAccess Memory）又はＲＯＭ（Read Only Memory）、及び入出力モジュールを含む。コンピュータ２４は、入出力モジュールを介して光源１３、光スキャナ１５、対物レンズ駆動部１７、テスタユニット１１、光検出器２２、周波数解析部１２等と電気的に接続（coupling）されており、ＣＰＵによってそれらを制御する機能を実行する。
以下、図２を参照しながら、本実施形態における半導体デバイス検査方法について、画像処理部３０（周波数解析部１２、コンピュータ２４）による処理を中心に説明する。本実施形態では、非検査体である半導体デバイスＤに所定の変調電流信号を入力した状態で、半導体デバイスＤに光源１３からの光を照射する。上述のとおり、半導体デバイスＤによる反射光は、光検出器２２及びアンプ２３によって検出信号に変換され、画像処理部３０に入力される。図２に示すように、画像処理部３０では、周波数解析部１２が検出信号及び参照信号を取得する（ステップＳ１）。周波数解析部１２では、取得された検出信号及び参照信号に基づいて、検出信号における振幅情報及び位相情報を生成する（ステップＳ２）。生成された振幅情報及び位相情報は、コンピュータ２４に出力される。
続いて、コンピュータ２４は、取得された振幅情報及び位相情報に基づいて、振幅像及び位相像を生成する（ステップＳ３）。振幅像及び位相像は、光スキャナ１５によって走査された照射スポット（ピクセル）毎に振幅情報及び位相情報を対応付けた画像である。例えば、振幅像は、各照射スポットにおける検出信号の信号強度を、当該信号強度に応じた所定の輝度値でマッピングした画像である。一例として、図３に示されるように、振幅像では、信号強度が大きいほど白に近く描画され、信号強度が小さいほど黒に近く描画される。また、位相像とは、位相差を、位相差に応じた所定の色でマッピングした画像である。位相差と色との対応関係では、例えば位相差が−π／４〜π／４の範囲には「赤」が割り当てられている。位相差がπ／４〜３π／４の範囲には「黄」が割り当てられている。位相差が３π／４〜π、−π３／４〜−πの範囲には「緑」が割り当てられている。また、位相差が−３π／４〜−π／４の範囲には「シアン」が割り当てられている。一例として、図４に示されるように、変調電流信号の入力によって動作している範囲では、同じ色が集中しており、変調電流信号の入力によって動作しない範囲ではランダムな色が描画されている。
続いて、コンピュータ２４は、振幅像及び位相像に基づいて、振幅像における同相情報及び直交情報を生成する（ステップＳ４）。同相情報は、計測したい周波数における同相成分を示し、直交情報は、計測したい周波数における直交成分を示す。例えば、照射スポットを構成する各ピクセルを（ｉ，ｊ）として、振幅像の各ピクセルの値をＡｉｊ、位相像の各ピクセルの値をθｉｊとする。この場合、各ピクセルにおける同相情報をＩｉｊとし、各ピクセルにおける直交情報をＱｉｊとすると、Ｉｉｊ及びＱｉｊは以下の式で示すことができる。
Ｉｉｊ＝Ａｉｊｃｏｓ（θｉｊ） ・・・（１）
Ｑｉｊ＝Ａｉｊｓｉｎ（θｉｊ） ・・・（２）
コンピュータ２４は、このように生成された同相情報及び直交情報に基づいて同相像（第１の同相像）及び直交像（第１の直交像）を生成する（ステップＳ５）。そのため、同相像及び直交像は、検出信号における振幅情報及び位相情報を含んでいることになる。同相像は、各ピクセルにおける同相情報を、当該同相情報に応じた所定の輝度値でマッピングした画像である。また、直交像は、各ピクセルにおける直交情報を、当該直交情報に応じた所定の輝度値でマッピングした画像である。一例として、図５及び図６に示されるように、同相像及び直交像では、各情報の絶対値が大きいほど白又は黒に近く描画される。
続いて、同相像及び直交像のオフセット処理が必要であるか否かの判定がされる（ステップＳ６）。上述のとおり、位相像では、信号の入力によって動作している範囲で同じ色が集中し、信号が入力されない範囲でランダムな色となる。すなわち、位相情報は、信号がない領域でランダムな値をとる。また、同相情報及び直交情報を導出するための式（１）、（２）を構成する三角関数では、全ての位相に対する平均が０となる。これらのことから、同相像及び直交像では、本来信号のないバックグラウンド領域における平均値が理想的には０となる。
ステップＳ６では、同相像及び直交像のバックグラウンド領域における平均値を導出し、オフセット処理の必要があるか否かを判定する。バックグラウンド領域は、半導体デバイスＤにおいて変調電流信号が流れない領域であり、自動又手動によって範囲指定される。また、半導体デバイスＤに変調電流信号が入力されていない状態では、半導体デバイスＤの全領域がバックグラウンド領域となり得る。そのため、半導体デバイスＤに変調電流信号を入力せずに取得された同相像及び直交像をバックグラウンド領域として利用してもよい。本実施形態では、例えば、同相像及び直交像のバックグラウンド領域における平均値の絶対値が所定の閾値を超える場合には、オフセット処理を実行する（ステップＳ７）。オフセット処理では、同相像及び直交像のバックグラウンド領域における平均値が０となるように、同相像及び直交像の全体をオフセットする。
続いて、コンピュータ２４は、ステップＳ７においてオフセット処理された同相像及び直交像に基づいて位相像を生成する（ステップＳ８）。オフセット処理された同相像の値をＩ’ｉｊとし、オフセット処理された直交像の値をＱ’ｉｊとすると、オフセット処理された同相像及び直交像に基づいて生成される位相像θ’ｉｊは、以下の式（３）、（４）で示される。なお、ステップＳ６においてオフセット処理の必要がないと判定された場合は、上記位相像としてステップＳ３で生成された位相像をそのまま用いてもよい。
θ’ｉｊ＝ａｒｃｔａｎ（Ｑ’ｉｊ／Ｉ’ｉｊ） ・・・（３）
ただし、Ｉ’ｉｊ＞０
θ’ｉｊ＝−ａｒｃｔａｎ（Ｑ’ｉｊ／Ｉ’ｉｊ） ・・・（４）
ただし、Ｉ’ｉｊ＜０
続いて、コンピュータ２４は、ステップＳ７においてオフセット処理された同相像及び直交像の少なくとも一方に対してノイズを低減するノイズ除去処理（フィルタ処理）を施す（ステップＳ９）。本実施形態では、オフセット処理された同相像及び直交像の両方に対してノイズを低減するフィルタ処理を施す。ノイズ除去処理に用いるフィルタは、ノイズを除去するいかなるフィルタでもよく、例えば非線形フィルタや空間フィルタ、確率・統計型フィルタである。より具体的にはメディアンフィルタ、平滑化（平均化）フィルタ、非局所平均化フィルタ及び周波数フィルタ（ローパスフィルタ）のいずれかであってよい。また、フィルタは、移動平均化フィルタ、ガウシアンフィルタ、ウェーブレットフィルタ等であってもよい。
同相像及び直交像は、振幅像と位相像との積である。そのため、信号のないバックグラウンド領域では、位相像の値Ｉ’及び直交像の値Ｑ’がランダムになっている。それ故、バックグラウンド領域では期待値が０であるため、分散が減少し、結果的にバックグラウンド領域のノイズが低減される。なお、ステップＳ６においてオフセット処理が不要であると判定された場合には、ステップＳ５で生成された同相像及び直交像に対してノイズ除去処理が施されてもよい。図７の（ａ）は、図５に示された同相像に対してノイズ除去処理を１回施した場合の例である。また、図８の（ａ）は、図６に示された直交像に対してノイズ除去処理を１回施した場合の例である。なお、図７及び図８の例では、ステップＳ６によるオフセット処理が施されている。図７の（ａ）及び図８の（ａ）に示すように、ノイズ除去処理が施されることによって、同相像及び直交像におけるバックグラウンド領域が処理前に比べて均一となっている。
続いて、コンピュータ２４は、ステップＳ９においてノイズ除去処理が施された同相像及び直交像に基づいて振幅像（第１の振幅像）を生成する。同相像及び直交像のノイズが低減されているため、ノイズが低減された振幅像を得ることができる。ノイズ除去処理が施された同相像をＩ’（１）とし、ノイズ除去処理が施された直交像をＱ’（１）とすると、生成される振幅像Ａ’（１）ｉｊは、以下の式（５）で示される。図９の（ａ）及び図１０の（ａ）は、図７の（ａ）に示された同相像と図８の（ａ）に示された直交像とに基づいて生成された振幅像である。図９の（ａ）に示すように、ノイズ除去処理が行われた後の振幅像では、特にバックグラウンド領域が黒に近い色になっている。図１０では、図９の振幅像にエンハンスの処理が施されている。エンハンスの処理が施された画像では、バックグラウンド領域のノイズが依然として残っていることが分かる。
続いて、コンピュータ２４は、ステップＳ１０で生成された振幅像のノイズが十分に低減されたか否かの判定を行う（ステップＳ１１）。例えば、ステップＳ１０で生成された振幅像のＳＮ比が、それまでの振幅像のＳＮ比に比べて１０倍程度の所定の割合向上していた場合には、ノイズが十分に低減されたとしてもよい。この場合、計測結果としてノイズが低減された振幅像を表示装置２５に出力する（ステップＳ１３）。また、ステップＳ１３では、ステップＳ８で生成された位相像を振幅像と共に表示装置２５に出力してもよい。なお、ステップＳ１１では、ステップＳ１０で生成された振幅像をユーザが確認してもよい。この場合、ノイズが十分に低減されたか否かの判定をユーザが行ってもよい。
一方、ステップＳ１１でノイズが十分に低減されていないと判定された場合には、コンピュータ２４は、ステップＳ１０で生成された振幅像とステップＳ８で生成された位相像とに基づいて、同相像（第２の同相像）及び直交像（第２の直交像）を生成する（ステップＳ１２）。そして、ステップＳ９からの処理を繰り返すことにより、最終的にノイズが十分に低減された振幅像（第２の振幅像）を得ることができる。図７の（ｂ）は、図５に示された同相像に対してノイズ除去処理を２回施した場合の例であり、図７の（ｃ）は、図５に示された同相像に対してノイズ除去処理を３回施した場合の例である。図８の（ｂ）は、図６に示された直交像に対してノイズ除去処理を２回施した場合の例であり、図８の（ｃ）は、図６に示された直交像に対してノイズ除去処理を３回施した場合の例である。図７及び図８に示すように、ノイズ除去処理が繰り返されることによって、バックグラウンド領域がより均一に近づき、画像では単色に近づいている。これにより、バックグラウンド領域と信号が検出される領域との境界が明瞭に区別可能となっている。
また、図９の（ｂ）及び図１０の（ｂ）は、図７の（ｂ）に示された同相像と図８の（ｂ）に示された直交像とに基づいて生成された振幅像である。図９の（ｃ）及び図１０の（ｃ）は、図７の（ｃ）に示された同相像と図８の（ｃ）に示された直交像とに基づいて生成された振幅像である。図９、図１０に示すように、ノイズ除去処理が繰り返されることによって、バックグラウンド領域のノイズが低減されていることが分かる。特に、図１０に示すエンハンス処理が施された画像では、図１０の（ａ）でバックグラウンド領域に浮かび上がる線状の模様が図１０の（ｃ）では殆ど視認できないようになっている。
このような半導体デバイス検査装置１では、画像処理部３０において、検出信号の振幅情報及び位相情報を含む第１の同相像及び第１の直交像に基づいて第１の振幅像が生成される。ここで、刺激信号に応じた反応が取得できないバックグラウンド領域における位相情報はランダムな値となるため、位相情報が含まれる第１の同相像及び第１の直交像もまた、バックグラウンド領域においてランダムな値となる。そのため、第１の同相像及び第１の直交像の少なくとも一方に対してフィルタ処理が施されることによって、効果的にノイズが低減された第１の振幅像が得られる。通常の計測であれば、信号のないバックグラウンド領域であってもショットノイズに起因するノイズが必ず残ってしまい、振幅像では、信号の可視性が低い。本実施形態では、バックグラウンド領域におけるノイズを原理的に０に近づけることができるので、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。したがって、半導体デバイスＤの検査が精度良く実施され得る。
また、一側面においては、画像処理部３０は、第１の同相像及び第１の直交像に基づいて位相像を生成し、第１の振幅像と位相像とに基づいて第２の同相像及び第２の直交像を生成し、第２の同相像及び第２の直交像の少なくとも一方に対してフィルタ処理を施した後、当該第２の同相像及び当該第２の直交像に基づいて第２の振幅像を生成してもよい。この構成によれば、フィルタ処理が施されて生成された第１の振幅像に対して、さらにフィルタ処理が施されることによって、より効果的にノイズが低減された第２の振幅像が得られる。
また、一側面においては、画像処理部３０は、第１の同相像及び第１の直交像に対して、検出信号が本来検出されないバックグラウンド領域における信号強度の平均値が０となるようにオフセットさせ、オフセットされた第１の同相像及び第１の直交像の少なくとも一方に対してフィルタ処理を施してもよい。画像処理部３０を構成する周波数解析部１２には、テスタユニット１１から参照信号が入力されている。そのため、クロストーク等によって参照信号に起因するノイズが発生する虞がある。バックグラウンド領域における信号強度の平均値が０となるように、第１の同相像及び第１の直交像をオフセットさせることによって、このようなノイズが低減された振幅像を生成することができる。
また、一側面においては、画像処理部３０は、オフセットされた第１の同相像及び第１の直交像に基づいて位相像を生成してもよい。この構成によれば、参照信号に起因するノイズ成分が低減された位相像を生成することができる。
また、一側面においては、解析部は、ロックインアンプ、スペクトラムアナライザ及びネットワークアナライザのいずれかで構成されているので、解析部を容易に実現することができる。
［第２実施形態］
本実施形態に係る半導体デバイス検査装置１０１は、光の光路において、半導体デバイスＤに対向して配置される磁気光学結晶を有している点で第１実施形態の半導体デバイス検査装置１と相違している。以下、主として第１実施形態と相違する点について説明し、同一の要素や部材については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
図１１に示すように、半導体デバイス検査装置１０１は、ＭＯ結晶（磁気光学結晶）１８を有するＭＯＦＭ（Magneto-Optical Frequency Mapping）装置である。ＭＯ結晶１８は、半導体デバイスＤに対向して配置される。ＭＯ結晶１８は、磁気光学効果により、半導体デバイスＤで発生した磁界に応じて屈折率が変化し、入射された光の偏光状態（偏光方向）を変化させる。例えば、半導体デバイスＤの故障時等において、半導体デバイスＤに変調電流信号が印加されると、故障個所に応じたリーク電流が流れる電流経路が発生する場合がある。この場合、リーク電流が発生した箇所では、リーク電流が発生していない箇所とは異なる磁界が生じる。ＭＯ結晶１８は、このような磁界の変化に応じて、偏光方向が変化した反射光を出射する。ＭＯ結晶１８における反射光は、対物レンズ１６及び光スキャナ１５を介して光分割光学系１４に戻され、戻り光用の光ファイバを介して光検出器２２に導かれる。
ＭＯ結晶１８には、可とう性部材２１を介して、ＭＯ結晶１８を保持するホルダ１９が連結されている。可とう性部材２１は、例えばゴムやバネ等を含んで構成されたリング状の弾性部材である。ホルダ１９は、例えばリング状であって、光軸方向ＯＤから見て可とう性部材２１の外縁を覆うように、可とう性部材２１に固着されている。ホルダ１９には、ホルダ駆動部２０が連結されている。ホルダ駆動部２０は、光軸方向ＯＤに移動することにより、ホルダ１９を光軸方向ＯＤに移動させる。ホルダ駆動部２０が光軸方向ＯＤに移動することにより、ホルダ１９と半導体デバイスＤとの距離が縮められ、ＭＯ結晶１８が半導体デバイスＤに押し付けられる。ＭＯ結晶１８への光照射は、ＭＯ結晶１８が半導体デバイスＤに当接した状態で行われてもよい。ＭＯ結晶１８からの反射光は、半導体デバイスＤに印加される変調電流信号で発生した磁界（磁場強度）に比例した磁気光学効果（カー効果、ファラデー効果等）に応じて、偏光面が回転している。当該反射光は、光分割光学系１４に付加されたファラデーローテータにより偏光面を２２．５度傾けられ、光検出器２２に入力される。
このような半導体デバイス検査装置１０１では、光磁気プロービング技術により異常発生箇所を特定することができる。また、当該実施形態においても、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られない。
例えば、上記各実施形態では、周波数解析部１２がステップＳ２で生成した振幅情報及び位相情報をコンピュータ２４に出力する例を示したがこれに限定されない。この例では、周波数解析部１２における処理の負担が小さくなっている。例えば、周波数解析部１２は、振幅情報及び位相情報の代わりに、参照信号と検出信号とに基づいて生成された同相情報及び直交情報をコンピュータ２４へ出力してもよい。この場合、コンピュータ２４は、ステップＳ５以降の処理を担うため、コンピュータ２４による処理の負担が低減される。
また、上記各実施形態では、本発明がＥＯＦＭ装置及びＭＯＦＭ装置に適用された場合の一形態について説明したが、本発明はロックイン計測手法が適用できる発熱計測、ＯＢＩＲＣＨ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｅａｍ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ＣＨａｎｇｅ）計測、ＯＢＩＣ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｅａｍ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃｕｒｒｅｎｔ）計測等に対しても適用することができる。
１，１０１…半導体デバイス検査装置、１２…周波数解析部（解析部）、１３…光源、１５…光スキャナ（走査部）、１８…ＭＯ結晶（磁気光学結晶）、２２…光検出器、２４…コンピュータ（演算部）、３０…画像処理部、Ｄ…半導体デバイス（被検査体）。

Claims (15)

  1. 被検査体である半導体デバイスの検査を行う半導体デバイス検査方法であって、
    前記半導体デバイスに刺激信号を入力するステップと、
    前記刺激信号が入力された前記半導体デバイスの反応に応じた検出信号を取得するステップと、
    前記検出信号と、前記刺激信号に基づいて生成される参照信号とに基づいて、前記検出信号における振幅情報及び位相情報を含む第１の同相像及び第１の直交像を生成するステップと、
    前記第１の同相像及び前記第１の直交像の少なくとも一方に対してノイズを低減するフィルタ処理を施した後、当該第１の同相像及び当該第１の直交像に基づいて第１の振幅像を生成するステップと、を含む、半導体デバイス検査方法。
  2. 前記第１の同相像と前記第１の直交像とに基づいて位相像を生成するステップと、
    前記第１の振幅像と前記位相像とに基づいて第２の同相像及び第２の直交像を生成するステップと、
    前記第２の同相像及び前記第２の直交像の少なくとも一方に対してノイズを低減するフィルタ処理を施した後、当該第２の同相像及び当該第２の直交像に基づいて第２の振幅像を生成するステップと、を更に含む、請求項１に記載の半導体デバイス検査方法。
  3. 前記第１の同相像と前記第１の直交像の前記検出信号が本来検出されないバックグラウンド領域における信号強度の平均値が０となるように、前記第１の同相像と前記第１の直交像とをオフセットするステップを更に有し、
    前記第１の振幅像を生成するステップでは、オフセットされた前記第１の同相像及び前記第１の直交像の少なくとも一方に対して前記フィルタ処理を施す、請求項１又は２に記載の半導体デバイス検査方法。
  4. 前記第１の同相像と前記第１の直交像の前記検出信号が本来検出されないバックグラウンド領域における信号強度の平均値が０となるように、前記第１の同相像と前記第１の直交像とをオフセットするステップと、
    オフセットした前記第１の同相像と前記第１の直交像とに基づいて位相像を生成するステップと、
    前記第１の振幅像と前記位相像とに基づいて第２の同相像及び第２の直交像を生成するステップと、
    前記第２の同相像及び前記第２の直交像の少なくとも一方に対してノイズを低減するフィルタ処理を施した後、当該第２の同相像及び当該第２の直交像に基づいて第２の振幅像を生成するステップと、を更に含む、請求項１に記載された半導体デバイス検査方法。
  5. 前記フィルタ処理に用いるフィルタは、メディアンフィルタ、非局所平均化フィルタ及び周波数フィルタのいずれかである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体デバイス検査方法。
  6. 被検査体である半導体デバイスに刺激信号が入力された状態で前記半導体デバイスの検査を行う半導体デバイス検査装置であって、
    前記刺激信号が入力される前記半導体デバイスの反応を検出し、検出信号を出力する検出器と、
    前記検出信号と、前記刺激信号に基づいて生成される参照信号とに基づいて、前記検出信号における振幅情報及び位相情報を含む第１の同相像及び第１の直交像を生成し、前記第１の同相像及び前記第１の直交像の少なくとも一方に対してノイズを低減するフィルタ処理を施した後、当該第１の同相像及び当該第１の直交像に基づいて第１の振幅像を生成する画像処理部と、を含む、半導体デバイス検査装置。
  7. 前記画像処理部は、前記第１の同相像及び前記第１の直交像に基づいて位相像を生成し、前記第１の振幅像と前記位相像とに基づいて第２の同相像及び第２の直交像を生成し、前記第２の同相像及び前記第２の直交像の少なくとも一方に対してフィルタ処理を施した後、当該第２の同相像及び当該第２の直交像に基づいて第２の振幅像を生成する、請求項６に記載の半導体デバイス検査装置。
  8. 前記画像処理部は、前記第１の同相像及び前記第１の直交像に対して、前記検出信号が本来検出されないバックグラウンド領域における信号強度の平均値が０となるようにオフセットさせ、オフセットされた前記第１の同相像及び前記第１の直交像の少なくとも一方に対して前記フィルタ処理を施す、請求項６又は７に記載の半導体デバイス検査装置。
  9. 前記画像処理部は、前記第１の同相像及び前記第１の直交像に対して、前記検出信号が本来検出されないバックグラウンド領域における信号強度の平均値が０となるようにオフセットさせ、オフセットされた前記第１の同相像及び前記第１の直交像に基づいて位相像を生成する、請求項６に記載の半導体デバイス検査装置。
  10. 前記フィルタ処理に用いるフィルタは、メディアンフィルタ、非局所平均化フィルタ及び周波数フィルタのいずれかである、請求項６〜９のいずれか一項に記載の半導体デバイス検査装置。
  11. 前記画像処理部は、前記検出信号及び前記参照信号に基づいて同相情報及び直交情報を生成する解析部と、前記同相情報及び前記直交情報に基づいて前記第１の同相像及び前記第１の直交像を生成する演算部とを含む、請求項６〜１０のいずれか一項に記載の半導体デバイス検査装置。
  12. 前記画像処理部は、前記検出信号及び前記参照信号に基づいて前記振幅情報及び前記位相情報を生成する解析部と、前記振幅情報と前記位相情報に基づいて前記第１の同相像及び前記第１の直交像を生成する演算部とを含む、請求項６〜１０のいずれか一項に記載の半導体デバイス検査装置。
  13. 前記解析部は、ロックインアンプ、スペクトラムアナライザ及びネットワークアナライザのいずれかである、請求項１１又は１２に記載の半導体デバイス検査装置。
  14. 前記半導体デバイスに光を照射する光源と、
    前記光を走査する走査部と、を更に備え、
    前記検出器は、前記刺激信号が入力される前記半導体デバイスの反応として、前記光の反射光の強度変化を検出する、請求項６〜１３のいずれか一項に記載の半導体デバイス検査装置。
  15. 前記光の光路において、前記半導体デバイスに対向して配置される磁気光学結晶を更に備える、請求項１４に記載の半導体デバイス検査装置。
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