KR102270039B1

KR102270039B1 - 반도체 디바이스 테스트 장치 및 반도체 디바이스 테스트 방법

Info

Publication number: KR102270039B1
Application number: KR1020140165434A
Authority: KR
Inventors: 아키히로 오타카; 미츠노리 니시자와; 노부유키 히라이; 도모노리 나카무라
Original assignee: 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2021-06-25
Also published as: JP2015105851A; US20150153408A1; JP6283507B2; US9618576B2; KR20150062974A

Abstract

반도체 디바이스 계측 장치(1A)는, 반도체 디바이스(3)에 입력하는 동작 펄스 신호를 생성하는 테스터(2)와, 광을 발생시키는 광원(5)과, 광을 반도체 디바이스(3)에 조사하는 광분기 광학계(6)와, 광에 대해서 반도체 디바이스(3)가 반사한 반사광을 검출하여, 검출 신호를 출력하는 광검출기(7)와, 검출 신호를 증폭하여, 증폭 신호를 출력하는 아날로그 신호 증폭기(8)와, 증폭 신호 및 소정의 보정치에 기초하여 반도체 디바이스(3)의 동작을 해석하는 해석 장치(10)를 구비하고, 소정의 보정치는, 동작 펄스 신호의 기본 주파수의 고조파에 상당하는 신호가 아날로그 신호 증폭기(8)에 의해서 증폭된 신호에 기초하여 구해진 것이다.

Description

반도체 디바이스 테스트 장치 및 반도체 디바이스 테스트 방법{APPARATUS FOR TESTING A SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD OF TESTING SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 반도체 디바이스 계측 장치 및 반도체 디바이스 계측 방법에 관한 것이다.

집적 회로를 검사하는 기술로서, EOP(Electro Optical Probing)나 EOFM(Electro-Optical Frequency Mapping)이라고 칭해지는 광프로빙 기술이 알려져 있다. 광프로빙 기술에서는, 광원으로부터 출사된 광을 집적 회로에 조사하고, 집적 회로에서 반사된 반사광을 광 센서로 검출하여, 검출 신호를 취득한다. 그리고 취득한 검출 신호에 있어서, 목적으로 하는 주파수를 선출(選出)하여, 그 진폭 에너지를 시간적인 경과로서 표시하거나, 2차원의 매핑으로서 표시한다. 이것에 의해, 목적으로 한 주파수로 동작하고 있는 회로의 위치를 특정할 수 있다.

특허 문헌 1：일본국 특개 2007－64975호 공보 특허 문헌 2：일본국 특개 2010－271307호 공보

상술한 것 같은 광프로빙 기술은, 집적 회로 등의 반도체 디바이스에 있어서의 고장 위치 및 고장 원인 등을 특정하여 해석할 수 있기 때문에, 매우 유효한 기술이다. 여기서, 광프로빙 기술에 의해 취득한 검출 신호는, 소정의 주파수에 있어서 시간 파형이 왜곡되는 경우가 있다. 이 경우에는, 해석 정밀도가 열화될 우려가 있다.

여기서, 본 발명은 해석 정밀도가 추가로 향상된 반도체 디바이스 계측 장치 및 반도체 디바이스 계측 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 반도체 디바이스 테스트 장치는, 반도체 디바이스에 입력하는 동작 신호를 생성하는 동작 신호 생성기와, 광을 발생시키는 광원과, 광을 반도체 디바이스에 조명하는 광학기와, 광에 대해서 반도체 디바이스가 반사한 반사광을 검출하여, 검출 신호를 출력하는 검출기와, 검출 신호를 증폭하여, 증폭 신호를 출력하는 증폭기와, 증폭 신호 및 보정치에 기초하여 반도체 디바이스의 동작을 해석하는 해석 시스템을 구비하고, 보정치는, 동작 신호의 기본 주파수의 고조파에 상당하는 신호가 증폭기에 의해서 증폭된 신호에 기초하여 구해진 것이다.

이 장치에서는, 실제로 반도체 디바이스를 구동시키기 위해서 입력되는 동작 신호에 기초하여 구해진 보정치가, 해석 시스템에 의한 해석시에 이용되고 있다. 이와 같이, 보정치가, 반도체 디바이스의 동작 신호에 따른 것임에 의해, 당해 동작 신호에 적절한 보정을 행할 수 있어, 보정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또, 검출 신호의 시간 파형의 변형 왜곡의 한 요인은 증폭기의 주파수 특성이 균일하지 않은 것에 있는 바, 증폭기에 의한 증폭 후의 신호에 기초하여 구해진 보정치를 이용함으로써, 증폭기에 출력된 증폭 신호를 적절히 보정할 수 있다. 이상으로부터, 본 장치에 의하면, 해석 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명의 장치에서는, 펄스 신호를 생성하는 신호 생성기를 추가로 구비하고, 보정치는, 신호 생성기가, 기본 주파수의 n차 고조파의 펄스 신호인 고조파(高調波) 신호를 순차 생성함으로써 구해진 것이다. 기본 주파수의 n차 고조파의 펄스 신호를 순차 생성함으로써, 반도체 디바이스의 동작 신호에 따른 보정치를 도출할 수 있다.

또, 본 발명의 장치에서는, n은 양의 정수이다. 1차(primary) 고조파(기본파)에서부터 차례로 양의 정수차의 고조파의 펄스 신호를 생성함으로써, 원하는 보정치를 확실히 도출할 수 있다.

또, 본 발명의 장치에서는, n은 2의 m승이며, m은 0 또는 양의 정수이다. 1차 고조파(기본파)에서부터 차례로 2의 m승차의 고조파의 펄스 신호를 생성함으로써, 보정치 도출에 필요로 하는 시간을 단축하면서 원하는 보정치를 도출할 수 있다.

또, 본 발명의 장치에서는, 펄스 신호는 듀티비가 40%~60%이다. 펄스 신호의 듀티비를 40%~60%로 함으로써, 어느 고조파의 홀수배의 주파수 성분의 보정치를 도출할 수 있다. 즉, 예를 들면 듀티비가 50%인 1차 고조파의 펄스 신호를 생성함으로써, 1차 고조파 뿐만이 아니라 3차, 5차, 7차와 같은 홀수배의 고조파의 주파수에 있어서의 보정치를 도출할 수 있다. 따라서 예를 들면, 상술한 2의 m승차의 고조파의 펄스 신호만을 생성하면 원하는 보정치를 모두 도출하는 것이 가능해진다. 이것으로, 보정치 도출에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.

또, 본 발명의 장치에서는, 보정치는, 광원이, 신호 생성기가 생성한 고조파 신호에 기초하여 변조한 변조광을 발생시키고, 검출기가, 변조광을 검출하여 고조파 신호의 검출 신호를 출력함으로써 구해진 것이다. 고조파 신호에 기초한 변조광이 검출기에 의해서 검출됨으로써, 보정치의 도출을 용이하게 행할 수 있다.

또, 본 발명의 장치에서는, 보정치는, 신호 생성기가 생성한 고조파 신호가 증폭기에 입력됨으로써 구해진 것이다. 신호 생성기로부터의 고조파 신호가 증폭기에 입력됨으로써, 광을 발생시키는 일 없이 용이하게 보정치의 도출을 행할 수 있다.

또, 본 발명의 장치에서는, 해석 시스템은 증폭 신호를 보정치로 보정함과 아울러, 보정 후의 증폭 신호의 주파수 성분 중, 보정치가 구해져 있는 범위의 주파수보다 높은 고주파 성분을 저감시킨다. 이것에 의해, 보정치에 의해 보정이 이루어지지 않은 고주파 성분의 노이즈가 강조되는 것을 억제할 수 있다.

또, 본 발명의 장치에서는, 해석 시스템은 증폭 신호를 보정치로 보정함과 아울러, 보정 후의 증폭 신호의 주파수 성분 중, 동작 신호의 기본 주파수 이하의 저주파 성분을 저감시킨다. 이것에 의해, 저감이 곤란한 저주파 성분의 노이즈를 적절히 저감시킬 수 있다.

본 발명의 반도체 디바이스 테스트 방법은, 반도체 디바이스에 입력하는 동작 신호를 생성하는 단계와, 광을 발생시키는 단계와, 광을 반도체 디바이스에 조명하는 단계와, 광에 대해서 반도체 디바이스가 반사한 반사광을 검출하여, 검출 신호를 출력하는 단계와, 증폭기에 의해, 검출 신호를 증폭하여, 증폭 신호를 출력하는 단계와, 증폭 신호 및 보정치에 기초하여 반도체 디바이스의 동작을 해석하는 단계를 포함하고, 보정치는, 동작 신호의 기본 주파수의 고조파에 상당하는 신호가 증폭기에 의해서 증폭된 신호에 기초하여 구해진 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 반도체 디바이스 계측 장치의 구성도이다.
도 2는 앰프가 출력하는 테스트 패턴, 및 신호 생성부가 생성하는 고조파 신호의 예를 도시한 도면이다.
도 3은 앰프가 출력하는 테스트 패턴, 및 신호 생성부가 생성하는 고조파 신호의 예를 도시한 도면이다.
도 4는 보정치의 도출 이미지를 도시한 도면이다.
도 5는 반도체 디바이스 계측 장치에 있어서의 계측 처리를 도시한 플로우도이다.
도 6은 증폭부의 주파수 특성을 도시한 도면이다.
도 7은 저주파 계측시의 시간 파형을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태의 반도체 디바이스 계측 장치의 구성도이다.
도 9는 변형예에 따른 반도체 디바이스 계측 장치의 구성도이다.
도 10은 변형예에 따른 반도체 디바이스 계측 장치의 구성도이다.

이하, 본 발명의 매우 적합한 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다.

[제1 실시 형태]

도 1에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태에 따른 반도체 디바이스 계측 장치(1A)는, 피검사 디바이스(DUT：Device Under Test)인 반도체 디바이스(3)에 있어서 이상 발생 위치를 특정하는 등, 반도체 디바이스(3)를 검사(계측)하기 위한 장치이다. 구체적으로는, 반도체 디바이스 계측 장치(1A)는, 반도체 디바이스(3)를 계측 대상물로 하여, 반도체 디바이스(3)의 동작 신호에 대한 응답의 주파수 해석을 행하는 주파수 해석 장치이다.

반도체 디바이스(3)로서는, 트랜지스터 등의 PN 접합을 가지는 집적 회로(예를 들면, 소규모 집적 회로(SSI：Small Scale Integration), 중규모 집적 회로(MSI：Medium Scale Integration), 대규모 집적 회로(LSI：Large Scale Integration), 초대규모 집적 회로(VLSI：Very Large Scale Integration), 극초대규모 집적 회로(ULSI：Ultra Large Scale Integration), 기가·스케일 집적 회로(GSI：Giga Scale Integration)), 대전류용/고압용 MOS 트랜지스터 및 바이폴러 트랜지스터 등이 있다. 또, 반도체 디바이스(3)는 전력용 반도체 디바이스(파워 디바이스)여도 좋고, 이에 더하여, 반도체 디바이스(3)는 열에 의한 변조를 기판에 가하는 반도체 디바이스여도 좋다.

반도체 디바이스 계측 장치(1A)는 테스터(2)와, 광원 제어부(4)와, 광원(5)과, 광분기 광학계(6)와, 광검출기(7)와, 아날로그 신호 증폭기(8)와, A/D 변환기(9)와, 해석 장치(10)와, 표시부(11)와, 입력장치(12)를 구비하고 있다.

테스터(2)는 반도체 디바이스(3)에 입력하는 동작 펄스 신호를 생성하는 동작 펄스 신호 생성부이다. 반도체 디바이스(3)는 테스터(2)에 의해 입력된 소정의 동작 펄스 신호에 의해서 구동한다. 테스터(2)는 테스트하고 싶은 구동에 대응한 동작 펄스 신호(테스트 패턴)를 반도체 디바이스(3)에 입력함으로써 반도체 디바이스(3)의 원하는 동작 상태에 있어서의 검사를 실시할 수 있다.

테스터(2)는 테스트 패턴을 생성하는 펄스 제너레이터를 가지고 있다. 테스트 패턴은 기준 주파수의 펄스 신호인 기준 클록에 기초하여 생성되는 것으로, 소정의 펄스 신호열의 반복으로 구성되어 있다(도 2 참조). 따라서 테스트 패턴의 최고 주파수는 기준 클록의 기준 주파수이다. 소정의 펄스 신호열의 반복 주기가 테스트 패턴의 기본 주기, 소정의 펄스 신호열의 반복의 주파수가 테스트 패턴의 기본 주파수이다(도 2 참조).

광원(5)은 광원 제어부(4)로부터의 제어 신호에 기초하여 광을 발생시켜 조사광을 출력하는 광 발생부이다. 광원(5)은 SLD(Super Luminescent Diode)로 구성되어 있다. 또한, 광원(5)은 LD(Laser Diode) 등의 레이저 광원이나 LED(Light Emitting Diode), 또는 램프 광원을 이용한 광원 등이어도 좋다. 또, 조사광은 펄스 광이어도 좋다.

광분기 광학계(6)는 광원(5)으로부터 출력된 조사광을 반도체 디바이스(3)에 조사하는 광조사부이다. 광분기 광학계(6)는 반도체 디바이스(3)상을 조사광으로 주사하는 광주사 광학계를 추가로 구비해도 좋다. 또, 광분기 광학계(6)는 조사광에 대해서 반도체 디바이스(3)가 반사한 반사광을 광검출기(7)로 도광(導光)한다. 당해 반사광은 귀환광용 광섬유를 통해서 광검출기(7)로 도광된다.

광검출기(7)는 광분기 광학계(6)에 의해 도광된 반사광을 검출하여, 아날로그 신호인 검출 신호를 출력하는 광검출부이다. 광검출기(7)는, APD(Avalanche Photo Diode)나 PD(Photo Diode), PMT(Photo Multiplier Tube) 등이다. 반사광은, 반도체 디바이스(3)에 입력되는 동작 펄스 신호에 따라 변조되어 있기 때문에, 광검출기(7)는 동작 펄스 신호에 기초하여 동작하고 있는 반도체 디바이스(3)로부터의 신호를 검출하는 것에 상당하여, 반도체 디바이스(3)에 입력된 동작 펄스 신호에 응답한 검출 신호를 출력하는 것이 가능해진다. 광검출기(7)가 출력한 검출 신호는 아날로그 신호 증폭기(8)에 입력된다.

아날로그 신호 증폭기(8)는 광검출기(7)로부터의 검출 신호를 증폭하고, 증폭 신호를 출력하는 증폭부이다. A/D(아날로그/디지털) 변환기(9)는 아날로그 신호인 증폭 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. A/D 변환기(9)는, 예를 들면 디지타이저이다.

해석 장치(10)는, A/D 변환기(9)로부터의 디지털 신호(증폭 신호) 및 소정의 보정치 A(ω)에 기초하여 반도체 디바이스(3)의 동작을 해석하는 해석부이며, 예를 들면 PC(Personal Computer) 등의 컴퓨터이다. 구체적으로는, 해석 장치(10)는, 증폭 신호를 소정의 보정치 A(ω)로 보정하고, 당해 보정 후의 증폭 신호를 해석한다. 해석 장치(10)는 파형 취득부(10a)와, 보정치 산출부(10b)와, 보정치 기억부(10c)와, 파형 보정부(10d)를 가지고 있다. 보정치 산출부(10b)는 보정치 A(ω)의 도출 처리를 행하는 구성이다. 당해 보정치의 도출 처리에 대해서는 후술한다.

파형 취득부(10a)는 A/D 변환기(9)로부터의 디지털 신호에 기초하여, 증폭 신호의 시간 파형 I(t)를 취득한다. 보정치 기억부(10c)는 아날로그 신호 증폭기(8)의 주파수 특성을 보정하기 위한 주파수 성분마다의 소정의 보정치 A(ω)를 기억하고 있다. 당해 보정치 A(ω)는 동작 펄스 신호의 기본 주파수의 고조파에 상당하는 신호가 아날로그 신호 증폭기(8)에 의해서 증폭된 신호에 기초하여 구해진 것으로, S파라미터(산란 행렬)나 전달 함수이다. 당해 보정치 A(ω)의 도출 처리에 대해서는 후술한다.

파형 보정부(10d)는, 파형 취득부(10a)가 취득한 증폭 신호의 시간 파형 I(t)를, 보정치 기억부(10c)가 기억하는 소정의 보정치 A(ω)로 보정한다. 구체적으로는, 파형 보정부(10d)는 증폭 신호의 시간 파형 I(t)에 푸리에 변환을 행하여, 시간 파형 I(t)를 주파수 스펙트럼 I(ω)로 변환한다. 또, 파형 보정부(10d)는 주파수 스펙트럼 I(ω)를 소정의 보정치 A(ω)로 보정한다. 상세하게는, 파형 보정부(10d)는 주파수 스펙트럼 I(ω)에 대해, 보정치 기억부(10c)에 기억된 대응하는 주파수 성분의 보정치 A(ω)로 제산(除算)함으로써 보정 후의 주파수 스펙트럼 I'(ω)를 취득한다.

또, 파형 보정부(10d)는, 보정 후의 주파수 스펙트럼 I'(ω) 중, 소정의 주파수 이상의 고주파 성분을 저감시킨다. 당해 소정의 주파수는, 보정치 A(ω)가 도출되어 있지 않은 주파수 이상의 주파수이다. 보정 후의 주파수 스펙트럼 I'(ω) 중, 보정치 A(ω)가 도출되어 있지 않은 주파수 이상의 주파수 성분은 보정이 이루어지지 않는다. 그 때문에, 만일 보정이 이루어지지 않은 주파수대역에 노이즈가 포함되어 있으면, 당해 노이즈가 강조된 시간 파형이 되어 버린다. 이러한 사태를 회피할 수 있도록, 파형 보정부(10d)는 보정치 A(ω)를 도출하고 있지 않은 고주파 성분을 컷하는 로우패스 필터 처리나 고주파 성분을 저감시키는 창함수(window function) 처리 등의 처리를 행하여, 소정의 주파수 이상의 고주파 성분을 저감시킨다. 또한, 당해 고주파 성분을 저감시키는 처리는, 상술한 보정치 A(ω)에 의한 보정 처리의 전(前)단계에 있어서 행해져도 좋다. 고주파 성분의 저감에는, 고주파 성분이 저감되어 완전하게 제거되는 경우도 포함된다.

또, 파형 보정부(10d)는, 보정 후의 주파수 스펙트럼 I'(ω) 중, 소정의 주파수 이하의 저주파 성분을 저감시킨다. 보정치 A(ω)에 의해서 아날로그 신호 증폭기(8)의 주파수 특성을 보정했을 경우여도, 아날로그 신호 증폭기(8)의 특성상, 아날로그 신호 증폭기(8)의 저주파 노이즈를 완전하게 보정하는 것은 어려운 경우가 있다. 그 때문에, 파형 보정부(10d)는 불필요한 저주파 노이즈를 저감하기 위해, 적어도 반도체 디바이스(3)를 구동시키는 동작 펄스 신호의 기본 주파수와 같은 주파수 성분을 저감시킨다. 저주파 성분의 저감에는, 저주파 성분이 저감되어 완전하게 제거되는 경우도 포함된다.

또, 파형 보정부(10d)는 보정 후에 고주파 성분을 저감시킴과 아울러 저주파 성분을 저감한 주파수 스펙트럼 I'(ω)를, 역푸리에 변환을 이용하여 시간 파형으로 변환한다. 파형 보정부(10d)는 당해 시간 파형에 관한 정보를 출력한다.

또한, 상술한 A/D 변환기(9)와 동등한 기능을 구비하는 PC에 의해서, A/D 변환기(9) 및 해석 장치(10)의 양쪽의 기능을 실현해도 좋다. 또, A/D 변환기(9)의 기능과 해석 장치(10) 중 파형 취득부(10a)의 기능을 구비하는 오실로스코프에 의해 디지털 신호인 시간 파형 신호를 취득하고, 취득된 시간 파형 신호를 해석 장치(10)인 PC에 입력하는 구성으로 해도 좋다.

표시부(11)는 해석 장치(10)의 파형 보정부(10d)에 의해서 출력된 보정 후의 시간 파형을 표시하는 표시 장치(디스플레이)이다. 또, 입력장치(12)는 키보드나 마우스 등으로 구성되며, 계측 범위나 계측 위치 등의 계측 조건을 입력한다.

다음으로, 보정치 A(ω)의 도출 처리에 따른 구성에 대해서, 도 2~도 4도 참조하면서 설명한다. 반도체 디바이스 계측 장치(1A)는 보정치 A(ω)의 도출 처리에 따른 구성으로서, 테스터(2) 및 광원 제어부(4)에 전기적으로 접속된 신호 생성부(13)와, 그 신호 생성부(13)에 전기적으로 접속된 A/D 변환기(14)를 추가로 구비하고 있다.

신호 생성부(13)는 테스터(2)로부터 테스트 패턴의 기본 주파수에 관한 정보를 취득하고, 그 기본 주파수에 관한 정보에 기초하여 펄스 신호를 생성한다. 이 펄스 신호는, 예를 들면 구(矩)형상이다. 기본 주파수에 관한 정보란 기본 주파수, 기본 주기, 기본 주파수에 대한 기준 클록의 수, 및 기준 클록의 주기 등이다(도 2 참조). 또한, 테스터(2)로부터 테스트 패턴을 취득해도 좋다. 신호 생성부(13)는 펄스 제너레이터를 가지고 있고, 당해 펄스 제너레이터에 의해서 펄스 신호가 생성된다.

구체적으로는, 신호 생성부(13)는 기본 주파수의 n차 고조파의 펄스 신호인 고조파 신호를 순차 생성한다. 당해 n은, 예를 들면 양의 정수이다. 신호 생성부(13)는 기본파인 1차 고조파(n=1)에서부터 차례로, 2차 고조파(n=2), 3차 고조파(n=3)… 순으로, 보정에 필요한 주파수 성분인 제n차 고조파까지의 펄스 신호를 생성한다.

도 2에 도시한 예에서는, 테스터(2)로부터 반도체 디바이스(3)에 입력되는 테스트 패턴의 기본 주파수에 관한 정보(기본 주파수, 기본 주기, 기본 주파수에 대한 기준 클록의 수, 및 기준 클록의 주기 중 어느 정보)에 기초하여, 신호 생성부(13)는, 테스트 패턴의 기본 주파수의 1차 고조파의 펄스 신호, 2차 고조파의 펄스 신호, 3차 고조파의 펄스 신호 …와, 제n차 고조파까지의 펄스 신호를 순차 생성하여 출력하고 있다. 이 경우, 펄스 신호의 듀티비는 특히 제한되지 않는다. 또, 신호 생성부(13)는, 적어도, 테스트 패턴의 기본 주파수/기준 클록의 주파수의 값이 되는 차수 n까지, 제n차 고조파의 펄스 신호를 생성하는 것이 바람직하다.

신호 생성부(13)는 생성한 펄스 신호를 광원 제어부(4) 및 A/D 변환기(14)에 입력한다. A/D 변환기(14)는 펄스 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. A/D 변환기(14)가 출력한 디지털 신호는, 파형 취득부(10a)에 있어서, 아날로그 신호 증폭기(8)로의 입력 파형 IN(t)로서 취득된다.

광원 제어부(4)는 신호 생성부(13)에 입력된 펄스 신호(고조파 신호)에 기초하여, 광원(5)으로부터 출사되는 조사광이 변조되도록, 광원(5)에 대해서 제어 신호를 입력한다. 그리고 광원(5)은 당해 제어 신호에 기초하여 변조된 조사광인 변조광을 생성한다. 당해 변조광은 신호 생성부(13)가 생성한 고조파 신호의 펄스 신호와 동일한 파형이 되도록 변조되어 있다.

여기서, 보정치 A(ω)를 도출할 때에는, 테스터(2)로부터 반도체 디바이스(3)에 대한 동작 펄스 신호의 입력은 행해지지 않는다. 그 때문에, 반도체 디바이스(3)는 구동하지 않고, 조사되는 광(변조광)에 대해서는 단순히 미러로서의 역할을 완수한다. 따라서 상술한 광원(5)이 발생시킨 변조광에 대한 반도체 디바이스(3)의 반사광은, 변조광과 동일한 파형 즉 신호 생성부(13)가 생성한 고조파 신호의 펄스 신호와 동일한 파형을 유지한 채로 있다.

그리고 변조광에 대한 반도체 디바이스(3)의 반사광(즉 변조광)이, 광검출기(7)에 의해 검출되어, 아날로그 신호인 검출 신호로서 출력된다. 당해 검출 신호는 동작 펄스 신호의 기본 주파수의 고조파에 상당하는 신호로서, 아날로그 신호 증폭기(8)에서 증폭된 후, A/D 변환기(9)로 디지털 변환되어, 파형 취득부(10a)에 있어서, 아날로그 신호 증폭기(8)로부터의 출력 파형 OUT(t)로서 취득된다.

파형 취득부(10a)에 있어서 취득된 입력 파형 IN(t) 및 출력 파형 OUT(t)는, 보정치 산출부(10b)에 의해서 푸리에 변환된다. 보정치 산출부(10b)는 하기 (1) 식에 도시된 바와 같이, 주파수 성분으로 변환된 입력 파형 IN(ω)를 출력 파형 OUT(ω)로 제산함으로써, 각 주파수에 있어서의 보정치 A(ω)를 도출한다.

[수 1]

···(1)

이상이, 보정치 A(ω)의 도출 처리에 따른 구성의 설명이다. 보정치 산출부(10b)에 의해서 도출된 보정치 A(ω)는, 보정치 기억부(10c)에 격납되어 기억된다.

여기서, 신호 생성부(13)는 생성하는 n차 고조파의 펄스 신호를 모두 듀티비가 40%~60%의 펄스 신호로 해도 좋다. 특히 바람직하게는, 듀티비가 50%의 펄스 신호로 해도 좋다. 예를 들면, 듀티비가 50%인 1차 고조파(주파수ω)의 펄스 신호를 푸리에 전개하면, 그 펄스 신호는 하기 (2) 식에서 도시한 바와 같이 된다.

[수 2]

···(2)

상기 (2) 식으로부터 분명한 것처럼, 푸리에 전개한 펄스 신호에는, 1차 고조파의 주파수 ω에 대해서 그 홀수배의 주파수 성분(3ω, 5ω …)이 포함되어 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 1차 고조파의 펄스 신호에는, 1차 고조파 뿐만이 아니라 그 홀수배의 주파수 성분, 즉 3차 고조파나 5차 고조파의 주파수 성분이 포함되어 있다. 또한, 도 4에 있어서 ω의 아래 기입된 숫자는, 그 숫자를 차수로 하는 고조파에 있어서의 주파수를 나타내고 있다. 즉, 예를 들면 ω3은, 3차 고조파의 주파수를 나타내고 있다.

따라서, 신호 생성부(13)가 듀티비가 50%인 1차 고조파의 펄스 신호를 생성함으로써, 홀수차의 고조파의 주파수에 있어서의 보정치 A(ω)를 모두 도출하는 것이 가능하다. 그리고 신호 생성부(13)에 의해서, 1(2의 0승)차 고조파에 이어서, 2(2의 1승)차 고조파의 펄스 신호가 생성되면, 당해 2차 고조파의 펄스 신호에는, 2차 고조파뿐만이 아니라 그 홀수배의 주파수 성분, 즉, 6차 고조파나 10차 고조파의 주파수 성분이 포함되어 있기 때문에 2의 홀수배차의 고조파의 주파수에 있어서의 보정치 A(ω)를 모두 도출할 수 있다. 마찬가지로 하여, 신호 생성부(13)에 의해서 4(2의 2승)차 고조파의 펄스 신호가 생성되면, 당해 4시 고조파의 펄스 신호에는 4차 고조파 뿐만이 아니라 그 홀수배의 주파수 성분, 즉, 12차 고조파나 20차 고조파의 주파수 성분이 포함되어 있기 때문에 4의 홀수배차의 고조파의 주파수에 있어서의 보정치 A(ω)를 모두 도출할 수 있다. 따라서 신호 생성부(13)가 생성하는 n차 고조파의 펄스 신호를 듀티비가 40%~60%인 펄스 신호라고 하면, 신호 생성부(13)에 의해서 1차 고조파 및 짝수차의 고조파의 펄스 신호를 생성함으로써, 그 고조파의 주파수의 홀수배의 주파수에 있어서의 보정치 A(ω)를 통합하여 구할 수 있다. 특히, 듀티비가 50% 근방인 값의 펄스 신호이면, 그 주파수의 홀수배의 주파수 성분의 값이 높기 때문에, 확실히 보정치 A(ω)를 취득할 수 있다.

이와 같이, m을 0 및 양의 정수로 했을 경우에 n=2의 m승으로 하여 신호 생성부(13)가, 2의 m승차의 고조파의 펄스 신호를 생성함으로써, n을 양의 정수로 하여 1차 고조파에서부터 n차 고조파까지 순차 펄스 신호를 생성하는 경우와 비교하여, 신호 생성의 회수가 큰폭으로 적게 된다. 또한, 보정치 A(ω)의 도출은, 보정 후의 시간 파형을 보았을 경우에 시각적으로 충분히 보정되고 있다고 여겨지는 경우에는, 기본 주파수로부터, 아날로그 신호 증폭기(8)의 주파수 특성이 일정한 값으로 되는 주파수 부근까지 행하면 좋다. 또, 고주파까지 엄밀하게 보정을 하는 경우는, 보정치 A(ω)의 도출은, 테스트 패턴의 기본 주파수의 주파수로부터 기준 클록의 기준 주파수의 주파수까지의 보정치 A(ω)가 구해질 때까지 행하면 좋다.

다음으로, 도 5를 참조하여, 반도체 디바이스 계측 장치(1A)에 있어서의 계측 처리에 대해 설명한다. 또한, 당해 계측 처리의 전제로서, 보정치 기억부(10c)에는 각 주파수에 있어서의 보정치 A(ω)가 기억되어 있다.

최초로, 테스터(2)에 의해 동작 펄스 신호(테스트 패턴)가 반도체 디바이스(3)에 입력된다(스텝 S1). 계속해서, 광원(5)에 의해서 출력된 조사광이 광분기 광학계(6)를 통해서 반도체 디바이스(3)에 조사된다(스텝 S2). 계속해서, 광검출기(7)에 의해 반도체 디바이스(3)로부터의 반사광이 검출되어, 검출 신호로서 출력된다(스텝 S3). 계속해서, 아날로그 신호 증폭기(8)에 의해 검출 신호가 증폭되어, 증폭 신호로서 출력된다(스텝 S4).

증폭 신호는 A/D 변환기(9)에 의해서 디지털 신호로 변환된 후에, 해석 장치(10)의 파형 취득부(10a)에 의해서 시간 파형 I(t)가 취득된다(스텝 S5). 그리고 파형 보정부(10d)에 의해, 증폭 신호의 시간 파형 I(t)가 주파수 스펙트럼 I(ω)으로 푸리에 변환된다(스텝 S6). 계속해서, 파형 보정부(10d)에 의해, 주파수 스펙트럼 I(ω)가 S파라미터 등의 보정치 A(ω)로 보정되어, 보정 후의 주파수 스펙트럼 I′(ω)가 도출된다. 계속해서, 파형 보정부(10d)에 의해, 보정 후의 주파수 스펙트럼 I′(ω)의 고주파 성분이 저감됨과 아울러(스텝 S8), 저주파 성분이 저감된다(스텝 S9).

계속해서, 파형 보정부(10d)에 의해, 주파수 스펙트럼 I′(ω)가 역푸리에 변환에 의해 시간 파형으로 변환된다(스텝 S10). 마지막으로, 표시부(11)에 의해, 보정 후의 시간 파형이 표시된다(스텝 S11). 이상이, 반도체 디바이스 계측 장치(1A)에 있어서의 계측 처리이다.

다음으로, 제1 실시 형태에 따른 반도체 디바이스 계측 장치(1A)의 작용 효과에 대해 설명한다.

이 반도체 디바이스 계측 장치(1A)에서는, 실제로 반도체 디바이스 계측 장치(1A)를 구동시키기 위해서 입력되는 동작 펄스 신호에 기초하여 구해진 보정치 A(ω)가, 시간 파형 I(t)에 기초한 주파수 스펙트럼 I(ω)의 보정시에 이용되고 있다. 이와 같이, 보정치 A(ω)가 반도체 디바이스 계측 장치(1A)의 동작 펄스 신호에 따른 것임에 의해, 당해 동작 펄스 신호에 적절한 보정을 행할 수 있어, 보정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

여기서, 예를 들면 저주파의 시간 파형을 취득했을 때에, 취득한 시간 파형이 도 7에 도시한 바와 같이 왜곡 현상이 생기는 일이 있다. 그 원인에 대해서, 발명자 등이 열심히 조사를 행한 바, 도 6에 도시한 바와 같이, 앰프 등의 증폭기는 주파수 특성이 균일하지 않고, 주파수에 의해서 그 증폭도가 다른 경우가 있다는 것을 찾아냈다.

이러한 지견에 기초하여, 본 실시 형태에 따른 반도체 디바이스 계측 장치(1A)에서는, 아날로그 신호 증폭기(8)에서 증폭된 출력 파형 OUT(t)에 기초하여 구해진 주파수 마다의 보정치 A(ω)를 이용하여 주파수 스펙트럼 I(ω)의 보정이 행해지기 때문에, 아날로그 신호 증폭기(8)에서 증폭된 후의 증폭 신호를 적절히 보정할 수 있다. 이상으로부터, 본 반도체 디바이스 계측 장치(1A)에 의하면, 증폭 신호를 적절히 보정함으로써 해석 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또, 반도체 디바이스 계측 장치(1A)는 펄스 신호를 생성하는 신호 생성부(13)를 구비하고 있고, 당해 신호 생성부(13)가 기본 주파수의 n차 고조파의 펄스 신호인 고조파 신호를 순차 생성함으로써 소정의 보정치 A(ω)를 도출하고 있다. 이와 같이, 기본 주파수의 n차 고조파의 펄스 신호를 순차 생성함으로써, 반도체 디바이스(3)의 동작 펄스 신호에 따른 보정치를 도출할 수 있다.

또, 상기 n이 양의 정수이므로, 1차 고조파에서부터 차례로 양의 정수차의 고조파의 펄스 신호를 생성하여 원하는 보정치 A(ω)를 확실히 도출할 수 있다. 또, n이 2의 m승이고, m이 0 및 양의 정수인 경우에는, 신호 생성부(13)는 2의 m승차 고조파의 펄스 신호를 생성하게 된다. 이 경우에는, 1차 고조파에서부터 차례로 양의 정수차의 고조파의 펄스 신호를 생성하는 경우와 비교하여 보정치 A(ω) 도출에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. 또한, 추가로 펄스 신호의 듀티비를 40%~60%로 함으로써, 어느 고조파의 홀수배의 고조파 성분의 보정치 A(ω)를 도출할 수 있다. 즉, 예를 들면 듀티비가 50%인 1차 고조파의 펄스 신호를 생성함으로써, 1차 고조파 뿐만이 아니라 3차, 5차, 7차와 같은 홀수배의 고조파의 주파수에 있어서의 보정치 A(ω)를 도출할 수 있다. 따라서 상술한 2의 m승차의 고조파의 펄스 신호만을 생성하면, 원하는 보정치 A(ω)를 모두 도출하는 것이 가능해진다. 이것으로, 신호 생성부(13)에 의한 신호 생성수를 줄일 수 있어, 보정치 A(ω) 도출에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.

또, 광원(5)이, 신호 생성부(13)가 생성한 고조파 신호에 기초하여 변조한 변조광을 발생시키고, 광검출기(7)가 반도체 디바이스(3)의 반사광(즉 변조광)을 검출하여 검출 신호로서 출력함으로써, 소정의 보정치 A(ω)가 도출되어 있다. 이와 같이, 고조파 신호에 기초한 변조광이 광검출기(7)에 의해서 검출됨으로써, 보정치 A(ω)의 도출을 용이하게 행할 수 있다.

또, 파형 보정부(10d)가, 보정 후의 증폭 신호의 주파수 스펙트럼 I′(ω) 중, 보정치 A(ω)가 구해져 있는 범위의 주파수보다 높은 고주파 성분을 저감시킴으로써, 소정의 보정치 A(ω)에 의해 보정이 이루어지지 않은 고주파 성분의 노이즈가 강조되는 것을 억제할 수 있다.

또, 파형 보정부(10d)가, 보정 후의 증폭 신호의 주파수 스펙트럼 I′(ω) 중, 동작 펄스 신호의 기본 주파수 이하의 저주파 성분을 저감시킴으로써, 저감이 곤란한 저주파 성분의 노이즈를 적절히 저감시킬 수 있다.

[제2 실시 형태]

다음으로, 도 8을 참조하여 제2 실시 형태에 따른 반도체 디바이스 계측 장치(1B)에 대해 설명한다. 또한, 본 실시 형태의 설명에서는, 상기 실시 형태와 다른 점에 대해 주로 설명한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 제2 실시 형태에 따른 반도체 디바이스 계측 장치(1B)에서는, 광검출기(7)와 아날로그 신호 증폭기(8)의 사이에 스위치부(15)가 마련되어 있고, 당해 스위치부(15)와 신호 생성부(13)가 전기적으로 접속되어 있다.

스위치부(15)는, 반도체 디바이스 계측 장치(1B)에 있어서 계측 처리를 행하는 경우와 보정치 A(ω) 도출 처리를 행하는 경우에서 접속 상태를 다르게 한다. 즉, 스위치부(15)는, 계측 처리를 행하는 경우에는, 광검출기(7)와 아날로그 신호 증폭기(8)를 전기적으로 접속하고, 보정치 A(ω) 도출 처리를 행하는 경우에는 신호 생성부(13)와 아날로그 신호 증폭기(8)를 전기적으로 접속한다.

보정치 A(ω) 도출 처리에 있어서, 상술한 제1 실시 형태에서는, 신호 생성부(13)로부터의 고조파 신호에 기초하여 광원(5)으로부터의 광을 변조하여 변조 신호를 광검출기(7)로 검출함으로써, 아날로그 신호 증폭기(8)에 펄스 신호에 상당하는 신호를 입력했지만, 제2 실시 형태에서는, 스위치부(15)에 의해 신호 생성부(13)와 아날로그 신호 증폭기(8)가 전기적으로 접속되어 있기 때문에, 신호 생성부(13)가 생성한 고조파 신호가 직접, 동작 펄스 신호의 기본 주파수의 고조파에 상당하는 신호로서, 아날로그 신호 증폭기(8)에 입력된다. 이것으로써, 광원(5)으로부터 조사광을 발생시키는 일 없이 용이하게 보정치 A(ω)의 도출을 행할 수 있다.

이상, 본 발명의 매우 적합한 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 테스트 패턴의 기본 주파수에 관한 정보에 기초하여 신호 생성부(13)가 생성한 펄스 신호가, A/D 변환기(14)에 입력되어 입력 파형 IN(t)가 취득된다는 것으로 하여 설명했지만, 테스트 패턴의 기본 주파수의 펄스 신호가 파형 취득부(10a)에 입력되기만 하면, 파형 취득부(10a)에 있어서, 신호 생성부(13)에서 생성되는 펄스 신호의 차수와 같은 차수의 고조파 신호를 생성하는 것이 가능하다. 이를 위해, 도 9에 도시된 반도체 디바이스 계측 장치(1C)와 같이, 테스터(2)로부터 출력된 테스트 패턴의 기본 주파수의 펄스 신호가 A/D 변환기(14)를 통해서 해석 장치(10)에 입력되는 구성으로 해도 좋다. 이 경우, 신호 생성부(13)에서 생성되는 펄스 신호의 주파수 정보를 해석 장치(10)에 전할 필요가 있지만, 기본적으로, 해석 장치(10)를 구성하는 PC로부터 신호 생성부(13)에 대해서 지시를 내리는 구성으로 되기 때문에, 해석 장치(10)는 펄스 신호의 주파수 정보를 파악할 수 있다. 또, 테스터(2)로부터 테스트 패턴의 기본 주파수에 관한 정보를 취득하는 구성 이외에도, 입력장치(12)를 이용하여 해석 장치(10)인 PC에 테스트 패턴의 기본 주파수에 관한 정보를 입력해도 좋다.

또, 신호 생성부(13)로부터의 펄스 신호를 광원 제어부(4)에 입력함으로써, 광원(5)으로부터 변조광을 발생시키는 것으로 하여 설명했지만, 예를 들면, 도 10에 도시한 반도체 디바이스 계측 장치(1D)와 같이, 광원(5)은 CW(Continuous Wave) 광을 출력하는 구성으로 함과 아울러, 그 CW광을 변조시키는 변조기(21)를 광원(5) 및 광분기 광학계(6)의 사이에 마련하고, 당해 변조기(21)와 신호 생성부(13)를 전기적으로 접속해도 좋다. 이 경우, 신호 생성부(13)로부터의 펄스 신호를 받아, 변조기(21)에서 광이 변조된다. 또한, 변조기(21)로서는 공간광 변조기 등을 이용할 수 있다.

Claims

반도체 디바이스에 입력하는 동작 신호를 생성하는 동작 신호 생성기와,
광을 발생시키는 광원과,
상기 광을 상기 반도체 디바이스에 조명(illuminate)하는 광학기(optics)와,
상기 광에 대해서 상기 반도체 디바이스가 반사한 반사광을 검출하여, 검출 신호를 출력하는 검출기와,
상기 검출 신호를 증폭하여, 증폭 신호를 출력하는 증폭기와,
상기 증폭 신호 및 보정치에 기초하여 상기 반도체 디바이스의 동작을 해석하는 해석 시스템을 구비하고,
상기 보정치는, 상기 동작 신호의 기본 주파수의 고조파에 상당하는 신호가 상기 증폭기에 의해서 증폭된 신호에 기초하여 구해진 것인 반도체 디바이스 테스트 장치.
청구항 1에 있어서,
펄스 신호를 생성하는 신호 생성기를 추가로 구비하고,
상기 보정치는,
상기 신호 생성기가, 상기 기본 주파수의 n차 고조파의 펄스 신호인 고조파 신호를 순차 생성함으로써 구해진 것인 반도체 디바이스 테스트 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 n은 양의 정수인 반도체 디바이스 테스트 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 n은 2의 m승이고, 상기 m은 0 또는 양의 정수인 반도체 디바이스 테스트 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 펄스 신호는 듀티비가 40%~60%인 반도체 디바이스 테스트 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 보정치는,
상기 광원이, 상기 신호 생성기가 생성한 상기 고조파 신호에 기초하여 변조된 변조광을 발생시키고,
상기 검출기가, 상기 변조광을 검출하여 상기 고조파 신호의 검출 신호를 출력함으로써 구해진 것인 반도체 디바이스 테스트 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 보정치는,
상기 신호 생성기가 생성한 고조파 신호가 상기 증폭기에 입력됨으로써 구해진 것인 반도체 디바이스 테스트 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 해석 시스템은,
상기 증폭 신호를 상기 보정치로 보정함과 아울러, 보정 후의 상기 증폭 신호의 주파수 성분 중, 상기 보정치가 구해져 있는 범위의 주파수보다 높은 고주파 성분을 저감시키는 반도체 디바이스 테스트 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 해석 시스템은,
상기 증폭 신호를 상기 보정치로 보정함과 아울러, 보정 후의 상기 증폭 신호의 주파수 성분 중, 상기 동작 신호의 기본 주파수 이하의 저주파 성분을 저감시키는 반도체 디바이스 테스트 장치.
반도체 디바이스에 입력하는 동작 신호를 생성하는 단계와,
광을 발생시키는 단계와,
상기 광을 상기 반도체 디바이스에 조명하는 단계와,
상기 광에 대해서 상기 반도체 디바이스가 반사한 반사광을 검출하여, 검출 신호를 출력하는 단계와,
증폭기에 의해, 상기 검출 신호를 증폭하여, 증폭 신호를 출력하는 단계와,
상기 증폭 신호 및 보정치에 기초하여 상기 반도체 디바이스의 동작을 해석하는 단계를 포함하고,
상기 보정치는, 상기 동작 신호의 기본 주파수의 고조파에 상당하는 신호가 상기 증폭기에 의해서 증폭된 신호에 기초하여 구해진 것인 반도체 디바이스 테스트 방법.
청구항 10에 있어서,
펄스 신호를 생성하는 단계를 추가로 구비하고,
상기 보정치는,
상기 기본 주파수의 n차 고조파의 펄스 신호인 고조파 신호를 순차 생성함으로써 구해진 것인 반도체 디바이스 테스트 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 n은 양의 정수인 반도체 디바이스 테스트 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 n은 2의 m승이고, 상기 m은 0 또는 양의 정수인 반도체 디바이스 테스트 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 펄스 신호는 듀티비가 40%~60%인 반도체 디바이스 테스트 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 보정치는,
상기 고조파 신호에 기초하여 변조된 변조광을 발생시키고,
상기 변조광을 검출하여 상기 고조파 신호의 검출 신호를 출력함으로써 구해진 것인 반도체 디바이스 테스트 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 보정치는,
상기 고조파 신호가 상기 증폭기에 입력됨으로써 구해진 것인 반도체 디바이스 테스트 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 반도체 디바이스의 동작을 해석하는 단계는,
상기 증폭 신호를 상기 보정치로 보정함과 아울러, 보정 후의 상기 증폭 신호의 주파수 성분 중, 상기 보정치가 구해져 있는 범위의 주파수보다 높은 고주파 성분을 저감시키는 것인 반도체 디바이스 테스트 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 반도체 디바이스의 동작을 해석하는 단계는,
상기 증폭 신호를 상기 보정치로 보정함과 아울러, 보정 후의 상기 증폭 신호의 주파수 성분 중, 상기 동작 신호의 기본 주파수 이하의 저주파 성분을 저감시키는 것인 반도체 디바이스 테스트 방법.