WO2010024324A1 - 半導体検査装置及び検査方法 - Google Patents

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semiconductor
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electromagnetic wave
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松本　徹
芳充 青木
政吉 斗内
博成 村上
鮮美 金
将嗣 山下
知行 大谷
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浜松ホトニクス株式会社
国立大学法人大阪大学
独立行政法人理化学研究所
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor inspection apparatus and a semiconductor inspection method for inspecting a semiconductor device without bias.
  • Patent Document 1 A method disclosed in Patent Document 1 is known as a method for inspecting a semiconductor device such as failure diagnosis in a non-biased state.
  • the semiconductor device to be inspected is irradiated with pulsed laser light while being two-dimensionally scanned. Then, by detecting an electromagnetic wave such as a terahertz wave emitted from the laser beam irradiation position, information on the presence or absence of defects in the semiconductor device is acquired (see Patent Document 1, Non-Patent Documents 1 and 2).
  • Yamashita et al. "THz emission characteristics from LSI-TEG chips under zero bias voltage '', Proceedings of Join 32nd International Conference on Infrared and Millimetre Waves, and 15th International Contz MMnicT 279-280 M. Yamashita et al., “Noncontact inspection technique for electrical failures in semiconductor devices using a laser terahertz emission microscope", Applied Physics Letters Vol.93, pp.041117-1-3 (2008)
  • Patent Document 1 an inspection stage holding a semiconductor device is used as a scanning stage, and the semiconductor device is moved two-dimensionally to perform scanning.
  • the entire semiconductor device is two-dimensionally scanned with the inspection light, there is a problem that a measurement time required for the inspection processing becomes long.
  • the specific configuration thereof has not been studied.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a semiconductor inspection apparatus and a semiconductor inspection method capable of suitably performing inspection in a non-biased state on a semiconductor device. With the goal.
  • a semiconductor inspection apparatus includes (1) an inspection stage that holds an unbiased semiconductor device to be inspected, and (2) a pulse laser beam to the semiconductor device.
  • a laser light source for irradiating as inspection light includes (3) guiding the inspection light from the laser light source to the semiconductor device; Inspection light guide optical system having scanning means for scanning, and (4) Installed between the semiconductor device and the inspection light guide optical system, and irradiates the inspection light from the inspection light guide optical system while condensing it onto the semiconductor device.
  • a solid immersion lens (5) an electromagnetic wave detection means for detecting an electromagnetic wave generated in the semiconductor device by irradiation of the inspection light and emitted through the solid immersion lens, and (6) a semiconductor Inspection control means for controlling the inspection of the device, and the inspection control means sets the inspection range to be two-dimensionally scanned by the inspection light through the solid immersion lens with reference to the layout information for the semiconductor device.
  • Inspection range setting means position control means for controlling the position of the semiconductor device relative to the inspection light guide optical system with reference to the layout information of the semiconductor device, and arranging the inspection range at a predetermined position with respect to the optical axis, and scanning And a scanning control means for controlling the two-dimensional scanning by the inspection light via the solid immersion lens within the inspection range of the semiconductor device by controlling the driving of the means.
  • the semiconductor inspection method includes (1) an inspection stage that holds an unbiased semiconductor device to be inspected, and (2) a laser light source that irradiates the semiconductor device with pulsed laser light as inspection light. (3) Inspection light having a scanning means for guiding inspection light from the laser light source to the semiconductor device and controlling the optical path of the inspection light to two-dimensionally scan the inspection range set for the semiconductor device with the inspection light.
  • An optical optical system and (4) a solid immersion lens that is installed between the semiconductor device and the inspection light guide optical system and that irradiates the inspection light from the inspection light guide optical system while condensing it onto the semiconductor device;
  • a semiconductor inspection apparatus provided with electromagnetic wave detection means for detecting an electromagnetic wave generated in a semiconductor device by irradiation of inspection light and emitted through a solid immersion lens, (6) half
  • An inspection range setting step for setting an inspection range to be two-dimensionally scanned by inspection light through a solid immersion lens with reference to the layout information of the body device, and an inspection light guide with reference to the layout information of the semiconductor device
  • a position control step for controlling the position of the semiconductor device relative to the optical optical system to place the inspection range at a predetermined position with respect to the optical axis, and a solid immersion lens within the inspection range of the semiconductor device by driving and controlling the scanning means
  • a scanning control step for controlling two-dimensional scanning by the inspection light via.
  • a semiconductor device to be inspected is inspected in an unbiased state using an electromagnetic wave such as a terahertz wave generated by irradiation with pulsed laser light.
  • an electromagnetic wave such as a terahertz wave generated by irradiation with pulsed laser light.
  • the semiconductor device can be inspected in a non-contact manner.
  • the entire semiconductor device is not two-dimensionally scanned with inspection light, but is inspected with reference to layout information indicating the configuration of the PN junction, wiring, etc. in the semiconductor device. And two-dimensional scanning with inspection light is performed within the range. Thereby, the measurement time required for the inspection process can be shortened.
  • the position of the semiconductor device is controlled with reference to the layout information corresponding to the configuration in which the inspection range is set for the semiconductor device, and the inspection range is set with respect to the optical axis of the optical system. It is arranged at a predetermined position (for example, a position on the optical axis). Then, the semiconductor device is fixed in a state where the inspection range is set at a predetermined position, and the solid immersion lens is installed on the semiconductor device, and the solid immersion lens is mounted by the scanning means provided in the inspection light guide optical system. Accordingly, the inspection range of the semiconductor device is two-dimensionally scanned by the inspection light. Furthermore, the semiconductor device is inspected by detecting an electromagnetic wave such as a terahertz wave emitted from the inspection light irradiation position of the semiconductor device via the solid immersion lens.
  • an electromagnetic wave such as a terahertz wave
  • the position resolution is improved by the solid immersion lens for both inspection light irradiation and electromagnetic wave detection, and the PN junction and wiring included in the semiconductor device Can be inspected in more detail and accurately.
  • the application of the solid immersion lens to the semiconductor device and the inspection can be suitably achieved. As described above, according to the above configuration, it is possible to suitably perform an inspection in a non-biased state on a semiconductor device.
  • a semiconductor device is inspected in an unbiased state using electromagnetic waves generated by irradiation with pulsed laser light, and inspected with reference to layout information of the semiconductor device.
  • a range is set, and two-dimensional scanning with inspection light is performed within the range.
  • the inspection range is arranged at a predetermined position with respect to the optical axis of the optical system, and the semiconductor device is inspected via the solid immersion lens by the scanning means of the optical system in a state where the solid immersion lens is installed on the semiconductor device.
  • the range is scanned two-dimensionally with inspection light, and electromagnetic waves emitted from the inspection light irradiation position via the solid immersion lens are detected. Thereby, it becomes possible to suitably inspect the semiconductor device without bias.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of a semiconductor inspection apparatus.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the inspection control apparatus.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an example of a semiconductor inspection method.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of a method for acquiring a non-defective chip inspection image.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a method for acquiring an inspection image of an inspection chip.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of extraction of inspection candidate locations for a semiconductor device.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of alignment between a layout image and a chip image.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of alignment between a layout image and a chip image.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating another example of alignment between the layout image and the chip image.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of setting an inspection range for a semiconductor device.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating another example of setting an inspection range for a semiconductor device.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating another example of setting an inspection range for a semiconductor device.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating setting of the position of the semiconductor device.
  • FIG. 14 is a graph illustrating an example of a time waveform of a terahertz wave.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating two-dimensional scanning of a semiconductor device using inspection light.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a failure analysis method based on the detection intensity of the terahertz wave.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a method of estimating a disconnection location in the wiring of a semiconductor device.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an embodiment of a semiconductor inspection apparatus according to the present invention.
  • the semiconductor inspection apparatus 1A uses an electromagnetic wave such as a terahertz wave (for example, an electromagnetic wave having a frequency of 0.1 THz to 10 THz) generated by irradiation of a pulsed laser beam to the semiconductor device S to be inspected in an unbiased state.
  • the inspection apparatus performs inspection, and includes an inspection stage 10, a laser light source 20, and a photoconductive element 40.
  • the configuration of the semiconductor inspection apparatus 1A will be described together with the semiconductor inspection method.
  • the semiconductor device S is held in an unbiased state on the inspection stage 10.
  • the semiconductor device S is placed on the stage 10 with the device surface on which the PN junction, wiring, and the like are formed facing upward and the back surface facing downward.
  • the stage 10 is provided with an opening 11 so that the semiconductor device S can be seen from below.
  • the inspection apparatus 1A according to the present embodiment is configured to irradiate the semiconductor device S on the stage 10 with inspection light and detect electromagnetic waves from below through the opening 11.
  • the inspection stage 10 is configured to be driven by an inspection stage driving device 12 in order to set and adjust the position of the semiconductor device S with respect to the optical axis of the inspection light guide optical system.
  • a pulse laser light source 20 for supplying and irradiating a pulse laser beam as inspection light to the semiconductor device S on the stage 10 is provided.
  • the inspection light pulse laser light having an intensity and a pulse width suitable for performing semiconductor inspection using electromagnetic waves such as terahertz waves is used (see, for example, Patent Document 1).
  • a femtosecond laser light source that supplies femtosecond pulsed laser light is preferably used as the laser light source 20.
  • As a specific pulse width it is preferable to use a pulse laser beam having a pulse width of 1 femtosecond (fs) to 10 picoseconds (10 ps), for example.
  • laser light having a wavelength in the near infrared region for example, laser light having a wavelength of 750 nm to 2500 nm
  • laser light having a wavelength of 1059 nm supplied from the femtosecond pulse laser light source 20 is used as an example of inspection light.
  • an SHG element 21 is disposed at the subsequent stage of the femtosecond laser light source 20, and the second harmonic wave having a wavelength of 529 nm is generated in the SHG element 21.
  • the laser beam and the second harmonic wave from the SHG element 21 are guided to the harmonic separator 23 by the reflection mirror 22, and in this separator 23, the inspection light L 1 having a wavelength of 1059 nm toward the semiconductor device S and the photoconductivity for detecting electromagnetic waves.
  • the light is branched into the probe light L2 having a wavelength of 529 nm toward the element 40.
  • the inspection light L1 from the separator 23 is input to the modulation device 24, and the time of the inspection light L1 based on the modulation waveform such as a sine wave or rectangular wave generated by the waveform generator 25 in the modulation device 24.
  • the waveform is modulated.
  • the modulation device 24 for example, an AOM, an optical chopper, or the like can be used.
  • the light guide optical system includes a beam expander 26, a wave plate 27, a galvanometer scanner 30, a wave plate 31, a lens 32, and an objective lens 35 in order from the modulation device 24 side.
  • a polarizing beam splitter 28 is disposed between the wave plate 27 and the galvanometer scanner 30.
  • a half mirror 33 and an optical plate 34 with an ITO film are disposed between the lens 32 and the objective lens 35.
  • the inspection light L1 output from the modulation device 24 is spatially expanded by the beam expander 26, passes through the 1 / 2 ⁇ wavelength plate 27 and the polarization beam splitter 28, and is input to the galvanometer scanner 30.
  • the galvanometer scanner 30 is a scanning unit for controlling the optical path of the inspection light L1 and two-dimensionally scanning the inspection range set for the semiconductor device S with the inspection light L1.
  • the inspection light L1 is irradiated by the galvanometer scanner 30 while scanning the semiconductor device S in two directions perpendicular to the optical axis.
  • a solid immersion lens 36 is placed between the objective lens 35 and the semiconductor device S placed on the inspection stage 10 in an optically close contact with the back surface of the semiconductor device S. .
  • the inspection light L1 from the galvanometer scanner 30 reaches the solid immersion lens 36 via the 1 ⁇ 4 ⁇ wavelength plate 31, the lens 32, the half mirror 33, the optical plate 34, and the objective lens 35. Irradiation is focused on each part such as a PN junction in the semiconductor device S.
  • the solid immersion lens 36 specifically, for example, a hemispherical or super hemispherical lens is used.
  • an electromagnetic wave such as a terahertz wave is generated at a predetermined portion inside the semiconductor device S. That is, in the semiconductor device S, an internal electric field (built-in electric field) exists at a PN junction, a metal semiconductor interface, a part where the carrier concentration changes, and the like.
  • a photoconductive element 40 is provided as an electromagnetic wave detecting means against an electromagnetic wave generated by irradiation of the inspection light L1 in the semiconductor device S on the stage 10.
  • the electromagnetic wave emitted from the semiconductor device S through the solid immersion lens 36 passes through the objective lens 35, is reflected by the ITO film provided on the optical plate 34, and then is focused by the Teflon lens 37, while being a photoconductive element. 40 is incident.
  • the probe light L2 branched by the harmonic separator 23 is supplied to the photoconductive element 40.
  • the supply timing of the probe light L2 to the photoconductive element 40 is set to be a predetermined timing with respect to the incident timing of the inspection light L1 to the semiconductor device S so that the electromagnetic wave generated in the semiconductor device S can be detected. Is done.
  • a probe light guide optical system including a time delay optical system 41 is provided between the separator 23 and the photoconductive element 40.
  • the time delay optical system 41 has a variable optical path length and is used for setting and changing the incident timing of the probe light L2 to the photoconductive element 40.
  • the time delay optical system 41 includes a time delay stage 42 configured to be movable by a delay stage driving device 46, reflection mirrors 43 and 44 installed on the stage 42, and the stage 42. It is comprised by the reflective mirror 45 separately installed separately.
  • the probe light L ⁇ b> 2 whose timing is adjusted by the time delay optical system 41 is incident on the photoconductive element 40 while being condensed via the condenser lens 47.
  • photoexcited carriers are generated by irradiation with the probe light L2.
  • an electromagnetic wave such as a terahertz wave
  • a current due to photoexcited carriers flows thereby to detect the electromagnetic wave.
  • the time waveform of the electromagnetic wave can be measured by changing the incident timing of the probe light L2 to the photoconductive element 40.
  • the detection signal output from the photoconductive element 40 is amplified by the current amplifier 51 and converted into a voltage signal, and then passes through the lock-in amplifier 52 to which the waveform signal from the waveform generator 25 is input as a reference signal.
  • the image acquisition device 50 Thereby, in the image acquisition device 50, an electromagnetic wave radiation image that is a two-dimensional image of the inspection range of the semiconductor device S is acquired.
  • an element made of GaAs grown at a low temperature can be suitably used as the photoconductive element 40.
  • the time delay optical system 41 is exemplified by the configuration using the delay stage 42 and the reflection mirrors 43 to 45.
  • the configuration is not limited to this configuration, and various configurations such as a configuration using a hollow retroreflector are used. Good.
  • the above-described electromagnetic wave is generated in the semiconductor device S, and at the same time, laser reflected light (return light) from the semiconductor device S is generated.
  • the laser reflected light passes through an optical path opposite to that of the inspection light L1, enters the optical fiber 29 via the polarization beam splitter 28, and is detected by a photodetector such as a photodiode provided in the image acquisition device 50.
  • a photodetector such as a photodiode provided in the image acquisition device 50.
  • an illumination device for acquiring a normal CCD image of the entire semiconductor device S for the semiconductor device S on the inspection stage 10 15 and a CCD camera 16 are provided.
  • the illumination light from the illuminating device 15 is reflected by the half mirror 17 and is applied to the semiconductor device S via the relay lens 18, the half mirror 33, the optical plate 34, and the objective lens 35.
  • the light from the semiconductor device S passes through the optical path opposite to the illumination light, passes through the half mirror 17 and is imaged by the CCD camera 16.
  • near infrared light is used as the illumination light from the illumination device 15.
  • an image of each part such as the PN junction of the semiconductor device S can be acquired by the CCD camera 16.
  • the electromagnetic wave radiation image, the laser reflection image, and the CCD image captured by the CCD camera 16 acquired by the image acquisition device 50 are input to the inspection control device 60 that controls the inspection of the semiconductor device S.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the inspection control device 60.
  • the inspection control device 60 of this configuration example includes an inspection processing control unit 61, an inspection stage control unit 62, a scanning control unit 63, an image acquisition control unit 64, a delay stage control unit 65, and an inspection range setting unit 71.
  • the failure analysis unit 72 and the disconnection point estimation unit 73 are configured.
  • the inspection process control unit 61 controls the entire inspection process executed in the semiconductor inspection apparatus 1A shown in FIG.
  • a layout information processing device 80 Connected to the inspection control device 60 is a layout information processing device 80 that supplies layout information indicating the configuration of the PN junctions and wirings in the semiconductor device S, which is referred to in the inspection of the semiconductor device S.
  • the layout information processing apparatus 80 for example, a CAD computer in which CAD software for handling design information such as a PN junction part and wiring arrangement constituting a semiconductor device is activated can be used.
  • the processing device 80 is not limited to a configuration that is separate from the inspection control device 60, and the inspection control device 60 may have a function of a layout information processing device.
  • the image acquisition device 50 may have a configuration in which the inspection control device 60 has the function of the image acquisition device.
  • the inspection control device 60 is further connected to an input device 81 used for inputting instructions and information necessary for semiconductor inspection and a display device 82 for displaying information related to semiconductor inspection.
  • the inspection range setting unit 71 refers to the layout information supplied from the processing apparatus 80 for the semiconductor device S, and sets the inspection range to be two-dimensionally scanned by the inspection light L1 via the solid immersion lens 36. (Inspection range setting step).
  • the setting unit 71 preferably automatically derives and sets the inspection range based on the inspection target location such as the PN junction extracted from the layout information of the semiconductor device S.
  • the setting unit 71 may set the inspection range based on the instruction content input by the operator from the input device 81.
  • the inspection stage control unit 62 refers to the layout information of the semiconductor device S, controls the position of the semiconductor device S with respect to the inspection light guide optical system, and uses the inspection range set by the setting unit 71 as the optical axis of the optical system. On the other hand, it is position control means arranged at a predetermined position (position control step). The control unit 62 sets and changes the position of the semiconductor device S and the inspection range with respect to the optical axis of the optical system by driving and controlling the inspection stage 10 via the inspection stage driving device 12.
  • the scanning control unit 63 drives and controls the galvanometer scanner 30 that is a scanning unit via the image acquisition device 50, and controls two-dimensional scanning by the inspection light through the solid immersion lens 36 within the inspection range of the semiconductor device S. Scanning control means (scanning control step).
  • the image acquisition control unit 64 controls acquisition of the electromagnetic wave radiation image, the laser reflection image, and the CCD image by the image acquisition device 50 and the CCD camera 16, and inputs the acquired images to the inspection processing control unit 61. Supply.
  • the delay stage control unit 65 sets and changes the incident timing of the probe light L2 to the photoconductive element 40 as the detection timing of the electromagnetic wave by driving and controlling the time delay stage 42 via the delay stage driving device 46. To do.
  • the failure analysis unit 72 is a failure analysis unit that performs analysis (for example, failure diagnosis) on the failure of the semiconductor device S based on the detection result of the electromagnetic wave by the photoconductive element 40 (failure analysis step). By providing such a failure analysis unit 72, it is possible to suitably realize failure diagnosis of the semiconductor device S in a non-biased state. As an example of a specific analysis method, the failure analysis unit 72 applies a threshold value to the detected intensity of the electromagnetic wave by the photoconductive element 40. Then, it is possible to use a method for determining whether the semiconductor device S is good or bad depending on whether the detected intensity is inside or outside the non-defective product intensity range set by the threshold value. According to such a method, the failure diagnosis of the semiconductor device S can be reliably executed.
  • analysis for example, failure diagnosis
  • the failure analysis unit 72 determines whether or not there is a break in the wiring included in the semiconductor device S as a failure of the semiconductor device S.
  • a wiring defect in the semiconductor device S can be suitably diagnosed by the above-described inspection method.
  • the disconnection portion in the wiring included in the semiconductor device S is determined based on the layout information of the semiconductor device S and the analysis result in the failure analysis unit 72.
  • a disconnection location estimation unit 73 for estimation is provided (disconnection location estimation step). According to the inspection method described above, it is possible to estimate the disconnection location of the wiring in the semiconductor device S by referring to the detection result of the electromagnetic wave.
  • the inspection range setting method in the inspection range setting unit 71, the data analysis method in the defect analysis unit 72, and the disconnection location estimation unit 73 will be specifically described later.
  • the processing executed in the inspection control device 60 shown in FIG. 2 can be realized by a control program for causing a computer to execute the inspection control processing.
  • the inspection control device 60 includes a CPU that operates each software program necessary for control processing, a ROM that stores the software program and the like, and a RAM that temporarily stores data during program execution. be able to.
  • the above-described program for causing the CPU to execute the semiconductor inspection control process can be recorded on a computer-readable recording medium and distributed.
  • a recording medium for example, a magnetic medium such as a hard disk and a flexible disk, an optical medium such as a CD-ROM and a DVD-ROM, a magneto-optical medium such as a floppy disk, or a program instruction is executed or stored.
  • hardware devices such as RAM, ROM, and semiconductor non-volatile memory are included.
  • the semiconductor device S is inspected in an unbiased state by using an electromagnetic wave such as a terahertz wave generated by irradiation with pulsed laser light. . Thereby, the semiconductor device S can be inspected without contact.
  • the entire semiconductor device S is not two-dimensionally scanned with the inspection light L1, but the inspection range is referred to in the inspection range setting unit 71 by referring to layout information indicating the configuration of the PN junction and wiring in the semiconductor device S. And two-dimensional scanning with the inspection light L1 is performed within the range. Thereby, the measurement time required for the inspection process can be shortened.
  • the position of the semiconductor device S is controlled with reference to the layout information, and the inspection range is arranged at a predetermined position (for example, a position on the optical axis) with respect to the optical axis of the optical system.
  • the semiconductor device S and the inspection stage 10 are fixed, the solid immersion lens 36 is installed on the semiconductor device S, and the solid immersion lens 36 is attached by the galvanometer scanner 30 of the scanning means provided in the optical system.
  • the inspection range of the semiconductor device S is two-dimensionally scanned by the inspection light L1. Further, the semiconductor device S is inspected by detecting the electromagnetic wave such as terahertz wave emitted from the inspection light irradiation position of the semiconductor device S through the solid immersion lens 36 by the photoconductive element 40.
  • the position resolution is improved by the solid immersion lens 36 for both inspection light irradiation and electromagnetic wave detection, and the PN junction included in the semiconductor device S is obtained. More detailed and accurate inspections can be performed on parts and wiring. That is, by using the solid immersion lens 36 for the semiconductor inspection, the spot size of the inspection light L1 irradiated to the semiconductor device S is reduced, the resolution is improved, and the condensing efficiency of the electromagnetic wave generated in the semiconductor device S is also improved. Can be improved.
  • the solid immersion lens 36 for the semiconductor device S is obtained.
  • the two-dimensional scanning of the semiconductor device S by the inspection light L1 can be suitably achieved.
  • the semiconductor device S can be suitably inspected in a non-biased state.
  • the semiconductor inspection by the above method is a non-contact inspection, it is possible to execute the inspection in-line during the manufacturing process of the semiconductor device S, for example. Further, the fact that the measurement time can be shortened as described above is also effective for in-line inspection.
  • the galvanometer scanner 30 is used as the scanning means in the above embodiment.
  • the two-dimensional scanning of the semiconductor device S by the inspection light L1 can be executed at high speed and with high accuracy.
  • various configurations such as a polygon mirror scanner may be used as the scanning unit.
  • the solid immersion lens 36 a solid immersion lens made of semi-insulating GaP is preferably used.
  • the solid immersion lens made of GaP has high transparency with respect to both inspection light L1 such as near infrared light irradiated on the semiconductor device S and electromagnetic waves such as terahertz waves generated in the semiconductor device S. Therefore, according to such a solid immersion lens, the semiconductor inspection can be suitably executed.
  • the objective lens 35 is required to be permeable to electromagnetic waves such as terahertz waves.
  • the objective lens 35 for example, a lens made of a material made of cycloolefin having a refractive index equivalent to high transmittance with respect to both near infrared light and terahertz waves can be used.
  • the lens material for example, the material of the solid immersion lens 36 is not limited to the GaP described above, and a material such as semi-insulating GaAs or diamond can be used.
  • the solid immersion lens 36 is preferably made of a material that is transmissive to the inspection light irradiated onto the semiconductor device S and the electromagnetic waves emitted from the semiconductor device S.
  • the inspection range setting unit 71 it is preferable to derive the inspection range based on the inspection target portion extracted from the layout information.
  • electromagnetic waves are generated mainly at locations where an internal electric field such as a PN junction exists in the layout of the semiconductor device S. Therefore, the inspection range can be suitably set by extracting such a location from the layout information as the inspection target location and deriving the inspection range.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an example of a semiconductor inspection method according to the present invention, which is executed using the semiconductor inspection apparatus 1A shown in FIGS.
  • the inspection result of the non-defective chip having no defective portion is compared with the inspection result of the inspection chip to be actually inspected.
  • An example of performing a failure diagnosis is shown.
  • FIG. 4 and FIG. 5 are flowcharts showing examples of methods for acquiring inspection images of non-defective chips and inspection chips, respectively.
  • layout information of the semiconductor device S to be inspected is first input to the layout information processing apparatus 80 (step S101).
  • inspection candidate locations in the semiconductor device S are extracted with reference to the input layout information (S102).
  • the electromagnetic wave is generated at the location where the internal electric field exists such as the PN junction or the metal semiconductor interface as described above. These parts can be set as examination candidate places. Below, the case where a PN junction is used as an inspection candidate location will be described as an example.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of extraction of inspection candidate locations for the semiconductor device S.
  • junction names inspection candidate location names
  • Information on the PN junction input to the inspection control device 60 is displayed on the display device 82 as necessary.
  • the extracted PN junction portion 101 is displayed in the layout image 100 showing the entire layout of the semiconductor device S.
  • the name of the junction given to each PN junction may be displayed together.
  • the names of the junctions are displayed for the three PN junctions PN1, PN2, and PN3 located in the upper left.
  • the display of the PN junctions is not limited to the display example based on the layout image 100.
  • the PN junctions may be displayed as a list 105 of extracted PN junctions.
  • a list 105 is configured by a joint name display unit 106 that displays the joint part name of the PN junction part and an information display unit 107 that displays position information of each PN junction part. Yes.
  • a non-defective chip of the semiconductor device S is set on the inspection stage 10, and the entire chip image of the non-defective chip is acquired by the CCD camera 16, and alignment between the layout image and the chip image is performed (S103).
  • . 7 and 8 are diagrams illustrating an example of alignment between the layout image of the semiconductor device S and the chip image. Here, a method is shown in which alignment is performed by selecting three distant points on the semiconductor chip and associating the coordinates on the layout image of these three points with the coordinates on the chip image.
  • FIG. 7 shows an entire layout image 110 of the semiconductor device S to be aligned.
  • Images (a) and (b) in FIG. 8 relate to a region 111 located at the upper left in the layout image 110 in FIG. 8 shows an enlarged view of the layout image and the chip image
  • images (c) and (d) of FIG. 8 show an enlarged view of the layout image and the chip image for the region 112 located at the upper right in the layout image 110.
  • 8 (e) and 8 (f) are enlarged views of the layout image and the chip image for the region 113 located at the lower right in the layout image 110.
  • FIG. In the above alignment method for example, the layout image and the chip image can be aligned by selecting one point from each of these three regions 111 to 113.
  • the inspection target portion to be actually inspected is designated in the PN junction portion on the layout, and the inspection range corresponding thereto is set (S104).
  • the inspection target location is selected by an operation such as clicking a PN junction to be inspected in the layout image 120 of the display example (a) or the list 125 of the display example (b). PN junction is selected.
  • the inspection range setting unit 71 an inspection range is derived based on the designated inspection target portion.
  • three PN junctions PN1, PN2, and PN3 are designated as inspection target portions, and inspection ranges 126, 127, and 128 are set for these inspection target portions 121, 122, and 123, respectively.
  • An example is shown.
  • the designated inspection target portion and inspection range may be configured such that the inspection range can be added, reduced, or changed as necessary.
  • the inspection target range 135 for the PN junctions of the inspection candidate locations on the layout image 130 all the PN junctions in the range 135 are inspected collectively. It is good also as a structure which designates to a location and sets the test
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of a method for acquiring a non-defective chip inspection image.
  • the inspection stage control is performed for the inspection range 206 including the PN junction portion designated as the inspection target portion 201 on the layout 200 of the semiconductor device S.
  • the inspection stage 10 is driven and controlled by the unit 62 via the driving device 12.
  • the position of the non-defective chip is controlled so that the designated inspection range 206 is positioned on the optical axis of the optical system (S201).
  • the solid immersion lens 36 is aligned with respect to the inspection range 206 so that the installation range of the solid immersion lens 36 is indicated by a circle 210 in FIG. 13B, and as shown in FIG.
  • the solid immersion lens 36 is installed in an optically close contact state (S202).
  • the central position of the inspection range 206 is irradiated with the inspection light L1, and the time waveform of the electromagnetic wave generated at the PN junction 201 is acquired (S203).
  • the non-defective chip on the inspection stage 10 is irradiated with the inspection light L1, and electromagnetic waves such as terahertz waves generated at the inspection light irradiation position are transmitted through the solid immersion lens 36 and the objective lens 35 to the photoconductive element.
  • Detect at 40 By performing such electromagnetic wave detection while changing the position of the time delay stage 42, for example, a time waveform of the electromagnetic wave as shown in FIG. 14 is acquired.
  • the optimum detection timing for performing electromagnetic wave detection is determined, and the time delay stage 42 is fixed at a position corresponding to the timing (S204).
  • the delay stage 42 is fixed at a position corresponding to a time delay corresponding to the peak position of the intensity in the time waveform of the terahertz wave of FIG. Further, the determined position of the delay stage 42 is stored in the inspection control device 60.
  • the position of the inspection stage 10 is readjusted (S205), the inspection light L1 is two-dimensionally scanned within the inspection range 206, and an electromagnetic wave radiation image and a laser reflection image are simultaneously acquired (S206).
  • the obtained image is stored in the inspection control device 60.
  • a method of performing two-dimensional scanning by repeating one-dimensional scanning in the same direction within the inspection range 206 is used. be able to.
  • a method of performing two-dimensional scanning by changing the direction alternately in the inspection range 206 and repeating one-dimensional scanning may be used.
  • the electromagnetic wave radiation image or the laser reflection image may be individually displayed, or a superimposed image (superimposition of the electromagnetic wave radiation image and the laser reflection image). Image) may be displayed.
  • the image acquisition process for the inspection range specified above it is determined whether image acquisition has been completed for all the inspection ranges (S106). If there is an examination range where image acquisition has not been completed, the above-described image acquisition process is repeated. If the image acquisition is completed, the inspection process for the non-defective chip is terminated, and the process proceeds to the inspection chip inspection process. In addition, in the image acquisition of the inspection range, if there is another inspection range in which image acquisition is possible within the installation range of the solid immersion lens 36 in the previous image acquisition, the image acquisition is performed as it is and the inspection is performed. Time may be shortened.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a method for acquiring an inspection image of an inspection chip.
  • the inspection stage 10 is driven and controlled, and the position of the inspection chip is controlled so that the designated inspection range is located on the optical axis of the optical system (S301). Further, the solid immersion lens 36 is positioned with respect to the inspection range and installed in an optically close contact state on the inspection chip (S302). Further, the time delay stage 42 is moved and fixed to the position of the delay stage 42 determined for the non-defective chip (S303).
  • step S304 the position of the inspection stage 10 is readjusted (S304), the inspection light L1 is two-dimensionally scanned within the inspection range, and the electromagnetic wave radiation image and the laser reflection image of the inspection chip are acquired simultaneously ( In step S305, the obtained image is stored in the inspection control device 60.
  • the inspection image data of the inspection chip and the inspection image data of the non-defective chip are compared, and the presence / absence of a defect in the inspection chip is analyzed (S109). ). Subsequently, as a result of comparing the inspection chip and the non-defective chip, it is determined whether there is a difference (whether the inspection chip is a non-defective product or a defective product) (S110). If there is a difference (the inspection chip is a defective chip). If there is, detailed defect information is acquired as necessary (S111).
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a failure analysis method based on the detection intensity of the terahertz wave.
  • 16A shows the two-dimensional and one-dimensional intensity distribution of the electromagnetic wave in the non-defective chip
  • FIG. 16B shows the first example of the electromagnetic wave intensity distribution in the defective chip
  • FIG. 16C shows a second example of the intensity distribution of the electromagnetic wave in the defective chip.
  • a threshold is applied to the detected intensity of the electromagnetic wave by the photoconductive element 40, and the detected intensity is either inside or outside the non-defective product strength range set by the threshold.
  • a method for determining whether the semiconductor device S is good or bad is used depending on whether or not there is. Specifically, as shown in FIG. 16A, with reference to the detected intensity distribution of the electromagnetic wave in the non-defective chip, the non-defective intensity range is defined by the lower threshold and the upper threshold with respect to the peak detected intensity within the inspection range. Set.
  • FIG. 16B shows an example of defective product data when the peak detection intensity becomes smaller than the lower threshold
  • FIG. 16C shows the case where the peak detection intensity becomes larger than the upper threshold. An example of defective product data is shown.
  • the failure analysis based on the detection intensity of the electromagnetic wave is not limited to the method using the peak detection intensity within the inspection range as described above, but for example, the average value of the detection intensity within the inspection range or the total detection Specifically, various methods such as a method of using the strength for defect analysis may be used.
  • various methods such as a method of using the strength for defect analysis may be used.
  • the setting of the non-defective product intensity range only one of the lower threshold value and the upper threshold value may be set. Further, a configuration may be adopted in which the difference between the detected intensity data of the non-defective chip and the detected intensity data of the inspection chip is taken and the failure analysis is performed using this difference value.
  • an example of obtaining detailed defect information performed in step S111 is, for example, disconnection in the wiring of the semiconductor device S executed in the disconnection location estimation unit 73 There is a location estimation process.
  • Non-Patent Document 1 it is reported that the signal intensity of the terahertz wave emitted from the semiconductor device S depends on the wiring length. By utilizing the dependency of the terahertz wave signal intensity on the wiring length, it is possible to estimate the disconnection location in the wiring.
  • the wiring length of the wiring connected to the PN junction and the detection intensity of the electromagnetic wave radiated from the PN junction Correlation data is acquired from the measurement results for non-defective chips.
  • the detected intensity of the electromagnetic wave from the PN junction corresponding to the defective chip is obtained, and the wiring length from the connection portion between the PN junction and the wiring is calculated with reference to the correlation data. Thereby, the disconnection location in the wiring can be estimated.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a method of estimating a disconnection location in the wiring of the semiconductor device S.
  • each wiring is determined based on the wiring length obtained from the detected electromagnetic wave intensity.
  • Disconnection locations 226 and 227 are estimated for.
  • the operator can obtain information on the estimated disconnection location.
  • defect analysis is effective, for example, when performing defect analysis (for example, physical analysis) of defective chips offline.
  • the semiconductor inspection apparatus and the semiconductor inspection method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments and configuration examples, and various modifications are possible.
  • the setting and adjustment of the position of the semiconductor device S with respect to the optical system is performed by a configuration that drives the inspection stage 10, but other than such a configuration, for example, the optical system with the stage 10 fixed.
  • a configuration of driving the side may be used.
  • the electromagnetic wave detection means for detecting electromagnetic waves such as terahertz waves from the semiconductor device S
  • the photoconductive element 40 is used in the above embodiment, but a detection means other than the photoconductive element capable of detecting the electromagnetic waves is used. Also good.
  • FIG. 1 shows an example of the configuration of the optical system for inspection light, probe light, and electromagnetic waves. Specifically, various configurations other than this may be used.
  • the above embodiment shows a configuration in which the semiconductor device S is irradiated with inspection light and electromagnetic waves are detected from the lower side.
  • the semiconductor device may be irradiated with inspection light and detect electromagnetic waves from the upper side.
  • the solid immersion lens is installed on the upper side of the semiconductor device.
  • the semiconductor device may be configured such that the inspection light is irradiated from one of the upper side and the lower side and the electromagnetic wave is detected from the other side.
  • the solid immersion lens is installed on both the upper side and the lower side of the semiconductor device.
  • an inspection stage that holds an unbiased semiconductor device to be inspected
  • a laser that irradiates the semiconductor device with pulsed laser light as inspection light.
  • a light source and (3) scanning means that guides inspection light from the laser light source to the semiconductor device and controls the optical path of the inspection light to two-dimensionally scan the inspection range set for the semiconductor device with the inspection light.
  • An inspection light guiding optical system and (4) a solid immersion lens that is installed between the semiconductor device and the inspection light guiding optical system and irradiates the inspection light from the inspection light guiding optical system while condensing it on the semiconductor device; 5) An electromagnetic wave detecting means for detecting an electromagnetic wave generated in the semiconductor device by irradiation of the inspection light and emitted through the solid immersion lens; and (6) Inspection of the semiconductor device.
  • Inspection control means for controlling, inspection control means for setting an inspection range to be two-dimensionally scanned by inspection light through a solid immersion lens with reference to the layout information of the semiconductor device And by controlling the position of the semiconductor device with respect to the inspection light guide optical system with reference to the layout information of the semiconductor device, and controlling the drive of the scanning means and the position control means for arranging the inspection range at a predetermined position with respect to the optical axis
  • a configuration having a scanning control means for controlling two-dimensional scanning by the inspection light through the solid immersion lens within the inspection range of the semiconductor device is used.
  • an inspection stage that holds an unbiased semiconductor device to be inspected, and (2) a laser light source that irradiates the semiconductor device with pulsed laser light as inspection light.
  • inspection having a scanning means for guiding inspection light from the laser light source to the semiconductor device and controlling the optical path of the inspection light to two-dimensionally scan the inspection range set for the semiconductor device with the inspection light.
  • a semiconductor inspection apparatus comprising electromagnetic wave detection means for detecting an electromagnetic wave generated in a semiconductor device by irradiation of inspection light and emitted through a solid immersion lens, 6)
  • an inspection range setting step for setting an inspection range to be two-dimensionally scanned by the inspection light through the solid immersion lens, and with reference to the layout information of the semiconductor device,
  • a position control step for controlling the position of the semiconductor device with respect to the inspection light guide optical system to place the inspection range at a predetermined position with respect to the optical axis, and driving control of the scanning means, thereby fixing the semiconductor device within the inspection range of the semiconductor device.
  • a scanning control step for controlling two-dimensional scanning by inspection light through an immersion lens.
  • the scanning means for performing two-dimensional scanning of the inspection light includes a galvanometer scanner for controlling the optical path of the inspection light. Thereby, it is possible to perform two-dimensional scanning of the semiconductor device with inspection light at high speed and with high accuracy.
  • the solid immersion lens it is preferable to use a solid immersion lens made of a material that is transparent to the inspection light irradiated to the semiconductor device and the electromagnetic wave emitted from the semiconductor device.
  • a solid immersion lens it is particularly preferable to use a solid immersion lens made of GaP (gallium phosphorus).
  • laser light having a wavelength in the near-infrared region for example, laser light having a wavelength of 750 nm to 2500 nm
  • pulse laser light serving as inspection light is used as pulse laser light serving as inspection light.
  • a solid immersion lens made of a material such as GaP such as near-infrared inspection light irradiated to a semiconductor device, and terahertz waves (for example, electromagnetic waves having a frequency of 0.1 THz to 10 THz) generated in the semiconductor device, etc. High permeability to both electromagnetic waves. Therefore, by using such a solid immersion lens, the semiconductor inspection can be suitably performed.
  • the inspection range can be suitably set by extracting such a location from the layout information as the inspection target location and deriving the inspection range.
  • the inspection control unit has a failure analysis unit that analyzes a failure of the semiconductor device based on the detection result of the electromagnetic wave by the electromagnetic wave detection unit.
  • the inspection method preferably includes a failure analysis step for analyzing a failure of the semiconductor device based on the detection result of the electromagnetic wave by the electromagnetic wave detection means. According to such a configuration, the failure diagnosis of the semiconductor device in the non-bias state can be suitably executed.
  • one or a plurality of threshold values are applied to the detected intensity of the electromagnetic wave by the electromagnetic wave detecting means, and the detected intensity is either inside or outside the non-defective product intensity range set by the threshold value. Therefore, it is possible to use a configuration for discriminating whether a semiconductor device is good or bad. According to such a method, the failure diagnosis of the semiconductor device by the electromagnetic wave detection can be surely executed.
  • the semiconductor inspection apparatus includes a disconnection point estimation unit that the inspection control unit estimates a disconnection point in the wiring included in the semiconductor device based on the layout information of the semiconductor device and the analysis result of the defect analysis unit.
  • the inspection method preferably includes a disconnection location estimation step for estimating a disconnection location in the wiring included in the semiconductor device based on the layout information of the semiconductor device and the analysis result in the failure analysis step. According to the inspection method described above, it is possible to estimate the disconnection location of the wiring in the semiconductor device by referring to the detection result of the electromagnetic wave by the electromagnetic wave detection means.
  • the present invention can be used as a semiconductor inspection apparatus and a semiconductor inspection method capable of suitably inspecting a semiconductor device in a non-biased state.
  • SYMBOLS 1A Semiconductor inspection apparatus, S ... Semiconductor device, 10 ... Inspection stage, 11 ... Aperture, 12 ... Inspection stage drive device, 15 ... Illumination device, 16 ... CCD camera, 17 ... Half mirror, 18 ... Lens, DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Pulse laser light source, 21 ... SHG element, 22 ... Reflection mirror, 23 ... Harmonic separator, 24 ... Modulator, 25 ... Waveform generator, 26 ... Beam expander, 27 ... Wave plate, 28 ... Polarizing beam splitter, 29 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Optical fiber, 30 ... Galvanometer scanner, 31 ... Wave plate, 32 ...
  • Lens 33 ... Half mirror, 34 ... Optical plate with ITO film, 35 ... Objective lens, 36 ... Solid immersion lens, 37 ... Lens, DESCRIPTION OF SYMBOLS 40 ... Photoconductive element, 41 ... Time delay optical system, 42 ... Time delay stage, 43, 44, 45 ... Reflection mirror, 46 ... Delay stage drive device, 47 ... Lens, 50 ... Image acquisition device, 51 ... Current amplifier, 52 ... Lock-in amplifier, DESCRIPTION OF SYMBOLS 60 ... Inspection control apparatus, 61 ... Inspection process control part, 62 ... Inspection stage control part, 63 ... Scanning control part, 64 ... Image acquisition control part, 65 ... Delay stage control part, 71 ... Inspection range setting part, 72 ... Defect Analysis unit 73 ... Disconnection point estimation unit 80 80 Layout information processing device 81 Input device 82 Display device

Abstract

　半導体デバイスＳに対し、パルスレーザ光の照射によって発生する電磁波を利用して無バイアス状態で検査を行うとともに、半導体デバイスＳのレイアウト情報を参照して検査範囲を設定し、その範囲内でパルスレーザ光の検査光Ｌ１による２次元走査を行う。また、半導体デバイスＳの検査範囲を光学系の光軸に対して所定位置に配置し、半導体デバイスＳに対して固浸レンズ３６を設置した状態で、走査手段であるガルバノメータスキャナ３０により、固浸レンズ３６を介して半導体デバイスＳの検査範囲内を検査光Ｌ１によって２次元走査するとともに、半導体デバイスＳから出射された電磁波を光伝導素子４０で検出する。これにより、半導体デバイスに対して無バイアス状態での検査を好適に行うことが可能な半導体検査装置及び検査方法が実現される。

Description

半導体検査装置及び検査方法
　本発明は、半導体デバイスに対して無バイアス状態で検査を行う半導体検査装置、及び半導体検査方法に関するものである。
　半導体デバイスに対して無バイアス状態で不良診断などの検査を行う方法として、特許文献１に開示された方法が知られている。この検査方法では、検査対象の半導体デバイスに対して、パルスレーザ光を２次元走査しつつ照射する。そして、レーザ光照射位置から放射されたテラヘルツ波などの電磁波を検出することで、半導体デバイス内での不良の有無等についての情報を取得する（特許文献１、非特許文献１、２参照）。
特開２００６－２４７７４号公報
M. Yamashita et al., "THz emission characteristics from LSI-TEG chips under zero bias voltage", Proceedings of Join 32nd International Conference on Infrared and Millimetre Waves, and 15th International Conference on Terahertz Electronics (IRMMW-THz 2007), pp.279-280 M. Yamashita et al., "Noncontact inspection technique for electrical failures in semiconductor devices using a laser terahertz emission microscope", Applied Physics Letters Vol.93, pp.041117-1-3 (2008)
　上記したように無バイアス状態で検査を行う方法では、半導体デバイスを非接触で検査することが可能であり、例えば半導体デバイスの製造工程の途中において検査を実行することが可能である。しかしながら、特許文献１に記載された構成では、検査光として半導体デバイスに照射されるパルスレーザ光のスポットサイズによって位置分解能が決まるため、対物レンズの性能などによって半導体検査の分解能が制限されるという問題がある。
　また、特許文献１では、半導体デバイスを保持する検査用のステージを走査台とし、半導体デバイスを２次元的に移動して走査を行う構成を用いている。このような構成において、半導体デバイスの全体を検査光で２次元走査する場合、その検査処理に必要な計測時間が長くなるなどの問題がある。また、揺動ミラーを用いた２次元走査についても記載があるが、その具体的な構成については検討されていない。
　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、半導体デバイスに対して無バイアス状態での検査を好適に行うことが可能な半導体検査装置、及び半導体検査方法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検査装置は、（１）検査対象となる無バイアス状態の半導体デバイスを保持する検査ステージと、（２）半導体デバイスに対し、パルスレーザ光を検査光として照射するレーザ光源と、（３）検査光をレーザ光源から半導体デバイスへと導くとともに、検査光の光路を制御して半導体デバイスに対して設定された検査範囲内を検査光によって２次元走査する走査手段を有する検査光導光光学系と、（４）半導体デバイス及び検査光導光光学系の間に設置され、検査光導光光学系からの検査光を半導体デバイスへと集光しつつ照射する固浸レンズと、（５）検査光の照射によって半導体デバイスで発生し、固浸レンズを介して出射された電磁波を検出する電磁波検出手段と、（６）半導体デバイスの検査を制御する検査制御手段とを備え、検査制御手段は、半導体デバイスに対し、そのレイアウト情報を参照して、固浸レンズを介して検査光によって２次元走査すべき検査範囲を設定する検査範囲設定手段と、半導体デバイスのレイアウト情報を参照して、検査光導光光学系に対する半導体デバイスの位置を制御して、検査範囲を光軸に対して所定位置に配置する位置制御手段と、走査手段を駆動制御して、半導体デバイスの検査範囲内での固浸レンズを介した検査光による２次元走査を制御する走査制御手段とを有することを特徴とする。
　また、本発明による半導体検査方法は、（１）検査対象となる無バイアス状態の半導体デバイスを保持する検査ステージと、（２）半導体デバイスに対し、パルスレーザ光を検査光として照射するレーザ光源と、（３）検査光をレーザ光源から半導体デバイスへと導くとともに、検査光の光路を制御して半導体デバイスに対して設定された検査範囲内を検査光によって２次元走査する走査手段を有する検査光導光光学系と、（４）半導体デバイス及び検査光導光光学系の間に設置され、検査光導光光学系からの検査光を半導体デバイスへと集光しつつ照射する固浸レンズと、（５）検査光の照射によって半導体デバイスで発生し、固浸レンズを介して出射された電磁波を検出する電磁波検出手段とを備える半導体検査装置を用い、（６）半導体デバイスに対し、そのレイアウト情報を参照して、固浸レンズを介して検査光によって２次元走査すべき検査範囲を設定する検査範囲設定ステップと、半導体デバイスのレイアウト情報を参照して、検査光導光光学系に対する半導体デバイスの位置を制御して、検査範囲を光軸に対して所定位置に配置する位置制御ステップと、走査手段を駆動制御して、半導体デバイスの検査範囲内での固浸レンズを介した検査光による２次元走査を制御する走査制御ステップとを備えることを特徴とする。
　上記した半導体検査装置及び検査方法においては、検査対象の半導体デバイスに対し、パルスレーザ光の照射によって発生するテラヘルツ波などの電磁波を利用して無バイアス状態で検査を行っている。これにより、上述したように、半導体デバイスを非接触で検査することができる。また、このような非接触での検査において、半導体デバイスの全体を検査光で２次元走査するのではなく、半導体デバイスでのＰＮ接合部や配線などの構成を示すレイアウト情報を参照して検査範囲を設定し、その範囲内で検査光による２次元走査を行っている。これにより、その検査処理に必要な計測時間を短縮することができる。
　また、上記構成では、半導体デバイスに対して検査範囲が設定される構成に対応して、レイアウト情報を参照して半導体デバイスの位置を制御して、その検査範囲を光学系の光軸に対して所定位置（例えば光軸上の位置）に配置する。そして、検査範囲が所定位置に設定された状態で半導体デバイスを固定し、その半導体デバイスに対して固浸レンズを設置するとともに、検査光導光光学系に設けられた走査手段により、固浸レンズを介して、半導体デバイスの検査範囲内を検査光によって２次元走査する。さらに、固浸レンズを介して半導体デバイスの検査光照射位置から出射されたテラヘルツ波などの電磁波を検出することで、半導体デバイスの検査を行っている。
　このように、半導体デバイス上に固浸レンズを設置して検査を行うことにより、検査光照射及び電磁波検出ともに固浸レンズによって位置分解能を向上させて、半導体デバイスに含まれるＰＮ接合部や配線等について、より詳細かつ正確に検査を行うことができる。また、半導体デバイスを保持する検査ステージを固定して、光学系側の走査手段によって検査光の２次元走査を行うことが可能な構成とすることにより、半導体デバイスに対する固浸レンズの適用と、検査光による半導体デバイスの２次元走査とを好適に両立することができる。以上により、上記構成によれば、半導体デバイスに対して無バイアス状態での検査を好適に行うことが可能となる。
　本発明の半導体検査装置及び検査方法によれば、半導体デバイスに対し、パルスレーザ光の照射によって発生する電磁波を利用して無バイアス状態で検査を行うとともに、半導体デバイスのレイアウト情報を参照して検査範囲を設定し、その範囲内で検査光による２次元走査を行う。また、検査範囲を光学系の光軸に対して所定位置に配置し、半導体デバイスに対して固浸レンズを設置した状態で、光学系の走査手段により、固浸レンズを介して半導体デバイスの検査範囲内を検査光によって２次元走査するとともに、固浸レンズを介して検査光照射位置から出射された電磁波を検出する。これにより、半導体デバイスに対して無バイアス状態での検査を好適に行うことが可能となる。
図１は、半導体検査装置の一実施形態の構成を示す図である。 図２は、検査制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 図３は、半導体検査方法の一例を示すフローチャートである。 図４は、良品チップの検査画像の取得方法の一例を示すフローチャートである。 図５は、検査チップの検査画像の取得方法の一例を示すフローチャートである。 図６は、半導体デバイスに対する検査候補箇所の抽出の一例を示す図である。 図７は、レイアウト画像とチップ画像との位置合わせの一例を示す図である。 図８は、レイアウト画像とチップ画像との位置合わせの一例を示す図である。 図９は、レイアウト画像とチップ画像との位置合わせの他の例を示す図である。 図１０は、半導体デバイスに対する検査範囲の設定の一例を示す図である。 図１１は、半導体デバイスに対する検査範囲の設定の他の例を示す図である。 図１２は、半導体デバイスに対する検査範囲の設定の他の例を示す図である。 図１３は、半導体デバイスの位置の設定について示す図である。 図１４は、テラヘルツ波の時間波形の一例を示すグラフである。 図１５は、検査光による半導体デバイスの２次元走査について示す図である。 図１６は、テラヘルツ波の検出強度による不良解析方法の一例を示す図である。 図１７は、半導体デバイスの配線での断線箇所の推定方法の一例を示す図である。
　以下、図面とともに本発明による半導体検査装置及び検査方法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検査装置の一実施形態の構成を模式的に示す図である。本実施形態による半導体検査装置１Ａは、検査対象の半導体デバイスＳに対し、パルスレーザ光の照射によって発生するテラヘルツ波（例えば周波数０．１ＴＨｚ～１０ＴＨｚの電磁波）などの電磁波を利用して無バイアス状態で検査を行う検査装置であり、検査ステージ１０と、レーザ光源２０と、光伝導素子４０とを備えて構成されている。以下、半導体検査装置１Ａの構成について、半導体検査方法とともに説明する。
　半導体デバイスＳは、検査ステージ１０上において無バイアス状態で保持されている。半導体デバイスＳは、ＰＮ接合部や配線などが形成されているデバイス面を上側、裏面を下側とした状態でステージ１０上に載置されている。また、ステージ１０には、半導体デバイスＳを下側から臨むことが可能なように開口１１が設けられている。本実施形態の検査装置１Ａは、ステージ１０上の半導体デバイスＳに対し、開口１１を介して下側から検査光の照射、及び電磁波の検出を行うように構成されている。また、この検査ステージ１０は、検査光導光光学系の光軸に対する半導体デバイスＳの位置を設定、調整するため、検査ステージ駆動装置１２によって駆動可能に構成されている。
　ステージ１０上の半導体デバイスＳに対し、パルスレーザ光を検査光として供給、照射するパルスレーザ光源２０が設けられている。この検査光としては、テラヘルツ波などの電磁波を利用した半導体検査を行うために好適な強度、及びパルス幅を有するパルスレーザ光が用いられる（例えば特許文献１参照）。具体的には、レーザ光源２０として、フェムト秒パルスレーザ光を供給するフェムト秒レーザ光源を用いることが好ましい。また、具体的なパルス幅については、例えば１フェムト秒（ｆｓ）～１０ピコ秒（１０ｐｓ）のパルス幅を有するパルスレーザ光を用いることが好ましい。
　また、検査光の波長としては、近赤外領域の波長を有するレーザ光（例えば波長７５０ｎｍ～２５００ｎｍのレーザ光）を好適に用いることができる。ここでは、検査光の一例として、フェムト秒パルスレーザ光源２０から供給される波長１０５９ｎｍのレーザ光を用いることとする。また、フェムト秒レーザ光源２０の後段にはＳＨＧ素子２１が配置されており、このＳＨＧ素子２１において、波長５２９ｎｍの第２高調波が生成される。
　ＳＨＧ素子２１からのレーザ光及び第２高調波は反射ミラー２２によってハーモニックセパレータ２３へと導かれ、このセパレータ２３において、半導体デバイスＳへと向かう波長１０５９ｎｍの検査光Ｌ１と、電磁波検出用の光伝導素子４０へと向かう波長５２９ｎｍのプローブ光Ｌ２とに分岐される。また、セパレータ２３からの検査光Ｌ１は、変調装置２４に入力され、この変調装置２４において、波形発生器２５で生成された正弦波、矩形波などの変調波形に基づいて、検査光Ｌ１の時間波形が変調される。変調装置２４としては、例えばＡＯＭ、光チョッパ等を用いることができる。
　変調装置２４と検査ステージ１０上の半導体デバイスＳとの間には、レーザ光源２０からの検査光Ｌ１を半導体デバイスＳへと導く検査光導光光学系が設けられている。図１に示す構成例では、導光光学系は、変調装置２４側から順に、ビームエキスパンダ２６、波長板２７、ガルバノメータスキャナ３０、波長板３１、レンズ３２、及び対物レンズ３５によって構成されている。波長板２７とガルバノメータスキャナ３０との間には、偏光ビームスプリッタ２８が配置されている。また、レンズ３２と対物レンズ３５との間には、ハーフミラー３３及びＩＴＯ膜付き光学板３４が配置されている。
　変調装置２４から出力された検査光Ｌ１は、ビームエキスパンダ２６によって空間的に広げられ、１／２λ波長板２７及び偏光ビームスプリッタ２８を通過して、ガルバノメータスキャナ３０へと入力される。ガルバノメータスキャナ３０は、検査光Ｌ１の光路を制御して、半導体デバイスＳに対して設定された検査範囲内を検査光Ｌ１によって２次元走査するための走査手段である。検査光Ｌ１は、このガルバノメータスキャナ３０により、半導体デバイスＳに対して光軸に垂直な２方向に走査しつつ照射される。
　また、対物レンズ３５と、検査ステージ１０上に載置された半導体デバイスＳとの間には、固浸レンズ３６が、半導体デバイスＳの裏面に対して光学的に密着した状態で設置されている。ガルバノメータスキャナ３０からの検査光Ｌ１は、１／４λ波長板３１、レンズ３２、ハーフミラー３３、光学板３４、及び対物レンズ３５を介して固浸レンズ３６に到達し、この固浸レンズ３６により、半導体デバイスＳにおけるＰＮ接合部などの各部に対して集光しつつ照射される。また、固浸レンズ３６としては、具体的には例えば半球形状、または超半球形状のレンズが用いられる。
　パルス状の検査光Ｌ１が照射された無バイアス状態の半導体デバイスＳでは、その内部の所定部位においてテラヘルツ波などの電磁波が発生する。すなわち、半導体デバイスＳ内では、ＰＮ接合部や金属半導体界面、キャリア濃度が変化する部位等において、内部電界（ビルトイン電界）が存在する。
　このような内部電界が存在する部位に対して、バンドギャップよりも大きいエネルギーを持つパルス状のレーザ光が検査光Ｌ１として照射されると、光励起による電子・正孔対が生成する。そして、これらの光励起キャリアが内部電界によって加速されてパルス状の電流が流れ、それによって電磁波が生成される。また、この電磁波は、発生部位であるＰＮ接合部、あるいはＰＮ接合部に接続されている配線の状態などによって、その強度などの電磁波発生条件が変化する。したがって、このような電磁波を検出することによって、半導体デバイスＳの不良等についての情報を取得することができる。
　ステージ１０上の半導体デバイスＳにおいて検査光Ｌ１の照射によって発生する電磁波に対し、電磁波検出手段として光伝導素子４０が設けられている。半導体デバイスＳから固浸レンズ３６を介して出射された電磁波は、対物レンズ３５を通過し、光学板３４に設けられたＩＴＯ膜で反射された後、テフロンレンズ３７によって集束されつつ、光伝導素子４０に入射する。
　光伝導素子４０には、ハーモニックセパレータ２３で分岐されたプローブ光Ｌ２が供給されている。プローブ光Ｌ２の光伝導素子４０への供給タイミングは、半導体デバイスＳで発生する電磁波を検出可能なように、検査光Ｌ１の半導体デバイスＳへの入射タイミングに対して所定のタイミングとなるように設定される。
　セパレータ２３と光伝導素子４０との間には、時間遅延光学系４１を含むプローブ光導光光学系が設けられている。時間遅延光学系４１は光路長が可変に構成されており、光伝導素子４０へのプローブ光Ｌ２の入射タイミングの設定、変更に用いられる。図１に示す構成例では、時間遅延光学系４１は、遅延ステージ駆動装置４６によって可動に構成された時間遅延ステージ４２と、ステージ４２上に設置された反射ミラー４３、４４と、ステージ４２とは別に固定に設置された反射ミラー４５とによって構成されている。時間遅延光学系４１によってタイミングが調整されたプローブ光Ｌ２は、集光レンズ４７を介して集光しつつ光伝導素子４０へと入射される。
　光伝導素子４０では、プローブ光Ｌ２の照射によって光励起キャリアが生成される。そして、この状態で光伝導素子４０にテラヘルツ波などの電磁波が入射すると、それによって光励起キャリアによる電流が流れることで、電磁波が検出される。また、このような電磁波検出において、プローブ光Ｌ２の光伝導素子４０への入射タイミングを変えることにより、電磁波の時間波形を計測することができる。
　光伝導素子４０から出力された検出信号は、電流アンプ５１で増幅されて電圧信号に変換された後、波形発生器２５からの波形信号が参照信号として入力されているロックインアンプ５２を経由して画像取得装置５０に入力される。これにより、画像取得装置５０において、半導体デバイスＳの検査範囲の２次元画像である電磁波放射像が取得される。
　なお、図１の構成では、光伝導素子４０として、例えば低温成長のＧａＡｓで作製された素子を好適に用いることができる。この場合、プローブ光Ｌ２として波長５２９ｎｍの第２高調波を用いることが、光伝導素子での電磁波の検出感度を向上させる点で有効である。また、時間遅延光学系４１については、遅延ステージ４２及び反射ミラー４３～４５を用いた構成を例示したが、このような構成に限らず、例えば中空リトロリフレクタを用いる構成など、様々な構成を用いて良い。
　半導体デバイスＳに検査光Ｌ１が照射されると、半導体デバイスＳ内で上記した電磁波が発生すると同時に、半導体デバイスＳからのレーザ反射光（戻り光）が発生する。このレーザ反射光は、検査光Ｌ１とは逆の光路を通過し、偏光ビームスプリッタ２８を介して光ファイバ２９に入射され、画像取得装置５０に設けられたフォトダイオードなどの光検出器によって検出される。これにより、画像取得装置５０において、電磁波放射像に加えて、半導体デバイスＳの検査範囲の２次元画像であるレーザ反射像が取得される。
　また、検査ステージ１０上の半導体デバイスＳに対し、検査光供給用のレーザ光源２０及び電磁波検出用の光伝導素子４０に加えて、半導体デバイスＳ全体の通常のＣＣＤ画像を取得するための照明装置１５及びＣＣＤカメラ１６が設けられている。ＣＣＤ画像を取得する場合、照明装置１５からの照明光は、ハーフミラー１７で反射され、リレーレンズ１８、ハーフミラー３３、光学板３４、及び対物レンズ３５を介して半導体デバイスＳに照射される。また、半導体デバイスＳからの光は、照明光とは逆の光路を通過し、ハーフミラー１７を通過してＣＣＤカメラ１６によって撮像される。なお、照明装置１５からの照明光としては、例えば近赤外光が用いられる。この場合、半導体デバイスＳの裏面から近赤外照明光を照射しても、半導体デバイスＳのＰＮ接合部などの各部の画像を、ＣＣＤカメラ１６にて取得することができる。画像取得装置５０で取得された電磁波放射像、レーザ反射像、及びＣＣＤカメラ１６で撮像されたＣＣＤ画像は、半導体デバイスＳの検査を制御する検査制御装置６０へと入力される。
　図２は、検査制御装置６０の構成の一例を示すブロック図である。本構成例の検査制御装置６０は、検査処理制御部６１と、検査ステージ制御部６２と、走査制御部６３と、画像取得制御部６４と、遅延ステージ制御部６５と、検査範囲設定部７１と、不良解析部７２と、断線箇所推定部７３とを有して構成されている。検査処理制御部６１は、図１に示した半導体検査装置１Ａにおいて実行される検査処理の全体を制御する。
　検査制御装置６０には、半導体デバイスＳの検査において参照される、半導体デバイスＳでのＰＮ接合部や配線などの構成を示すレイアウト情報を供給するレイアウト情報処理装置８０が接続されている。このレイアウト情報処理装置８０としては、例えば、半導体デバイスを構成するＰＮ接合部や配線の配置などの設計情報を扱うＣＡＤソフトが起動されているＣＡＤ用コンピュータを用いることができる。
　なお、この処理装置８０については、検査制御装置６０と別装置にする構成に限らず、検査制御装置６０がレイアウト情報処理装置の機能を併せ持つ構成としても良い。また、画像取得装置５０についても、同様に、検査制御装置６０が画像取得装置の機能を併せ持つ構成としても良い。また、検査制御装置６０には、さらに、半導体検査に必要な指示や情報の入力に用いられる入力装置８１と、半導体検査に関する情報を表示するための表示装置８２とが接続されている。
　検査範囲設定部７１は、半導体デバイスＳに対し、処理装置８０から供給されるレイアウト情報を参照して、固浸レンズ３６を介して検査光Ｌ１によって２次元走査すべき検査範囲を設定する設定手段である（検査範囲設定ステップ）。設定部７１は、好ましくは、半導体デバイスＳのレイアウト情報から抽出されたＰＮ接合部などの検査対象箇所に基づいて、検査範囲を自動的に導出し、設定する。あるいは、設定部７１は、入力装置８１から操作者によって入力される指示内容に基づいて検査範囲を設定しても良い。
　検査ステージ制御部６２は、半導体デバイスＳのレイアウト情報を参照して、検査光導光光学系に対する半導体デバイスＳの位置を制御して、設定部７１で設定された検査範囲を光学系の光軸に対して所定位置に配置する位置制御手段である（位置制御ステップ）。制御部６２は、検査ステージ駆動装置１２を介して検査ステージ１０を駆動制御することで、光学系の光軸に対する半導体デバイスＳ及び検査範囲の位置を設定、変更する。
　走査制御部６３は、画像取得装置５０を介して走査手段であるガルバノメータスキャナ３０を駆動制御して、半導体デバイスＳの検査範囲内での固浸レンズ３６を介した検査光による２次元走査を制御する走査制御手段である（走査制御ステップ）。画像取得制御部６４は、画像取得装置５０及びＣＣＤカメラ１６による電磁波放射像、レーザ反射像、及びＣＣＤ画像の取得を制御するとともに、取得されたそれらの画像を入力して検査処理制御部６１に供給する。また、遅延ステージ制御部６５は、遅延ステージ駆動装置４６を介して時間遅延ステージ４２を駆動制御することで、電磁波の検出タイミングとなる光伝導素子４０へのプローブ光Ｌ２の入射タイミングを設定、変更する。
　不良解析部７２は、光伝導素子４０による電磁波の検出結果に基づいて、半導体デバイスＳの不良について解析（例えば不良診断）を行う不良解析手段である（不良解析ステップ）。このような不良解析部７２を設けることにより、無バイアス状態での半導体デバイスＳの不良診断を好適に実現することができる。また、具体的な解析方法の例としては、不良解析部７２は、光伝導素子４０による電磁波の検出強度に対して閾値を適用する。そして、検出強度が閾値で設定された良品強度範囲の内／外のいずれにあるかによって、半導体デバイスＳの良／不良を判別する方法を用いることができる。このような方法によれば、半導体デバイスＳの不良診断を確実に実行することができる。
　また、不良解析の具体的な内容の例としては、不良解析部７２は、半導体デバイスＳの不良として、半導体デバイスＳに含まれる配線での断線の有無を判別する。このような半導体デバイスＳでの配線不良は、上記した検査方法によって好適に診断することが可能である。また、図２に示す構成例では、不良解析部７２に加えて、半導体デバイスＳのレイアウト情報、及び不良解析部７２での解析結果に基づいて、半導体デバイスＳに含まれる配線での断線箇所を推定する断線箇所推定部７３が設けられている（断線箇所推定ステップ）。上記した検査方法によれば、電磁波の検出結果を参照することにより、半導体デバイスＳでの配線の断線箇所を推定することが可能である。なお、検査範囲設定部７１での検査範囲の設定方法、不良解析部７２、断線箇所推定部７３でのデータ解析方法については、具体的にはさらに後述する。
　なお、図２に示した検査制御装置６０において実行される処理は、検査制御処理をコンピュータに実行させるための制御プログラムによって実現可能である。例えば、検査制御装置６０は、制御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。
　また、半導体検査の制御処理を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。
　上記実施形態による半導体検査装置、及び半導体検査方法の効果について説明する。
　図１及び図２に示した半導体検査装置１Ａ及び検査方法においては、半導体デバイスＳに対し、パルスレーザ光の照射によって発生するテラヘルツ波などの電磁波を利用して無バイアス状態で検査を行っている。これにより、半導体デバイスＳを非接触で検査することができる。また、半導体デバイスＳの全体を検査光Ｌ１で２次元走査するのではなく、検査範囲設定部７１において、半導体デバイスＳでのＰＮ接合部や配線などの構成を示すレイアウト情報を参照して検査範囲を設定し、その範囲内で検査光Ｌ１による２次元走査を行っている。これにより、検査処理に必要な計測時間を短縮することができる。
　また、上記構成では、レイアウト情報を参照して半導体デバイスＳの位置を制御して、検査範囲を光学系の光軸に対して所定位置（例えば光軸上の位置）に配置する。そして、その状態で半導体デバイスＳ及び検査ステージ１０を固定し、半導体デバイスＳに対して固浸レンズ３６を設置するとともに、光学系に設けられた走査手段のガルバノメータスキャナ３０により、固浸レンズ３６を介して、半導体デバイスＳの検査範囲内を検査光Ｌ１によって２次元走査する。さらに、固浸レンズ３６を介して半導体デバイスＳの検査光照射位置から出射されたテラヘルツ波などの電磁波を光伝導素子４０によって検出することで、半導体デバイスＳの検査を行っている。
　このように、半導体デバイスＳ上に固浸レンズ３６を設置して検査を行うことにより、検査光照射及び電磁波検出ともに固浸レンズ３６によって位置分解能を向上させて、半導体デバイスＳに含まれるＰＮ接合部や配線等について、より詳細かつ正確に検査を行うことができる。すなわち、半導体検査に固浸レンズ３６を用いることにより、半導体デバイスＳに照射される検査光Ｌ１のスポットサイズを小さくして分解能を向上するとともに、半導体デバイスＳで発生した電磁波の集光効率をも向上することができる。
　また、半導体デバイスＳを保持する検査ステージ１０を固定して、光学系側の走査手段によって検査光Ｌ１の２次元走査を行うことが可能な構成とすることにより、半導体デバイスＳに対する固浸レンズ３６の適用と、検査光Ｌ１による半導体デバイスＳの２次元走査とを好適に両立することができる。以上により、上記構成によれば、半導体デバイスＳに対して無バイアス状態での検査を好適に行うことが可能となる。また、上記方法による半導体検査は、非接触での検査であるため、例えば半導体デバイスＳの製造工程の途中においてインラインで検査を実行することが可能である。また、上記のように計測時間を短縮可能であることも、インラインでの検査において有効である。
　検査光Ｌ１の２次元走査を行う走査手段については、上記実施形態では、走査手段としてガルバノメータスキャナ３０を用いている。これにより、検査光Ｌ１による半導体デバイスＳの２次元走査を高速かつ精度良く実行することが可能となる。また、この走査手段としては、ガルバノメータスキャナ以外にも、例えばポリゴンミラースキャナなど、具体的には様々な構成を用いて良い。
　また、固浸レンズ３６としては、半絶縁性のＧａＰからなる固浸レンズを用いることが好ましい。ＧａＰからなる固浸レンズは、半導体デバイスＳに照射される近赤外光などの検査光Ｌ１、及び半導体デバイスＳで発生するテラヘルツ波などの電磁波の両者に対して高い透過性を有する。したがって、このような固浸レンズによれば、半導体検査を好適に実行することができる。
　また、図１に示した構成では、固浸レンズ３６のみでなく、対物レンズ３５についてもテラヘルツ波などの電磁波に対する透過性が求められる。この場合の対物レンズ３５としては、例えば、近赤外光及びテラヘルツ波の両者に対して高い透過性と同等の屈折率を有するシクロオレフィンからなる材料で作製されたレンズを用いることができる。なお、レンズの材質については、上記以外にも様々な材質を用いて良い。例えば、固浸レンズ３６の材質については、上記したＧａＰに限らず、例えば半絶縁性のＧａＡｓ、あるいはダイヤモンドなどの材質を用いることができる。一般には、固浸レンズ３６は、半導体デバイスＳへと照射される検査光と、半導体デバイスＳから出射される電磁波とに対して透過性を有する材質からなることが好ましい。
　また、検査範囲設定部７１での半導体デバイスＳに対する検査範囲の設定については、レイアウト情報から抽出された検査対象箇所に基づいて、検査範囲を導出することが好ましい。パルスレーザ光の照射によって発生する電磁波を利用する上記方法では、半導体デバイスＳのレイアウトのうちで主にＰＮ接合部などの内部電界が存在する箇所において電磁波が発生する。したがって、レイアウト情報からそのような箇所を検査対象箇所として抽出して検査範囲を導出することにより、検査範囲を好適に設定することができる。
　本発明による半導体検査装置、及び検査方法について、具体的な検査方法の例とともにさらに説明する。図３は、図１及び図２に示した半導体検査装置１Ａを用いて実行される本発明による半導体検査方法の一例を示すフローチャートである。本実施例では、半導体デバイスＳのチップについて、不良箇所が存在しない良品チップでの検査結果と、実際の検査対象となる検査チップでの検査結果とを比較して、検査チップの半導体デバイスＳについての不良診断を行う例を示している。また、図４、図５は、それぞれ良品チップ、検査チップの検査画像の取得方法の一例を示すフローチャートである。
　本実施例の検査方法では、まず、検査対象の半導体デバイスＳのレイアウト情報をレイアウト情報処理装置８０に入力する（ステップＳ１０１）。処理装置８０では、入力されたレイアウト情報を参照し、半導体デバイスＳにおける検査候補箇所が抽出される（Ｓ１０２）。ここで、レーザ光照射位置からの電磁波検出による半導体検査では、上述したようにＰＮ接合部や金属半導体界面などの内部電界が存在する箇所で電磁波が発生すると想定されるため、半導体デバイスＳ内のこれらの部位を検査候補箇所として設定することができる。以下においては、ＰＮ接合部を検査候補箇所とする場合を例として説明する。
　レイアウト情報処理装置８０で抽出されたＰＮ接合部の情報は、検査制御装置６０へと入力される。図６は、半導体デバイスＳに対する検査候補箇所の抽出の一例を示す図である。検査候補箇所として抽出された複数のＰＮ接合部には、解析処理の便宜のため、それぞれＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３、…などの接合部名（検査候補箇所名）が付される。また、検査制御装置６０に入力されたＰＮ接合部の情報は、必要に応じて表示装置８２に表示される。図６の表示例（ａ）では、半導体デバイスＳのレイアウト全体を示すレイアウト画像１００において、抽出されたＰＮ接合部１０１が表示されている。
　このような表示例（ａ）においては、各ＰＮ接合部に付された接合部名を併せて表示しても良い。図６の例では、左上に位置する３個のＰＮ接合部ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３について、接合部名を表示している。また、ＰＮ接合部の表示については、レイアウト画像１００による表示例に限らず、例えば表示例（ｂ）に示すように、抽出されたＰＮ接合部の一覧表１０５によって表示しても良い。この表示例（ｂ）では、ＰＮ接合部の接合部名を表示する接合部名表示部１０６と、各ＰＮ接合部の位置情報等を表示する情報表示部１０７とによって一覧表１０５が構成されている。
　次に、検査ステージ１０上に半導体デバイスＳの良品チップを設置し、ＣＣＤカメラ１６によって良品チップの全体のチップ画像を取得するとともに、レイアウト画像とチップ画像との間で位置合わせを行う（Ｓ１０３）。図７及び図８は、半導体デバイスＳのレイアウト画像とチップ画像との位置合わせの一例を示す図である。ここでは、半導体チップ上で離れた３点を選択し、それらの３点のレイアウト画像上での座標と、チップ画像上での座標とを対応付けることで位置合わせを行う方法を示している。
　図７は、位置合わせの対象となる半導体デバイスＳの全体のレイアウト画像１１０を示し、図８の画像（ａ）、（ｂ）は、図７のレイアウト画像１１０内で左上に位置する領域１１１についてのレイアウト画像、及びチップ画像の拡大図を示し、図８の画像（ｃ）、（ｄ）は、レイアウト画像１１０内で右上に位置する領域１１２についてのレイアウト画像、及びチップ画像の拡大図を示し、図８の画像（ｅ）、（ｆ）は、レイアウト画像１１０内で右下に位置する領域１１３についてのレイアウト画像、及びチップ画像の拡大図を示している。上記の位置合わせ方法では、例えばこれらの３個の領域１１１～１１３においてそれぞれ１点ずつを選択することにより、レイアウト画像とチップ画像との位置合わせを行うことができる。
　このような位置合わせが行われた状態では、半導体デバイスＳの検査において、ＣＡＤレイアウト上で位置を指定することで、それに対応付けられた検査ステージ１０上の半導体デバイスＳでの位置を指定することができる。なお、この位置合わせの具体的な方法については、上記以外にも様々な方法を用いて良い。そのような方法としては、例えば、図９に示すように、半導体デバイスＳのレイアウトにおいてあらかじめ位置合わせ用に設けられた位置決めマーク１１６～１１８を用いて位置合わせを行う方法がある。
　半導体デバイスＳのレイアウトとチップ画像との位置合わせが終了したら、レイアウト上のＰＮ接合部のうちで実際に検査すべき検査対象箇所を指定し、それに対応する検査範囲を設定する（Ｓ１０４）。具体的には、図１０に示すように、表示例（ａ）のレイアウト画像１２０、または表示例（ｂ）の一覧表１２５において検査すべきＰＮ接合部をクリックする等の操作によって、検査対象箇所とするＰＮ接合部を選択する。検査範囲設定部７１では、この指定された検査対象箇所に基づいて検査範囲が導出される。図１０においては、検査対象箇所として３個所のＰＮ接合部ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３が指定され、それらの検査対象箇所１２１、１２２、１２３に対して、それぞれ検査範囲１２６、１２７、１２８が設定された例を示している。
　なお、具体的な検査範囲の設定方法については、上記した方法以外にも様々な方法を用いて良い。例えば、図１１にＰＮ接合部ＰＮ３の検査対象箇所１２３に対する検査範囲１２８の設定例を示すように、図１１（ａ）のように設定部７１で自動的に算出された検査範囲１２８について、図１１（ｂ）のように必要に応じて操作者の手動で範囲を変更する構成としても良い。また、レイアウト情報から抽出された検査候補箇所から検査対象箇所を指定せず、操作者がレイアウト上で自由に検査範囲を設定する構成としても良い。
　また、指定した検査対象箇所及び検査範囲について、必要に応じて検査範囲の追加、削減、あるいは変更を行うことが可能な構成としても良い。また、図１２に示すように、レイアウト画像１３０上にある検査候補箇所のＰＮ接合部に対して検査対象範囲１３５を指定することで、範囲１３５内にある全てのＰＮ接合部を一括で検査対象箇所に指定し、そのそれぞれについて検査範囲を設定する構成としても良い。
　半導体デバイスＳに対する検査範囲の設定が終了したら、検査ステージ１０上の良品チップに対し、設定された１または複数の検査範囲のそれぞれについて、電磁波放射像及びレーザ反射像を含む検査画像の取得を行う（Ｓ１０５）。図４は、良品チップの検査画像の取得方法の一例を示すフローチャートである。
　良品チップの検査画像の取得では、まず、図１３（ａ）に示すように、半導体デバイスＳのレイアウト２００上において検査対象箇所２０１として指定されたＰＮ接合部を含む検査範囲２０６について、検査ステージ制御部６２によって駆動装置１２を介して検査ステージ１０を駆動制御する。そして、図１３（ｂ）に示すように、指定された検査範囲２０６が光学系の光軸上に位置するように良品チップの位置を制御する（Ｓ２０１）。さらに、この検査範囲２０６に対し、図１３（ｂ）に固浸レンズ３６の設置範囲を円２１０によって示すように固浸レンズ３６を位置合わせして、図１に示したように、良品チップ上に光学的に密着した状態で固浸レンズ３６を設置する（Ｓ２０２）。
　次に、この状態で検査範囲２０６の中心位置に検査光Ｌ１を照射し、ＰＮ接合部２０１で発生する電磁波の時間波形を取得する（Ｓ２０３）。具体的には、検査ステージ１０上の良品チップに対して検査光Ｌ１を照射し、検査光照射位置で発生するテラヘルツ波などの電磁波を固浸レンズ３６、及び対物レンズ３５を介して光伝導素子４０で検出する。このような電磁波検出を、時間遅延ステージ４２の位置を変えながら行うことで、例えば図１４に示すような電磁波の時間波形が取得される。
　続いて、取得された電磁波の時間波形を参照し、電磁波検出を行うために最適な検出タイミングを決定して、そのタイミングに対応する位置に時間遅延ステージ４２を固定する（Ｓ２０４）。この場合の具体的なタイミングの決定方法としては、例えば、図１４のテラヘルツ波の時間波形において、その強度のピーク位置に対応する時間遅延となる位置に遅延ステージ４２を固定する方法がある。また、決定された遅延ステージ４２の位置については、検査制御装置６０において記憶しておく。
　遅延ステージ４２を固定したら、検査ステージ１０の位置を再調整し（Ｓ２０５）、検査範囲２０６内で検査光Ｌ１を２次元走査して、電磁波放射像とレーザ反射像とを同時に取得し（Ｓ２０６）、得られた画像を検査制御装置６０に記憶する。ここで、半導体デバイスＳに対する検査光Ｌ１の２次元走査については、例えば図１５（ａ）に示すように、検査範囲２０６内で同一方向の１次元走査を繰り返すことで２次元走査する方法を用いることができる。あるいは、図１５（ｂ）に示すように、検査範囲２０６内で交互に方向を変えて１次元走査を繰り返すことで２次元走査する方法を用いても良い。
　また、取得された検査画像を表示装置８２に表示する場合、電磁波放射像、またはレーザ反射像をそれぞれ個別に表示しても良く、あるいは、電磁波放射像及びレーザ反射像の重畳画像（スーパーインポーズ画像）を表示しても良い。
　以上によって指定された検査範囲についての画像取得処理を終了したら、全ての検査範囲について画像取得を終了しているかどうかが判断される（Ｓ１０６）。そして、画像取得が終了していない検査範囲があれば、上記の画像取得処理を繰り返して実行する。画像取得を終了していれば、良品チップについての検査処理を終了し、検査チップの検査処理に移行する。なお、検査範囲の画像取得において、前回の画像取得での固浸レンズ３６の設置範囲内で画像取得が可能な他の検査範囲が存在する場合には、そのままの状態で画像取得を行って検査時間を短縮しても良い。
　次に、検査ステージ１０上に実際の検査対象となる検査チップを設置し、ＣＣＤカメラ１６によって検査チップの全体のチップ画像を取得するとともに、レイアウト画像とチップ画像との間で位置合わせを行う（Ｓ１０７）。ここでの位置合わせの方法は、ステップＳ１０３に関して上述した良品チップのときの位置合わせの方法と同様である。位置合わせを終了したら、良品チップに対して指定したのと同様の検査範囲について、電磁波放射像及びレーザ反射像を含む検査画像の取得を行う（Ｓ１０８）。図５は、検査チップの検査画像の取得方法の一例を示すフローチャートである。
　検査チップの検査画像の取得では、まず、検査ステージ１０を駆動制御し、指定された検査範囲が光学系の光軸上に位置するように検査チップの位置を制御する（Ｓ３０１）。さらに、この検査範囲に対し、固浸レンズ３６を位置合わせして、検査チップ上に光学的に密着した状態で設置する（Ｓ３０２）。また、時間遅延ステージ４２については、良品チップについて決定された遅延ステージ４２の位置に移動して固定する（Ｓ３０３）。
　遅延ステージ４２を固定したら、検査ステージ１０の位置を再調整し（Ｓ３０４）、検査範囲内で検査光Ｌ１を２次元走査して、検査チップの電磁波放射像とレーザ反射像とを同時に取得し（Ｓ３０５）、得られた画像を検査制御装置６０に記憶する。
　以上によって指定された検査範囲についての画像取得処理を終了したら、検査チップの検査画像データと、良品チップの検査画像データとを比較して、検査チップでの不良の有無についての解析を行う（Ｓ１０９）。続いて、検査チップ及び良品チップを比較した結果、差異があったかどうか（検査チップが良品または不良品のいずれであったか）が判断され（Ｓ１１０）、差異があった場合（検査チップが不良品チップであった場合）には、必要に応じてさらに詳細な不良情報を取得する（Ｓ１１１）。
　以上によって指定された検査範囲についての画像取得処理、及び取得された画像を用いた不良解析処理を含む検査処理を終了したら、全ての検査範囲について検査処理を終了しているかどうかが判断される（Ｓ１１２）。そして、検査処理が終了していない検査範囲があれば、上記の処理を繰り返して実行する。検査処理を終了していれば、得られた不良解析結果を表示装置８２に表示して（Ｓ１１３）、その検査チップの検査を終了する。
　ここで、ステップＳ１０９での良品チップと検査チップとの比較による不良解析は、例えば電磁波放射像（ＴＨｚ波放射像）における電磁波の検出強度を参照して行われる。図１６は、テラヘルツ波の検出強度による不良解析方法の一例を示す図である。図１６において、図１６（ａ）は、良品チップでの電磁波の２次元及び１次元の強度分布を示し、図１６（ｂ）は、不良品チップでの電磁波の強度分布の第１の例を示し、図１６（ｃ）は、不良品チップでの電磁波の強度分布の第２の例を示している。
　図１６では、半導体デバイスＳの不良解析方法の一例として、光伝導素子４０による電磁波の検出強度に対して閾値を適用し、検出強度が閾値によって設定された良品強度範囲の内／外のいずれにあるかによって、半導体デバイスＳの良／不良を判別する方法を用いている。具体的には、図１６（ａ）に示すように、良品チップでの電磁波の検出強度分布を参照し、検査範囲内でのピーク検出強度に対して、下閾値及び上閾値によって良品強度範囲を設定する。
　そして、検査チップに対して求められたピーク検出強度が良品強度範囲内にあれば良品チップと判定し、一方、ピーク検出強度が良品強度範囲外にあれば不良品チップと判定する。図１６（ｂ）は、ピーク検出強度が下閾値よりも小さくなった場合の不良品データの例を示し、また、図１６（ｃ）は、ピーク検出強度が上閾値よりも大きくなった場合の不良品データの例を示している。
　なお、このような電磁波の検出強度による不良解析においては、上記のように検査範囲内でのピーク検出強度を用いる方法に限らず、例えば検査範囲内での検出強度の平均値、あるいはトータルの検出強度を不良解析に用いる方法など、具体的には様々な方法を用いて良い。また、良品強度範囲の設定については、下閾値及び上閾値のいずれか一方のみを設定しても良い。また、良品チップの検出強度データと、検査チップの検出強度データとの差分をとり、この差分値を用いて不良解析を行う構成としても良い。
　また、検査チップが不良品チップであった場合に、ステップＳ１１１で行われる詳細な不良情報の取得の例としては、例えば、断線箇所推定部７３において実行される、半導体デバイスＳの配線での断線箇所の推定処理がある。ここで、非特許文献１によれば、半導体デバイスＳから放射されるテラヘルツ波の信号強度が配線長に依存することが報告されている。このようなテラヘルツ波の信号強度の配線長依存性を利用することにより、配線での断線箇所を推定することが可能である。
　具体的には、まず、半導体デバイスＳのレイアウトで検査対象となるＰＮ接合部について、そのＰＮ接合部に接続されている配線の配線長と、ＰＮ接合部から放射される電磁波の検出強度との相関データを、良品チップに対する計測結果から取得する。次に、不良品チップについて対応するＰＮ接合部からの電磁波の検出強度を求め、上記相関データを参照して、ＰＮ接合部と配線との接続部からの配線長を算出する。これにより、その配線における断線箇所を推定することができる。
　図１７は、半導体デバイスＳの配線での断線箇所の推定方法の一例を示す図である。この例では、レイアウト２００上のＰＮ接合部２０１に対して２本の配線２２１、２２２が接続されていることに対応して、電磁波の検出強度から求められた配線長に基づいて、それぞれの配線について断線箇所２２６、２２７が推定されている。このようなレイアウト２００をレイアウト画像として表示装置８２に表示することにより、操作者は、推定された断線箇所についての情報を得ることができる。このような不良解析は、例えばオフラインで不良品チップの不良解析（例えば物理解析）を行うなどの場合に有効である。
　本発明による半導体検査装置、及び半導体検査方法は、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、上記実施形態では、光学系に対する半導体デバイスＳの位置の設定、調整を、検査ステージ１０を駆動する構成によって行っているが、このような構成以外にも、例えばステージ１０を固定として光学系側を駆動する構成を用いても良い。
　また、半導体デバイスＳからのテラヘルツ波などの電磁波を検出する電磁波検出手段については、上記実施形態では光伝導素子４０を用いているが、電磁波を検出可能な光伝導素子以外の検出手段を用いても良い。また、検査光、プローブ光、及び電磁波に対する光学系の構成についても、図１はその一例を示すものであり、具体的にはこれ以外にも様々な構成を用いて良い。
　また、半導体デバイスＳに対する光学系及び固浸レンズの配置について、上記実施形態では半導体デバイスＳに対して下側から検査光の照射、及び電磁波の検出を行う構成を示しているが、このような構成に限られるものではなく、例えば、半導体デバイスに対して上側から検査光の照射、及び電磁波の検出を行う構成としても良い。この場合、固浸レンズは半導体デバイスの上側に設置される。あるいは、半導体デバイスに対して上側、下側の一方から検査光の照射、他方から電磁波の検出を行う構成としても良い。この場合、固浸レンズは半導体デバイスの上側、下側の両方にそれぞれ設置される。
　ここで、上記実施形態による半導体検査装置では、（１）検査対象となる無バイアス状態の半導体デバイスを保持する検査ステージと、（２）半導体デバイスに対し、パルスレーザ光を検査光として照射するレーザ光源と、（３）検査光をレーザ光源から半導体デバイスへと導くとともに、検査光の光路を制御して半導体デバイスに対して設定された検査範囲内を検査光によって２次元走査する走査手段を有する検査光導光光学系と、（４）半導体デバイス及び検査光導光光学系の間に設置され、検査光導光光学系からの検査光を半導体デバイスへと集光しつつ照射する固浸レンズと、（５）検査光の照射によって半導体デバイスで発生し、固浸レンズを介して出射された電磁波を検出する電磁波検出手段と、（６）半導体デバイスの検査を制御する検査制御手段とを備え、検査制御手段は、半導体デバイスに対し、そのレイアウト情報を参照して、固浸レンズを介して検査光によって２次元走査すべき検査範囲を設定する検査範囲設定手段と、半導体デバイスのレイアウト情報を参照して、検査光導光光学系に対する半導体デバイスの位置を制御して、検査範囲を光軸に対して所定位置に配置する位置制御手段と、走査手段を駆動制御して、半導体デバイスの検査範囲内での固浸レンズを介した検査光による２次元走査を制御する走査制御手段とを有する構成を用いている。
　また、上記実施形態による半導体検査方法では、（１）検査対象となる無バイアス状態の半導体デバイスを保持する検査ステージと、（２）半導体デバイスに対し、パルスレーザ光を検査光として照射するレーザ光源と、（３）検査光をレーザ光源から半導体デバイスへと導くとともに、検査光の光路を制御して半導体デバイスに対して設定された検査範囲内を検査光によって２次元走査する走査手段を有する検査光導光光学系と、（４）半導体デバイス及び検査光導光光学系の間に設置され、検査光導光光学系からの検査光を半導体デバイスへと集光しつつ照射する固浸レンズと、（５）検査光の照射によって半導体デバイスで発生し、固浸レンズを介して出射された電磁波を検出する電磁波検出手段とを備える半導体検査装置を用い、（６）半導体デバイスに対し、そのレイアウト情報を参照して、固浸レンズを介して検査光によって２次元走査すべき検査範囲を設定する検査範囲設定ステップと、半導体デバイスのレイアウト情報を参照して、検査光導光光学系に対する半導体デバイスの位置を制御して、検査範囲を光軸に対して所定位置に配置する位置制御ステップと、走査手段を駆動制御して、半導体デバイスの検査範囲内での固浸レンズを介した検査光による２次元走査を制御する走査制御ステップとを備える構成を用いている。
　検査光導光光学系の具体的な構成については、検査光の２次元走査を行う走査手段は、検査光の光路を制御するためのガルバノメータスキャナを含むことが好ましい。これにより、検査光による半導体デバイスの２次元走査を高速かつ精度良く実行することが可能となる。
　また、固浸レンズとしては、半導体デバイスへと照射される検査光と、半導体デバイスから出射される電磁波とに対して透過性を有する材質からなる固浸レンズを用いることが好ましい。また、そのような固浸レンズの一例としては、ＧａＰ（ガリウム燐）からなる固浸レンズを用いることが特に好ましい。
　上記構成の半導体検査では、検査光となるパルスレーザ光としては例えば近赤外領域の波長を有するレーザ光（例えば波長７５０ｎｍ～２５００ｎｍのレーザ光）が用いられる。これに対して、ＧａＰなどの材質からなる固浸レンズは、半導体デバイスに照射される近赤外の検査光、及び半導体デバイスで発生するテラヘルツ波（例えば周波数０．１ＴＨｚ～１０ＴＨｚの電磁波）などの電磁波の両者に対して高い透過性を有する。したがって、このような固浸レンズを用いることにより、上記の半導体検査を好適に実行することができる。
　半導体デバイスに対する検査範囲の設定については、半導体デバイスのレイアウト情報から抽出された検査対象箇所に基づいて、検査範囲を導出することが好ましい。パルスレーザ光の照射によって発生する電磁波を利用する上記方法では、半導体デバイスのレイアウトのうちで主にＰＮ接合部などの内部電界が存在する箇所において電磁波が発生する。したがって、レイアウト情報からそのような箇所を検査対象箇所として抽出して検査範囲を導出することにより、検査範囲を好適に設定することができる。
　また、半導体検査装置は、検査制御手段が、電磁波検出手段による電磁波の検出結果に基づいて、半導体デバイスの不良について解析を行う不良解析手段を有することが好ましい。同様に、検査方法は、電磁波検出手段による電磁波の検出結果に基づいて、半導体デバイスの不良について解析を行う不良解析ステップを備えることが好ましい。このような構成によれば、無バイアス状態での半導体デバイスの不良診断を好適に実行できる。
　この場合の具体的な不良解析の方法については、電磁波検出手段による電磁波の検出強度に対して１または複数の閾値を適用し、検出強度が閾値によって設定された良品強度範囲の内／外のいずれにあるかによって、半導体デバイスの良／不良を判別する構成を用いることができる。このような方法によれば、電磁波検出による半導体デバイスの不良診断を確実に実行することができる。
　また、半導体デバイスに対する具体的な不良解析の内容については、半導体デバイスの不良として、半導体デバイスに含まれる配線での断線の有無を判別する構成を用いることができる。このような半導体デバイスでの配線不良は、上記した検査方法によって好適に診断することが可能である。
　また、半導体検査装置は、検査制御手段が、半導体デバイスのレイアウト情報、及び不良解析手段での解析結果に基づいて、半導体デバイスに含まれる配線での断線箇所を推定する断線箇所推定手段を有することが好ましい。同様に、検査方法は、半導体デバイスのレイアウト情報、及び不良解析ステップでの解析結果に基づいて、半導体デバイスに含まれる配線での断線箇所を推定する断線箇所推定ステップを備えることが好ましい。上記した検査方法によれば、電磁波検出手段による電磁波の検出結果を参照することにより、半導体デバイスでの配線の断線箇所を推定することが可能である。
　本発明は、半導体デバイスに対して無バイアス状態での検査を好適に行うことが可能な半導体検査装置、及び半導体検査方法として利用可能である。
　１Ａ…半導体検査装置、Ｓ…半導体デバイス、１０…検査ステージ、１１…開口、１２…検査ステージ駆動装置、１５…照明装置、１６…ＣＣＤカメラ、１７…ハーフミラー、１８…レンズ、
　２０…パルスレーザ光源、２１…ＳＨＧ素子、２２…反射ミラー、２３…ハーモニックセパレータ、２４…変調装置、２５…波形発生器、２６…ビームエキスパンダ、２７…波長板、２８…偏光ビームスプリッタ、２９…光ファイバ、３０…ガルバノメータスキャナ、３１…波長板、３２…レンズ、３３…ハーフミラー、３４…ＩＴＯ膜付き光学板、３５…対物レンズ、３６…固浸レンズ、３７…レンズ、
　４０…光伝導素子、４１…時間遅延光学系、４２…時間遅延ステージ、４３、４４、４５…反射ミラー、４６…遅延ステージ駆動装置、４７…レンズ、５０…画像取得装置、５１…電流アンプ、５２…ロックインアンプ、
　６０…検査制御装置、６１…検査処理制御部、６２…検査ステージ制御部、６３…走査制御部、６４…画像取得制御部、６５…遅延ステージ制御部、７１…検査範囲設定部、７２…不良解析部、７３…断線箇所推定部、８０…レイアウト情報処理装置、８１…入力装置、８２…表示装置。

Claims (15)

  1. 　検査対象となる無バイアス状態の半導体デバイスを保持する検査ステージと、
    　前記半導体デバイスに対し、パルスレーザ光を検査光として照射するレーザ光源と、
    　前記検査光を前記レーザ光源から前記半導体デバイスへと導くとともに、前記検査光の光路を制御して前記半導体デバイスに対して設定された検査範囲内を前記検査光によって２次元走査する走査手段を有する検査光導光光学系と、
    　前記半導体デバイス及び前記検査光導光光学系の間に設置され、前記検査光導光光学系からの前記検査光を前記半導体デバイスへと集光しつつ照射する固浸レンズと、
    　前記検査光の照射によって前記半導体デバイスで発生し、前記固浸レンズを介して出射された電磁波を検出する電磁波検出手段と、
    　前記半導体デバイスの検査を制御する検査制御手段とを備え、
    　前記検査制御手段は、
    　前記半導体デバイスに対し、そのレイアウト情報を参照して、前記固浸レンズを介して前記検査光によって２次元走査すべき前記検査範囲を設定する検査範囲設定手段と、
    　前記半導体デバイスの前記レイアウト情報を参照して、前記検査光導光光学系に対する前記半導体デバイスの位置を制御して、前記検査範囲を光軸に対して所定位置に配置する位置制御手段と、
    　前記走査手段を駆動制御して、前記半導体デバイスの前記検査範囲内での前記固浸レンズを介した前記検査光による２次元走査を制御する走査制御手段と
    を有することを特徴とする半導体検査装置。
  2. 　前記検査範囲設定手段は、前記半導体デバイスの前記レイアウト情報から抽出された検査対象箇所に基づいて、前記検査範囲を導出することを特徴とする請求項１記載の半導体検査装置。
  3. 　前記検査制御手段は、前記電磁波検出手段による前記電磁波の検出結果に基づいて、前記半導体デバイスの不良について解析を行う不良解析手段を有することを特徴とする請求項１または２記載の半導体検査装置。
  4. 　前記不良解析手段は、前記電磁波検出手段による前記電磁波の検出強度に対して閾値を適用し、前記検出強度が前記閾値によって設定された良品強度範囲の内／外のいずれにあるかによって、前記半導体デバイスの良／不良を判別することを特徴とする請求項３記載の半導体検査装置。
  5. 　前記不良解析手段は、前記半導体デバイスの不良として、前記半導体デバイスに含まれる配線での断線の有無を判別することを特徴とする請求項３または４記載の半導体検査装置。
  6. 　前記検査制御手段は、前記半導体デバイスの前記レイアウト情報、及び前記不良解析手段での解析結果に基づいて、前記半導体デバイスに含まれる配線での断線箇所を推定する断線箇所推定手段を有することを特徴とする請求項５記載の半導体検査装置。
  7. 　前記走査手段は、前記検査光の光路を制御するためのガルバノメータスキャナを含むことを特徴とする請求項１～６のいずれか一項記載の半導体検査装置。
  8. 　前記固浸レンズは、前記半導体デバイスへと照射される前記検査光と、前記半導体デバイスから出射される前記電磁波とに対して透過性を有する材質からなることを特徴とする請求項１～７のいずれか一項記載の半導体検査装置。
  9. 　前記固浸レンズは、ＧａＰ（ガリウム燐）からなることを特徴とする請求項８記載の半導体検査装置。
  10. 　検査対象となる無バイアス状態の半導体デバイスを保持する検査ステージと、
    　前記半導体デバイスに対し、パルスレーザ光を検査光として照射するレーザ光源と、
    　前記検査光を前記レーザ光源から前記半導体デバイスへと導くとともに、前記検査光の光路を制御して前記半導体デバイスに対して設定された検査範囲内を前記検査光によって２次元走査する走査手段を有する検査光導光光学系と、
    　前記半導体デバイス及び前記検査光導光光学系の間に設置され、前記検査光導光光学系からの前記検査光を前記半導体デバイスへと集光しつつ照射する固浸レンズと、
    　前記検査光の照射によって前記半導体デバイスで発生し、前記固浸レンズを介して出射された電磁波を検出する電磁波検出手段とを備える半導体検査装置を用い、
    　前記半導体デバイスに対し、そのレイアウト情報を参照して、前記固浸レンズを介して前記検査光によって２次元走査すべき前記検査範囲を設定する検査範囲設定ステップと、
    　前記半導体デバイスの前記レイアウト情報を参照して、前記検査光導光光学系に対する前記半導体デバイスの位置を制御して、前記検査範囲を光軸に対して所定位置に配置する位置制御ステップと、
    　前記走査手段を駆動制御して、前記半導体デバイスの前記検査範囲内での前記固浸レンズを介した前記検査光による２次元走査を制御する走査制御ステップと
    を備えることを特徴とする半導体検査方法。
  11. 　前記検査範囲設定ステップは、前記半導体デバイスの前記レイアウト情報から抽出された検査対象箇所に基づいて、前記検査範囲を導出することを特徴とする請求項１０記載の半導体検査方法。
  12. 　前記電磁波検出手段による前記電磁波の検出結果に基づいて、前記半導体デバイスの不良について解析を行う不良解析ステップを備えることを特徴とする請求項１０または１１記載の半導体検査方法。
  13. 　前記不良解析ステップは、前記電磁波検出手段による前記電磁波の検出強度に対して閾値を適用し、前記検出強度が前記閾値によって設定された良品強度範囲の内／外のいずれにあるかによって、前記半導体デバイスの良／不良を判別することを特徴とする請求項１２記載の半導体検査方法。
  14. 　前記不良解析ステップは、前記半導体デバイスの不良として、前記半導体デバイスに含まれる配線での断線の有無を判別することを特徴とする請求項１２または１３記載の半導体検査方法。
  15. 　前記半導体デバイスの前記レイアウト情報、及び前記不良解析ステップでの解析結果に基づいて、前記半導体デバイスに含まれる配線での断線箇所を推定する断線箇所推定ステップを備えることを特徴とする請求項１４記載の半導体検査方法。
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