TWI679415B - 檢查方法及檢查裝置 - Google Patents

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TWI679415B TW105104173A TW105104173A TWI679415B TW I679415 B TWI679415 B TW I679415B TW 105104173 A TW105104173 A TW 105104173A TW 105104173 A TW105104173 A TW 105104173A TW I679415 B TWI679415 B TW I679415B
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中村共則
Tomonori Nakamura
大高章弘
Akihiro Otaka
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日商濱松赫德尼古斯股份有限公司
Hamamatsu Photonics K. K.
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Abstract

本發明之檢查裝置具備：測試機單元，其對半導體元件施加刺激信號；MO結晶，其與半導體元件對向配置；光源，其輸出光；光掃描器，其將光源所輸出之光照射至MO結晶；光檢測器，其檢測自與半導體元件D對向配置之MO結晶反射之光，並輸出檢測信號；及電腦，其基於根據刺激信號產生之參照信號與檢測信號之相位差而產生包含示出相位差之相位成分的相位圖像資料，並根據該相位圖像資料產生示出電流之路徑之圖像。

Description

檢查方法及檢查裝置
本發明之一態樣係關於一種測量對象物之檢查方法及檢查裝置。
作為檢查測量對象物之技術，有將自光源出射之光照射至測量對象物，並利用光感測器檢測來自測量對象物之測量光(反射光)而獲取檢測信號之光探測技術。於此種光探測技術中，已知有如下方法：將磁光(MO：Magneto-Optical)結晶與測量對象物之光照射面對向配置，檢測與MO結晶之磁光效應相應之反射光，藉此獲取檢測信號(例如專利文獻1)。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特表2013-544352號公報
於上述專利文獻1中，基於示出所檢測出之反射光之振幅(反射光之強度)的振幅(強度)像而獲取金屬表面之電流路徑，從而特定出金屬上之故障位置。此處，反射光之振幅容易因磁光結晶之厚度之不均及磁光結晶之損傷等雜訊成分的影響而發生變化。因此，於根據振幅像獲取電流路徑之方法中，存在無法高精度地獲取電流路徑之情形。對此，本發明之一態樣之目的在於提供一種能夠高精度地獲取電流路徑之檢查方法及檢查裝置。
一態樣之檢查方法係藉由對測量對象物施加刺激信號而獲取測量對象物所產生之電流之路徑的方法。該檢查方法包括以下步驟：對測量對象物施加刺激信號；對與測量對象物對向配置之磁光結晶照射光；對應於所照射之光而檢測自磁光結晶反射之光，並輸出檢測信號；基於根據刺激信號產生之參照信號與檢測信號之相位差而產生包含示出相位差之相位成分的相位圖像資料；及基於相位圖像資料產生示出電流之路徑之圖像。
又，一態樣之檢查裝置係藉由對測量對象物施加刺激信號而獲取測量對象物所產生之電流之路徑的裝置。該檢查裝置具備：信號施加部，其對測量對象物施加刺激信號；磁光結晶，其與測量對象物對向配置；光源，其輸出光；照射光學系統，其對磁光結晶照射自光源輸出之光；光檢測器，其對應於照射光學系統所照射之光而檢測自磁光結晶反射之光，並輸出檢測信號；解析部，其基於根據刺激信號產生之參照信號與檢測信號之相位差而產生包含示出相位差之相位成分的相位圖像資料；及電流路徑圖像產生部，其基於相位圖像資料產生示出電流之路徑之圖像。
該檢查方法及檢查裝置中，對測量對象物施加刺激信號。又，基於自與測量對象物對向配置之磁光結晶反射之光輸出檢測信號。並且，根據相位圖像資料產生示出電流之路徑之圖像，該相位圖像資料係基於根據刺激信號之參照信號與檢測信號之相位差而產生。例如，若對測量對象物施加刺激信號，則電流於測量對象物內之電流路徑流動，且產生與該電流相應之磁場。磁光結晶使反射光之偏光狀態根據測量對象物之磁場而變化。因此，測量對象物中之電流路徑之反射光的偏光狀態與其他位置之反射光之偏光狀態不同。由此，電流路徑之反射光之檢測信號與參照信號的相位差、和其他位置之反射光之檢測 信號與參照信號的相位差不同。此處，電流路徑之反射光之檢測信號與參照信號的相位差成為特定之值。具體而言，該特定之值實質上成為與對應於電流產生之磁場貫通磁光結晶之方向之正負相應的2個值中之任一值。另一方面，其他位置之反射光之檢測信號與參照信號的相位差成為隨機值而非特定之值。因此，在基於相位差之相位圖像資料中，包含相位差為特定之2個值中之任一值的位置、及相位差為隨機值之位置。由此，在基於該相位圖像資料產生之示出電流之路徑的圖像中，明確地區別顯示有示出電流之路徑之位置即相位差為特定之2個值中之任一值的位置、及非電流之路徑之位置即相位差為隨機值之位置，從而高精度地獲取電流之路徑。進而，此種相位差之資訊等同於以信號之有無之形式被數位化，不易因磁光結晶之厚度之不均及磁光結晶之損傷等雜訊成分的影響而發生變化。又，由於示出電流之路徑之位置的相位差成為特定之2個值中之任一值，故而電流路徑之特定較為容易，特定精度得以提高。根據以上，與根據振幅像獲取電流路徑之情形相比較，能夠高精度地獲取電流路徑。
又，於一態樣之檢查方法中，亦可為，產生示出電流之路徑之圖像的步驟包括基於相位圖像資料產生示出相位成分之統計值之統計值圖像資料的步驟，並基於統計值圖像資料產生示出電流之路徑之圖像。又，於一態樣之檢查裝置中，亦可為，電流路徑圖像產生部基於相位圖像資料產生示出相位成分之統計值之統計值圖像資料，並基於統計值圖像資料產生示出電流之路徑之圖像。於電流路徑位置，相位差成為特定之2個值。即，於電流路徑位置，相位差集中。另一方面，於其他位置，相位差成為隨機值。即，於其他位置，相位差散亂。因此，藉由進行統計處理，能夠使電流路徑與其他位置之差異更明確，從而能夠高精度地獲取電流路徑。
又，於一態樣之檢查方法及檢查裝置中，亦可為，統計值為方 差、偏度、及峰度中之任一種。藉此，能夠使電流路徑與除此以外之位置之差異更明確，從而能夠高精度地獲取電流路徑。
又，於一態樣之檢查方法中，亦可為，產生示出電流之路徑之圖像的步驟包括基於相位圖像資料產生示出正弦成分之正弦圖像資料、及示出餘弦成分之餘弦圖像資料的步驟，並基於正弦圖像資料及餘弦圖像資料產生示出電流之路徑之圖像。又，於一態樣之檢查裝置中，亦可為，電流路徑圖像產生部基於相位圖像資料產生示出正弦成分之正弦圖像資料、及示出餘弦成分之餘弦圖像資料，並基於正弦圖像資料及餘弦圖像資料產生示出電流之路徑之圖像。於相位差為-π之情形及為+π之情形時，實際上為相互連續相連之值，但於作為相位成分而示出之情形時，相互之間亮度值成為差異較大之值。關於此點，在示出相位成分之正弦成分或餘弦成分之圖像資料中，能夠使相互連續相連之相位差之相位成分的亮度值成為相互接近之值。藉此，能夠基於相位圖像資料高精度地獲取電流路徑。進而，由於產生正弦成分及餘弦成分之兩者之圖像資料，故而與僅產生任一者之情形相比較，能夠增加用以產生示出電流之路徑圖像的資訊量。藉此，能夠更高精度地獲取電流路徑。
又，於一態樣之檢查方法中，亦可為，產生示出電流之路徑之圖像的步驟包括對正弦圖像資料及餘弦圖像資料進行相加、相乘、及平方和之平方根之任一種運算的步驟。又，於一態樣之檢查裝置中，亦可為，電流路徑圖像產生部對正弦圖像資料及餘弦圖像資料進行相加、相乘、及平方和之平方根之任一種運算。藉由進行該等運算，能夠協同地使用正弦圖像資料及餘弦圖像資料之兩者之資料，恰當地產生示出電流之路徑之圖像。
又，於一態樣之檢查方法中，亦可為，產生示出電流之路徑之圖像的步驟包括基於正弦圖像資料產生示出正弦成分之統計值之正弦 統計值圖像資料的步驟、及基於餘弦圖像資料產生示出餘弦成分之統計值之餘弦統計值圖像資料的步驟，並基於正弦統計值圖像資料及餘弦統計值圖像資料產生示出電流之路徑之圖像。又，於一態樣之檢查裝置中，亦可為，電流路徑圖像產生部基於正弦圖像資料產生示出正弦成分之統計值之正弦統計值圖像資料，基於餘弦圖像資料產生示出餘弦成分之統計值之餘弦統計值圖像資料，並基於正弦統計值圖像資料及餘弦統計值圖像資料產生示出電流之路徑之圖像。藉此，能夠高精度地獲取電流路徑。
又，於一態樣之檢查方法及檢查裝置中，亦可為，參照信號係自對測量對象物施加刺激信號之信號施加部輸出。藉此，能夠容易且確實地輸出基於刺激信號之參照信號。
又，於一態樣之檢查方法及檢查裝置中，亦可為，參照信號係自測量對象物輸出。藉此，能夠容易且確實地輸出基於刺激信號之參照信號。
又，於一態樣之檢查方法及檢查裝置中，亦可為，參照信號為相位及週期與刺激信號相等之信號。藉此，能夠藉由求出參照信號與檢測信號之相位差而容易地求出刺激信號與檢測信號之相位差。
根據該檢查方法及檢查裝置，能夠高精度地獲取電流路徑。
1‧‧‧檢查裝置
1A‧‧‧檢查裝置
11‧‧‧測試機單元(信號施加部)
12‧‧‧頻率解析部
13‧‧‧光源
14‧‧‧光分割光學系統
15‧‧‧光掃描器(照射光學系統)
16‧‧‧物鏡
17‧‧‧物鏡驅動部
18‧‧‧MO結晶(磁光結晶)
19‧‧‧保持器
20‧‧‧保持器驅動部
21‧‧‧可撓性構件
22‧‧‧光檢測器
23‧‧‧放大器
24‧‧‧電腦(解析部、電流路徑圖像產生部)
25‧‧‧顯示裝置
26‧‧‧輸入裝置
141‧‧‧準直器
142‧‧‧擋閘
143‧‧‧偏振分光鏡(PBS)
144‧‧‧法拉第旋光器(FR)
146‧‧‧準直器
D‧‧‧半導體元件
OD‧‧‧光軸方向
θ‧‧‧相位差
θ1‧‧‧相位差
θ2‧‧‧相位差
圖1係本發明之第1實施形態之檢查裝置的構成圖。
圖2係用以說明圖1之檢查裝置中之光分割光學系統的圖。
圖3係用以說明相位差之圖。
圖4係用以說明相位差之向I軸及Q軸之投影的圖。
圖5(a)~(c)係用以說明根據相位像(相位圖像資料)推斷電流路徑之順序之圖。
圖6(a)~(d)係用以說明根據相位像(相位圖像資料)推斷電流路徑之順序之圖。
圖7(a)~(c)係用以說明根據相位像(相位圖像資料)推斷電流路徑之順序之圖。
圖8(a)~(c)係用以說明根據相位像(相位圖像資料)推斷電流路徑之順序之圖。
圖9(a)~(c)係用以說明根據相位像(相位圖像資料)推斷電流路徑之順序之圖。
圖10(a)、(b)係用以說明最後處理之圖。
圖11(a)、(b)係用以說明最後處理之圖。
圖12(a)、(b)係用以說明最後處理之圖。
圖13係變化例之檢查裝置之構成圖。
以下，參照圖式對本發明之一態樣之實施形態進行詳細說明。再者，於各圖中對相同或相當部分標註相同符號，並省略重複之說明。
如圖1所示，本實施形態之檢查裝置1係用以於作為測量對象物即被檢查元件(DUT：Device Under Test)之半導體元件D中特定出異常產生位置等檢查半導體元件D之裝置。更詳細而言，檢查裝置1係藉由對半導體元件D施加刺激信號而獲取半導體元件D所產生之電流之路徑，從而進行半導體元件D中之異常產生位置之特定等。
作為半導體元件D，有電晶體等具有PN接面之積體電路(例如，小規模積體電路(SSI：Small Scale Integration)、中規模積體電路(MSI：Medium Scale Integration)、大規模積體電路(LSI：Large Scale Integration)、超大規模積體電路(VLSI：Very Large Scale Integration)、特大規模積體電路(ULSI：Ultra Large Scale Integration)、巨大積體電路(GSI：Giga Scale Integration))、大電流用/ 高壓用MOS(Metal Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導體)電晶體及雙極電晶體、電力用半導體元件(功率元件)等。又，測量對象物不僅為半導體元件D，亦可為例如如形成於玻璃面上之非晶電晶體、多晶矽電晶體、有機電晶體等的薄膜電晶體(TFT：Thin Film Transistor)、或包含半導體元件之封裝、甚至複合基板。
於半導體元件D，經由元件控制纜線電性連接有測試機單元11(信號施加部)。測試機單元11藉由電源(未圖示)進行動作，對半導體元件D施加特定之調變電流信號(刺激信號)。於半導體元件D中，伴隨該調變電流信號而產生調變磁場。由下述光檢測器22檢測與調變磁場相應之光信號，藉此能夠檢測特定之頻率下之測量光。再者，檢查裝置1亦可一面對半導體元件D施加來自測試機單元11之調變電流信號，一面自光源13(下文敍述)產生與檢測頻率相應之光，藉此進行鎖相檢測。於該情形時，能夠提高檢查裝置1之S/N(signal to noise ratio，信號雜訊比)。測試機單元11經由時序信號纜線電性連接於頻率解析部12。再者，亦可施加調變電壓信號作為刺激信號。
檢查裝置1具備光源13。光源13藉由電源(未圖示)進行動作，產生並輸出照射至下述MO結晶18(磁光結晶)及半導體元件D之CW(continuous wave，連續波)光或脈衝光。自光源13輸出之光可為非同調(incoherent)之光，亦可為如雷射光之同調之光。作為輸出非同調之光之光源13，可使用SLD(Super Luminescent Diode，超發光二極體)或ASE(Amplified Spontaneous Emission，放大自發性發射)、LED(Light Emitting Diode，發光二極體)等。於自光源13輸出之光為非同調之光之情形時，能夠減少產生於MO結晶18中之反射光與半導體元件D中之反射光之間的干擾雜訊。於MO結晶18中之反射光中包含MO結晶18之光入射面上之反射光、及MO結晶18之光反射面上之反射光之兩者。再者，MO結晶18之光入射面上之反射光之影響係藉由 對光入射面實施抗反射加工而減少。
又，作為輸出同調之光之光源13，可使用固體雷射光源或半導體雷射光源等。自光源13輸出之光之波長為530nm以上，例如為1064nm以上。自光源13輸出之光經由偏光保存單模光偶合器(未圖示)、及探測光用之偏光保存單模光纖導入至光分割光學系統14。下文對光分割光學系統14進行詳細敍述。自光源13導入至光分割光學系統14之光進而被導入至包含光掃描器15及物鏡16之照射光學系統。作為照射光學系統之光掃描器15及物鏡16對MO結晶18照射自光源13輸出之光。光源13、光分割光學系統14、光掃描器15、物鏡16、及MO結晶18為光學連接(coupling)。
光掃描器15對MO結晶18之光入射面上之照射點進行掃描。更詳細而言，光掃描器15係由下述電腦24控制，藉此掃描照射點。光掃描器15包含例如檢流計鏡或MEMS(micro electro mechanical system，微機電系統)鏡等光掃描元件。
物鏡16將由光掃描器15導入之光聚光於MO結晶18。物鏡16構成為可藉由轉塔(未圖示)等切換低倍率物鏡與高倍率物鏡。低倍率物鏡之倍率例如為5倍，高倍率物鏡之倍率例如為50倍。於物鏡16連結有物鏡驅動部17。藉由物鏡驅動部17於來自光源13之光之光軸方向OD移動，能夠調整物鏡16之焦點位置。
MO結晶18與半導體元件D對向配置。MO結晶18係因磁光效應而使折射率根據在半導體元件D產生之磁場而變化，從而使所輸入之光之偏光狀態(偏光方向)變化。例如，存在如下情形：於半導體元件D之故障時等，若對半導體元件D施加調變電流信號，則會產生與故障位置相應之漏電流流動之電流路徑。於該情形時，產生漏電流流動之電流路徑之位置成為與未產生漏電流流動之電流路徑之位置不同的磁場。MO結晶18根據此種磁場之變化而輸出偏光方向發生變化之反射 光。該反射光之偏光方向之差異係作為藉由下述光檢測器22所獲取之光之強度的差異而表示。MO結晶18中之反射光經由物鏡16及光掃描器15返回至光分割光學系統14，並經由回光用之光纖導入至光檢測器22。光分割光學系統14與光檢測器22係光學連接(coupling)。
此處，於MO結晶18，經由可撓性構件21連結有保持MO結晶18之保持器19。可撓性構件21係包含例如橡膠或彈簧等而構成之環狀之彈性構件。又，可撓性構件21為形狀會變形之構件即可，亦可不必為彈性構件。可撓性構件21以自光軸方向OD觀察時覆蓋MO結晶18之外緣之至少一部分的方式固著於MO結晶18。可撓性構件21固著於MO結晶18之光入射面側。又，保持器19例如為環狀，且以自光軸方向OD觀察時覆蓋可撓性構件21之外緣之方式固著於可撓性構件21。由此，可撓性構件21之一面固著於MO結晶18，另一面固著於保持器19。由於環狀之可撓性構件21覆蓋MO結晶18之外緣，環狀之保持器19覆蓋可撓性構件21之外緣，故而若自光軸方向OD觀察，則於MO結晶18之光入射面上形成有用以輸入來自物鏡16之光的開口。於保持器19連結有保持器驅動部20。
保持器驅動部20藉由於光軸方向OD移動而使保持器19於光軸方向OD移動。藉由保持器驅動部20於光軸方向OD移動，保持器19與半導體元件D之距離縮短，從而將MO結晶18壓抵於半導體元件D。亦即，MO結晶18能夠抵接於半導體元件D。對MO結晶18之光照射係在MO結晶18抵接於半導體元件D之狀態下進行。再者，對MO結晶18之光照射不限於在抵接於半導體元件D之狀態下進行，亦可於在MO結晶18與半導體元件D之間具有特定之間隔之狀態下進行。
此處，MO結晶18抵接於半導體元件D時，例如存在半導體元件D成為相對於與光軸正交之面傾斜之狀態的情形。於該情形時，若MO結晶18之光入射面相對於與光軸正交之面不存在傾斜、或為可忽略之 程度之傾斜狀態，則MO結晶係其一部分先於其他部分抵接於半導體元件D。於該狀態下，若物鏡驅動部17進而朝同一方向移動，則可撓性構件21撓曲，MO結晶18之其他部分亦以仿照半導體元件D之傾斜之方式被推壓至半導體元件D。再者，所謂撓曲係指因彎曲、應變、或伸展而變形。即，藉由可撓性構件21撓曲，能夠使MO結晶18之光入射面相對於與光軸正交之面傾斜。藉此，能夠使半導體元件D與MO結晶18成為相接之狀態、或接近之狀態，從而能夠利用MO結晶18恰當地測量產生於半導體元件D之磁場特性。再者，可撓性構件21係以如下方式選擇厚度及硬度等，即：即便為藉由彎曲使MO結晶18之光入射面傾斜之情形，MO結晶18之光入射面相對於與光軸正交之面的傾斜角度亦成為物鏡16之開口角。藉此，能夠於物鏡16確實地檢測出在MO結晶18反射之光。
再者，物鏡驅動部17與保持器驅動部20亦可成為一體型構成。於該情形時，該一體型構成亦可具有分別使物鏡16及保持器19個別地移動之機構。即，亦可具有與使物鏡16及保持器19一同移動之機構分離，使各者個別地移動之例如滑動機構。於MO結晶18與半導體元件D接觸後，為了對準焦點等而需要使物鏡16於光軸方向OD移動。然而，若於接觸後使物鏡16及保持器19一同於光軸方向OD移動，則有對MO結晶18及半導體元件D施加過度之力之虞。關於此點，能夠藉由在MO結晶18與半導體元件D接觸後將物鏡16之移動與保持器19之移動分離，而使物鏡16相對於MO結晶18相對地移動。
光檢測器22對應於所照射之光，而檢測抵接於半導體元件D之MO結晶18中之反射光，並輸出檢測信號。光檢測器22例如為光電二極體、突崩光電二極體、光電培增管、或區域影像感測器等。光檢測器22具有至少1個檢測器，對輸入至該檢測器之光之強度進行檢測。
此處，一面亦參照圖2，一面對光分割光學系統14進行說明。光 分割光學系統14包含準直器141、146、擋閘142、偏振分光器(以下，記載為PBS：Polarization Beam Splitter)143、及法拉第旋光器(以下，記載為FR：Faraday Rotator)144。如圖2所示，於來自光源13之光經由光掃描器15照射至MO結晶18時，首先，來自光源13之光經由準直器141輸入至擋閘142。擋閘142只要為能夠控制光之ON/OFF者即可。然後，自擋閘142輸出之光輸入至PBS143。PBS143係以使偏光成分為0度之光透過且反射偏光成分為90度之光之方式而設定。又，PBS143係對照來自擋閘142之光之偏光而設定。因此，PBS143使來自擋閘142之光透過。透過PBS143之偏光成分為0度之光被輸入至使輸入光之偏光面傾斜(旋轉)22.5度之FR144，該偏光成分成為22.5度。透過FR144之光作為偏光成分為22.5度之光輸入至光掃描器15。該光照射至MO結晶18。
來自MO結晶18之反射光係根據與藉由施加於半導體元件D之調變電流信號產生之磁場(磁場強度)成比例的克爾效應，而偏光面旋轉。該反射光藉由FR144使偏光面傾斜22.5度並輸入至PBS143。該反射光藉由PBS143被分割為偏光成分為90度之光及0度之光。偏光成分為90度之光於PBS143反射並經由準直器146輸入至光檢測器22之光檢測器。如此，光檢測器22將與於半導體元件D產生之磁場(磁場強度)相應之偏光面之變化作為光強度進行檢測，並將與該光強度相應之強度(振幅)之檢測信號輸入至放大器23。再者，作為光分割光學系統14，對僅具備1個PBS143，且僅檢測正交之直線偏光中之偏光成分為90度之光之構成進行了說明，但並不限定於此。即，光分割光學系統14亦可為如下構成：於PBS143及FR144之間進而具備使輸入光之偏光面傾斜45度之FR、如使偏光成分為45度之光透過且反射135度之光的PBS、及準直器，且獲取正交之直線偏光之兩者、即偏光成分為90度之光及0度之光而進行差動檢測。又，雖光之利用效率會下降，但光 分割光學系統14亦可具備半反射鏡。
返回圖1，放大器23將由光檢測器22輸出之檢測信號放大並輸出。該放大後之檢測信號被輸入至頻率解析部12。光檢測器22、放大器23、及頻率解析部12電性連接(coupling)。作為頻率解析部12，可使用鎖定放大器或頻譜分析儀、數位轉化器、跨領域分析儀(登錄商標)等。頻率解析部12提取放大後之檢測信號中之測量頻率成分。測量頻率係基於例如施加於半導體元件D之調變電流信號之調變頻率而設定。又，頻率解析部12獲取週期與施加於半導體元件D之調變電流信號相同之參照信號。該參照信號例如自測試機單元11輸出並輸入至頻率解析部12。測試機單元11與頻率解析部12電性連接(coupling)。
頻率解析部12將已提取測量頻率成分之檢測信號與所獲取之參照信號之相位差導出。如上所述，檢測信號之振幅根據在半導體元件D產生之磁場(磁場強度)而變化。並且，振幅與相位之間存在相關關係。因此，頻率解析部12能夠基於檢測信號之振幅而特定出檢測信號與參照信號之相位差。此處，電流路徑位置之反射光之檢測信號與參照信號的相位差成為特定之值。具體而言，該特定之值實質上成為與對應於電流產生之磁場貫通MO結晶18之方向之正負相應的2個值中之任一值。如圖3所示，參照信號係藉由頻率解析部12成為與刺激信號相同週期。又，電流路徑位置之檢測信號與參照信號之相位差(以下，存在記載為電流相位差之情形)跨及複數個週期而為固定。具體而言，電流相位差成為將參照信號與刺激信號之相位差θ1、和刺激信號與檢測信號之相位差θ2相加所得之值。相位差θ1可藉由產生參照信號之頻率解析部12之設定而變化。為了更簡便地求出電流相位差，亦可使參照信號之相位與刺激信號之相位相等，使相位差θ1為0。相位差θ2與對應於電流產生之磁場貫通MO結晶之方向的正負相應地，成為相差180度(π)的2個值中之任一值。即，磁場方向為正之電流路徑 位置之檢測信號與刺激信號的相位差θ2、和磁場方向為負之電流路徑位置之檢測信號與刺激信號的相位差θ2相差180度(π)。另一方面，半導體元件D中之除電流路徑位置以外之檢測信號與參照信號的相位差成為隨機值而非特定之值。由此，能夠基於相位差是否為特定之2個值，而推斷(獲取)是否為電流路徑(下文進行詳細敍述)。頻率解析部12將包含示出所特定出之相位差之資訊的解析信號輸出至電腦24(解析部、電流路徑圖像產生部)。頻率解析部12與電腦24電性連接(coupling)。
電腦24例如為PC(personal computer，個人電腦)等。於電腦24，連接有由用戶輸入測量條件等之鍵盤或滑鼠等輸入裝置26、及用以向用戶顯示測量結果等之顯示器等顯示裝置25。電腦24包含作為處理器之CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)、作為記錄媒體之RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)或ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)。電腦24藉由CPU執行以下之功能。電腦24具有控制光源13、光掃描器15、物鏡驅動部17、測試機單元11、光檢測器22、及頻率解析部12等之功能。又，電腦24基於自頻率解析部12輸出之解析信號而推斷(獲取)半導體元件D中之電流路徑。具體而言，電腦24基於解析信號所包含之參照信號與檢測信號之相位差，產生包含示出相位差之相位成分之相位圖像資料。進而，電腦24藉由基於該相位圖像資料產生示出電流之路徑之圖像(電流路徑圖像)而推斷電流路徑。
電腦24首先基於解析信號所包含之相位差(相位成分)、及MO結晶18之光入射面上之照射點的資訊，對每個照射點映射相位成分，而產生相位像。所謂相位像係以對應於相位差之特定之亮度值而映射相位差之圖像(相位圖像)。關於相位差與亮度值之對應關係，例如於相位差為-π之情形時，亮度值成為0 a.u.，於相位差為0之情形時，亮度 值成為16000 a.u.，於相位差為+π之情形時，亮度值成為32000 a.u.。電腦24產生包含與各照射點對應之相位成分之相位圖像資料。於相位圖像資料中，在考慮各照射點之位置之圖像中的位置，映射有與各照射點對應之相位成分。
電腦24基於所產生之相位圖像資料而產生示出相位成分之統計值的統計值圖像資料，並基於該統計值圖像資料產生電流路徑圖像。所謂統計值，例如為方差、偏度、峰度等。於相位圖像資料中，相對於除電流路徑位置以外之亮度值為隨機值，電流路徑位置之亮度值成為特定之2個值。即，於電流路徑位置，亮度值集中，於除電流路徑位置以外之位置，亮度值散亂。因此，若算出作為相位成分之統計值之方差、偏度、及峰度等，則能夠將電流路徑位置與除電流路徑位置以外之位置之差異明確化。由此，電腦24基於相位圖像資料算出相位成分之統計值。再者，以下，對電腦24算出偏度作為統計值之例進行說明。
為了算出相位成分之偏度，需要求出相位圖像資料中之特定之區域(特定之區域中之特定數的像素)的平均亮度值(下文進行詳細敍述)。此處，於相位差為-π之情形及為+π之情形時，作為相位差為相互連續之值。然而，於作為相位像而示出之情形時，該等之亮度值成為相互差異較大之值。即，於相位差為-π之情形時，亮度值成為0 a.u.，於相位差為+π之情形時，亮度值成為32000 a.u.。如此，存在如下之情形：儘管作為相位差為接近之值，但由於存在亮度值成為差異較大之值之情形，故而於僅自相位成分求出平均亮度值之情形時，無法算出與實際之相位差相應之相位成分的偏度。對此，電腦24產生示出相位成分所包含之同相位成分(餘弦成分、I軸成分)之I軸圖像(餘弦圖像資料)及示出正交相位成分(正弦成分、Q軸成分)之Q軸圖像(正弦圖像資料)。即，如圖4所示，產生將相位差θ投影於I軸(cos軸)與Q軸 (sin軸)之I軸圖像與Q軸圖像。所謂將相位差θ投影於I軸或Q軸係指自相位差θ及強度成分(振幅)r求出I軸成分及Q軸成分。再者，作為強度成分r，例如可使用經標準化之常數1，亦可使用實際所檢測出之振幅之值。電腦24就I軸圖像及Q軸圖像之各者，產生統計值圖像資料，從而產生電流路徑圖像。
一面參照圖5~圖9，一面對根據相位圖像資料推斷電流路徑之順序進行說明。於圖5(a)中，示出基於相位圖像資料製成之相位圖像。詳細而言，圖5(a)之相位圖像係映射與各照射點對應之相位成分作為亮度值之圖像。電腦24針對該相位圖像資料之每個像素(即所獲取之各照射點之每個亮度值(相位成分))求出相位成分之I軸成分及Q軸成分，從而產生I軸圖像(圖5(b))及Q軸圖像(圖5(c))。進而，如圖6(a)及(b)所示，電腦24針對I軸圖像之每個像素算出將各像素之附近之像素之亮度平均後的平均亮度值，從而產生映射各像素之平均亮度值之I軸平均圖像。同樣地，如圖6(c)及(d)所示，電腦24針對Q軸圖像之每個像素算出將各像素之附近之像素之亮度值平均後的平均亮度值，從而產生映射各像素之平均亮度值之Q軸平均圖像。所謂各像素之附近之像素係以各像素為中心之微小範圍之區域所包含的像素，例如為以各像素為中心之9×9像素所包含之像素。再者，微小範圍之區域並不限定於9×9像素，亦可為任意之n×n像素(n為2以上之整數)。於該情形時，藉由將n設為奇數，能夠將欲求出平均亮度值之像素作為中心，但並不限定於奇數，n亦可為偶數。
進而，電腦24基於I軸圖像產生示出I軸成分之統計值之I軸統計值圖像資料，並且基於Q軸圖像產生示出Q軸成分之統計值之Q軸統計值圖像資料，從而基於I軸統計值圖像資料及Q軸統計值圖像資料產生電流路徑圖像。具體而言，如圖7所示，自I軸圖像及I軸平均圖像算出各像素之偏度，從而產生映射各像素之偏度之I軸偏度圖像(I軸統計 值圖像資料)。同樣地，如圖8所示，電腦24自Q軸圖像及Q軸平均圖像算出各像素之偏度，從而產生映射各像素之偏度之Q軸偏度圖像(Q軸統計值圖像資料)。例如作為算出各像素之偏度之順序，亦可自I(Q)軸圖像之微小範圍之區域所包含的像素之亮度值、及與I(Q)軸圖像之微小範圍之中心像素對應的I(Q)軸平均圖像之平均亮度值算出偏度。
最後，如圖9所示，電腦24根據I軸偏度圖像及Q軸偏度圖像產生偏度圖像(圖9(c))。該偏度圖像為電流路徑圖像。再者，亦可不產生該偏度圖像而僅產生I軸偏度圖像及Q軸偏度圖像，並根據該I軸偏度圖像及Q軸偏度圖像推斷電流之路徑。於該情形時，該I軸偏度圖像及Q軸偏度圖像為電流路徑圖像。具體而言，電腦24藉由將I軸偏度圖像及Q軸偏度圖像相乘而產生偏度圖像。所謂將I軸偏度圖像及Q軸偏度圖像相乘係指如以下之(1)式所示，將I軸偏度圖像之各像素之亮度值istat與對應於該各像素的Q軸偏度圖像之各像素之亮度值qstat相乘。
[數1]i stat ×q stat ……(1)
再者，電腦24亦可藉由將I軸偏度圖像與Q軸偏度圖像相加而產生偏度圖像。所謂將I軸偏度圖像及Q軸偏度圖像相加係指如以下之(2)式所示，將I軸偏度圖像之各像素之亮度值istat與對應於該各像素的Q軸偏度圖像之各像素之亮度值qstat相加。
[數2]i stat +q stat ……(2)
又，電腦24亦可藉由算出I軸偏度圖像及Q軸偏度圖像之平方和之平方根而產生偏度圖像。所謂算出I軸偏度圖像及Q軸偏度圖像之平方和之平方根係指如以下之(3)式所示，算出I軸偏度圖像之各像素之亮度值istat與對應於該各像素的Q軸偏度圖像之各像素之亮度值qstat的平方和之平方根。進而，亦可使用如下符號函數sgn(x)，即若x為正(x >0)則返回+1，若x為負(x<0)則返回-1，若x=0則返回0，亦於如以下之(4)式所示之情形時算出平方和之平方根。
Figure TWI679415B_D0001
Figure TWI679415B_D0002
電腦24亦可藉由對電流路徑圖像(即，偏度圖像、或I軸偏度圖像與Q軸偏度圖像)適當地進行陰影去除、二值化、圖像中之污物之去除、平滑化、及細線化等最後處理，而能夠提高測量者之視認性，從而更恰當地推斷電流路徑。亦參照圖10~圖12對利用電腦24所進行之最後處理進行說明。
所謂陰影去除係自存在亮度不均之圖像減少亮度不均之處理。如圖9(c)所示，陰影去除前之電流路徑圖像存在邊緣附近之像素之亮度值變小(發生亮度之下降)、產生亮度不均之情形。於該情形時，在進行二值化時變得難以明確地區別電流路徑與其他部分。對此，電腦24將各像素之附近(例如，將各像素作為中心之n×n像素)所包含之像素中之亮度值最小之像素的亮度值提高特定值。藉此，如圖10(a)所示，與陰影去除前相比較，電流路徑圖像之亮度不均得以減少。
所謂二值化係用以自各種亮度之圖像(濃淡圖像)獲得轉換為白與黑之2灰階之二值圖像的處理。藉由進行二值化，能夠提高電流路徑之對比度。電腦24將各像素與特定之閾值進行比較，將超出閾值之像素以白色顯示，將低於閾值之像素以黑色顯示。電腦24例如將各像素之亮度值中之最小值與最大值導出，將自該最小值至最大值之範圍設為100%，並將45%之亮度值設為上述特定之閾值。藉由二值化，產生如圖10(b)所示之二值圖像。
所謂圖像中之污物之去除係去除不易考慮為電流路徑之微小面 積之區域的處理，且係去除電流路徑之推斷中不需要之部分的處理。電腦24藉由周知之邊界追蹤算法複數次識別顯示例如白色之像素之塊(區域)。並且，電腦24識別各區域中之寬度與高度為固定值以下之區域之微小尺寸的區域作為圖像中的污物，並去除該圖像中之污物(圖11(a))。
電腦24對去除污物後之圖像進行平滑化(圖11(b))。作為進行平滑化之濾波器，例如可使用空間濾波器等平滑化濾波器。電腦24將進行平滑化後之圖像之各像素再次與特定之閾值相比較而進行二值化。電腦24例如導出各像素之亮度值中之最小值與最大值，將自該最小值至最大值之範圍設為100%，並將50%之亮度值設為上述特定之閾值。如此，藉由再次進行二值化而產生如圖12(a)所示之二值圖像。
進而，電腦24對藉由再次之二值化所產生之二值圖像進行細線化(圖12(b))。所謂細線化係將二值圖像轉換為例如寬度1像素之線圖像之處理。藉由細線化將被認為係電流路徑之線變細。細線化係藉由周知之細線化算法而進行。再者，對已完成污物之去除之圖像(圖11(a))，亦可不進行上述平滑化及再次之二值化，而進行細線化之處理。但是，藉由進行上述平滑化及再次之二值化，線段之平滑度提高。
繼而，對本實施形態之檢查裝置1之作用效果進行說明。
先前，於光探測技術中，有基於示出所檢測出之反射光之振幅的振幅(強度)像而獲取測量對象物之電流路徑，從而特定出測量對象物之故障位置之技術。然而，反射光之振幅容易因磁光結晶之厚度之不均及磁光結晶之損傷等雜訊成分的影響而發生變化。因此，振幅像之SN比易惡化。因此，於根據振幅像獲取電流路徑之方法中，存在無法高精度地獲取電流路徑之情形。
關於此點，在檢查裝置1中，根據相位圖像資料產生示出電流之路徑之圖像，該相位圖像資料係基於根據刺激信號之參照信號與檢測 信號之相位差而產生。例如若自測試機單元11對半導體元件D施加刺激信號，則電流於半導體元件D之電流路徑流動，且產生與該電流相應之磁場。MO結晶18使反射光之偏光狀態根據半導體元件D之磁場而變化。因此，半導體元件D中之電流路徑的反射光之偏光狀態與其他位置(未流動電流之位置)的反射光之偏光狀態不同。由此，電流路徑之反射光之檢測信號與參照信號的相位差、和其他位置之反射光之檢測信號與參照信號的相位差不同。
此處，電流路徑之反射光之檢測信號與參照信號的相位差成為特定之值。具體而言，該特定之值實質上成為與對應於電流產生之磁場貫通MO結晶18之方向之正負相應的2個值中之任一值。另一方面，其他位置之反射光之檢測信號與參照信號的相位差成為隨機值而非特定之值。因此，在基於相位差之相位圖像資料中包含相位差為特定之2個值中之任一值的位置、及相位差為隨機值之位置。由此，在基於該相位圖像資料產生之電流路徑圖像中，明確地顯示有示出電流之路徑之位置即相位差為特定之2個值之任一值的位置、及非電流之路徑之位置即相位差為隨機值的位置，而能夠高精度地獲取電流之路徑。此種相位差之資訊不易因MO結晶18之厚度之不均及MO結晶18之損傷等雜訊成分的影響而發生變化。又，由於示出電流之路徑之位置的相位差成為特定之2個值中之任一值，故而電流路徑之特定較為容易，特定精度得以提高。根據以上，與根據振幅像獲取電流路徑之情形相比較，能夠高精度地獲取電流路徑。
又，電腦24基於上述相位圖像資料產生示出相位成分之統計值之統計值圖像資料，並基於該統計值圖像資料產生電流路徑圖像。具體而言，電腦24算出方差、偏度、及峰度中之任一種作為統計值。於相位圖像資料中，相對於除電流路徑位置以外之亮度值為隨機值，電流路徑位置之亮度值成為特定之2個值。即，於電流路徑位置，亮度 值集中，於除電流路徑位置以外之位置，亮度值散亂。因此，若算出作為相位成分之統計值之方差、偏度、及峰度等，則能夠將電流路徑位置與除電流路徑位置以外之位置之差異明確化。藉此，能夠高精度地獲取電流路徑。
又，電腦24產生示出相位成分及振幅成分中之同相位成分(餘弦成分、I軸成分)的I軸圖像(餘弦圖像資料)及示出正交相位成分(正弦成分、Q軸成分)之Q軸圖像(正弦圖像資料)，並基於該I軸圖像及Q軸圖像產生電流路徑圖像。於相位差為-π之情形及為+π之情形時，實際上為相互連續相連之值，但於作為相位像示出之情形時，相互之間亮度值成為差異較大之值。關於此點，在示出相位成分之正弦成分或餘弦成分之圖像資料中，能夠將相互連續相連之相位差之相位成分的亮度值設為相互接近之值。藉此，能夠基於相位圖像資料而高精度地獲取電流路徑。進而，由於產生正弦成分及餘弦成分之兩者之圖像資料，故而與僅產生任一者之情形相比較，能夠增加用以產生示出電流之路徑之圖像的資訊量。藉此，能夠更高精度地獲取電流路徑。
又，電腦24對I軸圖像及Q軸圖像進行相加、相乘、及平方和之平方根之任一種運算。藉由進行該等運算，能夠協同地使用I軸圖像及Q軸圖像之兩者之資料，恰當地產生電流路徑圖像。
又，電腦24基於正弦圖像資料產生示出正弦成分(正交相位成分)之統計值之正弦統計值圖像資料，又，基於餘弦圖像資料產生示出餘弦成分(同相位)之統計值之餘弦統計值圖像資料，並基於正弦統計值圖像資料及餘弦統計值圖像資料產生電流路徑圖像。藉此，能夠更高精度地獲取電流路徑。
又，由於參照信號自對半導體元件D施加刺激信號之測試機單元11輸出，故而能夠容易且確實地輸出基於刺激信號之參照信號。再者，參照信號亦可為相位及週期與刺激信號相等之信號。藉此，若求 出參照信號與檢測信號之相位差，則能夠求出刺激信號與檢測信號之相位差，而使相位差之導出變得容易。
以上，對本發明之實施形態進行了說明，但本發明並不限定於上述實施形態。
例如，雖說明瞭參照信號自測試機單元11輸出，但並不限定於此，亦可自半導體元件D輸出。於該情形時，如圖13所示之檢查裝置1A，半導體元件D亦可經由元件控制纜線直接連接於頻率解析部12。 又，參照信號亦可自半導體元件D經由測試機單元11輸入至頻率解析部12。自施加有刺激信號之半導體元件D輸出與該刺激信號相應之參照信號，並將該參照信號輸入至頻率解析部12。
又，雖說明瞭電腦24算出偏度等統計值而產生電流路徑圖像，但並不限定於此，亦可產生映射相位成分之相位圖像或映射正弦成分之正弦圖像、映射餘弦成分之餘弦圖像、根據正弦圖像與餘弦圖像產生之I/Q圖像、映射相位成分之統計值之統計值圖像等作為流路徑圖像。
又，作為用於供電腦24產生電流路徑圖像之統計值，雖例示了方差、偏度、及峰度，但並不限定於此，亦可使用將電流路徑位置與除電流路徑位置以外之位置的亮度值之差異程度之不同明確化的其他統計值。

Claims (14)

  1. 一種檢查方法，其係藉由對半導體元件施加刺激信號而獲取上述半導體元件所產生之電流之路徑者，且包括以下步驟：對上述半導體元件施加刺激信號；對與上述半導體元件對向配置之磁光結晶照射光；對應於所照射之上述光而檢測自上述磁光結晶反射之光，並輸出檢測信號；基於根據上述刺激信號產生之參照信號與上述檢測信號之相位差而產生包含示出上述相位差之相位成分的相位圖像資料；及基於上述相位圖像資料產生示出上述電流之路徑之圖像；其中產生示出上述電流之路徑之圖像的步驟係：包括基於上述相位圖像資料而產生示出上述相位成分之統計值的統計值圖像資料之步驟，並基於上述統計值圖像資料而產生示出上述電流之路徑的圖像。
  2. 如請求項1之檢查方法，其中產生示出上述電流之路徑之圖像的步驟包括基於上述相位圖像資料產生示出正弦成分之正弦圖像資料、及示出餘弦成分之餘弦圖像資料的步驟，並基於上述正弦圖像資料及上述餘弦圖像資料產生示出上述電流之路徑之圖像。
  3. 如請求項2之檢查方法，其中產生示出上述電流之路徑之圖像的步驟包括對上述正弦圖像資料及上述餘弦圖像資料進行相加、相乘、及平方和之平方根之任一種運算的步驟。
  4. 如請求項2或3之檢查方法，其中產生示出上述電流之路徑之圖像的步驟包括基於上述正弦圖像資料產生示出上述正弦成分之統計值之正弦統計值圖像資料的步驟、及基於上述餘弦圖像資料產生示出上述餘弦成分之統計值之餘弦統計值圖像資料的步驟，並基於上述正弦統計值圖像資料及上述餘弦統計值圖像資料產生示出上述電流之路徑之圖像。
  5. 如請求項1至3中任一項之檢查方法，其中上述統計值為方差、偏度、及峰度中之任一種。
  6. 如請求項1至3中任一項之檢查方法，其中上述參照信號為相位及週期與上述刺激信號相等之信號。
  7. 一種檢查裝置，其係藉由對半導體元件施加刺激信號而獲取上述半導體元件所產生之電流之路徑者，且具備：信號施加部，其對上述半導體元件施加刺激信號；磁光結晶，其與上述半導體元件對向配置；光源，其輸出光；照射光學系統，其對上述磁光結晶照射自上述光源輸出之光；光檢測器，其對應於上述照射光學系統所照射之光而檢測自上述磁光結晶反射之光，並輸出檢測信號；解析部，其基於根據上述刺激信號產生之參照信號與上述檢測信號之相位差而產生包含示出上述相位差之相位成分的相位圖像資料；及電流路徑圖像產生部，其基於上述相位圖像資料產生示出上述電流之路徑之圖像；其中上述電流路徑圖像產生部係：基於上述相位圖像資料而產生示出上述相位成分之統計值的統計值圖像資料，並基於上述統計值圖像資料而產生示出上述電流之路徑之圖像。
  8. 如請求項7之檢查裝置，其中上述電流路徑圖像產生部基於上述相位圖像資料產生示出正弦成分之正弦圖像資料、及示出餘弦成分之餘弦圖像資料，並基於上述正弦圖像資料及上述餘弦圖像資料產生示出上述電流之路徑之圖像。
  9. 如請求項8之檢查裝置，其中上述電流路徑圖像產生部對上述正弦圖像資料及上述餘弦圖像資料進行相加、相乘、及平方和之平方根之任一種運算。
  10. 如請求項8或9之檢查裝置，其中上述電流路徑圖像產生部基於上述正弦圖像資料產生示出上述正弦成分之統計值之正弦統計值圖像資料，基於上述餘弦圖像資料產生示出上述餘弦成分之統計值之餘弦統計值圖像資料，並基於上述正弦統計值圖像資料及上述餘弦統計值圖像資料產生示出上述電流之路徑之圖像。
  11. 如請求項7至9中任一項之檢查裝置，其中上述統計值為方差、偏度、及峰度中之任一種。
  12. 如請求項7至9中任一項之檢查裝置，其中上述參照信號係自上述信號施加部輸出。
  13. 如請求項7至9中任一項之檢查裝置，其中上述參照信號係自上述半導體元件輸出。
  14. 如請求項7至9中任一項之檢查裝置，其中上述參照信號為相位及週期與上述刺激信號相等之信號。
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