(57)【要約】【課題】半導体デバイスに照射されたレーザ光の反射光に起因するノイズが低減された半導体デバイス故障解析装置を提供する。【解決手段】半導体デバイス故障解析装置１００は、半導体デバイス１に多光子吸収を生じさせるパルスレーザ光を、半導体デバイス１に照射するレーザ光源１７と、半導体デバイス１の動作により発生する光の波長を含む波長領域に感度を有し、フォトンカウンティング測定可能な光検出器６とを備える。パルスレーザ光の波長は、光検出器６が感度を有する波長領域から外れている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスに多光子吸収を生じさせるパルスレーザ光を、前記半導体デバイスに照射するレーザ光源と、
前記半導体デバイスの動作により発生する光の波長を含む波長領域に感度を有し、フォトンカウンティング測定可能な光検出器と、
を備え、
前記パルスレーザ光の波長は、前記光検出器が感度を有する前記波長領域から外れている、半導体デバイス故障解析装置。
【請求項２】
前記半導体デバイスの前記動作に同期して、前記レーザ光源からの前記パルスレーザ光を変調して前記半導体デバイスに照射する光変調器を更に備える、請求項１に記載の半導体デバイス故障解析装置。
【請求項３】
前記半導体デバイスと前記光検出器との間の光路上に配置され、前記パルスレーザ光の波長を有する光を反射するダイクロイックミラーを更に備える、請求項１又は２に記載の半導体デバイス故障解析装置。
【請求項４】
前記半導体デバイスと前記光検出器との間の光路上に配置され、前記パルスレーザ光の波長を有する光を遮断する光学フィルタを更に備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体デバイス故障解析装置。
【請求項５】
前記光学フィルタが帯域フィルタである、請求項４に記載の半導体デバイス故障解析装置。
【請求項６】
前記帯域フィルタがノッチフィルタである、請求項５に記載の半導体デバイス故障解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス故障解析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路（ＬＳＩ）等の半導体デバイスの故障解析方法として、チャージ注入効果や熱注入効果を利用した、いわゆるＬＡＤＡ（Laser Assisted Device Alteration）法（ＤＡＬＳ法やＣＰＡ法とも呼ばれる）が知られている（特許文献１参照）。この方法では、Ｓｉからなる半導体デバイスに、当該半導体デバイスを動作させた状態で、Ｓｉのバンドギャップエネルギーに相当する波長（室温で約１１１０ｎｍ）以下の波長を有するレーザ光を照射する。このレーザ光によって励起された電荷が、半導体デバイスの動作タイミングに変動（外乱）を発生させる。一方、半導体デバイスに接続されたテスターを用いて機能不良が発生する箇所を確認する。そして、変動を発生させた箇所と機能不良が発生した箇所とを比較することにより、半導体デバイスの故障箇所を特定する。
【０００３】
一方、半導体デバイス中のトランジスタにおいて、スイッチング時に低い確率で発生する微弱なトランジェント発光を時間分解エミッション顕微鏡により計測することによって、トランジスタの動作タイミングやロジック動作の状態を検査する方法が知られている（特許文献２及び３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１５７６４号公報
【特許文献２】特開２００５−１９６３５号公報
【特許文献３】特開２００５−１９５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らは、ＬＡＤＡ法を実施すると共に、時間分解エミッション顕微鏡を用いてトランジェント発光を計測することを検討した。その結果、半導体デバイスに照射されたレーザ光の反射光（波長：１０６４ｎｍ）が、トランジェント発光を計測する光検出器の感度領域（波長：９００〜１４００ｎｍ）に含まれてしまうため、当該反射光がノイズ（バックグラウンドノイズ）の原因となることを見出した。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであり、半導体デバイスに照射されたレーザ光の反射光に起因するノイズが低減された半導体デバイス故障解析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するため、本発明の半導体デバイス故障解析装置は、半導体デバイスに多光子吸収を生じさせるパルスレーザ光を、前記半導体デバイスに照射するレーザ光源と、前記半導体デバイスの動作により発生する光の波長を含む波長領域に感度を有し、フォトンカウンティング測定可能な光検出器と、を備え、前記パルスレーザ光の波長は、前記光検出器が感度を有する前記波長領域から外れている。
【０００８】
本発明の半導体デバイス故障解析装置では、パルスレーザ光を半導体デバイスに照射することによって、半導体デバイスを構成する半導体材料を励起させ、半導体デバイスの動作タイミングに変動を発生させる。ここで、多光子吸収を用いているので、パルスレーザ光の波長を大きくしても半導体デバイスを構成する半導体材料を励起させることができる。例えば２光子吸収を用いる場合、半導体材料のバンドギャップエネルギーに対応する波長をλ１とすると、パルスレーザ光の波長をλ１の２倍以下とすることができる。その結果、光検出器が感度を有する波長領域にλ１が含まれていても、パルスレーザ光の波長を当該波長領域の最大波長より大きくすることができる。これにより、パルスレーザ光の波長を当該波長領域から外すことができる。よって、半導体デバイスによって反射されたパルスレーザ光が光検出器に入射しても、光検出器ではパルスレーザ光が殆ど検出されない。よって、半導体デバイスに照射されたパルスレーザ光の反射光に起因するノイズを低減することができる。
【０００９】
また、この光検出器は、フォトンカウンティング測定可能であるため、半導体デバイスの動作により発生する光（例えばトランジェント発光）が微弱、すなわち光子数が少なくても当該光を検出することができる。
【００１０】
したがって、本発明の半導体デバイス故障解析装置では、半導体デバイスにパルスレーザ光を照射することによって半導体デバイスの動作タイミングに変動を発生させながら、光検出器によって半導体デバイスの動作状態を測定することができる。このようにして、半導体デバイスの故障解析を行うことができる。
【００１１】
上記半導体デバイス故障解析装置は、前記半導体デバイスの前記動作に同期して、前記レーザ光源からの前記パルスレーザ光を変調して前記半導体デバイスに照射する光変調器を更に備えることが好ましい。
【００１２】
この場合、半導体デバイスにパルスレーザ光を照射して半導体デバイスの動作タイミングに変動を発生させると同時に、半導体デバイスの動作状態を測定することができる。
【００１３】
上記半導体デバイス故障解析装置は、前記半導体デバイスと前記光検出器との間の光路上に配置され、前記パルスレーザ光の波長を有する光を反射するダイクロイックミラーを更に備えることが好ましい。
【００１４】
たとえパルスレーザ光の波長が光検出器の感度を有する波長領域から外れていても、パルスレーザ光の波長に対して光検出器がわずかに感度を有する場合がある。この場合、振動子吸収等により暗電流値の上昇を招くおそれがある。その場合であっても、半導体デバイスによって反射されたパルスレーザ光の反射光が光検出器に到達する前に、当該反射光をダイクロイックミラーによって反射することができる。その結果、当該反射光の大部分が光検出器に到達しなくなるので、ノイズを更に低減することができる。
【００１５】
また、フォトンカウンティング測定可能な光検出器は微弱な光を計測するように設計されているため、１つの光子を増倍することによって微弱な光を検出する。そのため、レーザ光のように光子数の多い光（強度の強い光）が当該光検出器に入射すると、光検出器が故障するおそれがある。しかしながら、ダイクロイックミラーを用いると、パルスレーザ光の反射光の大部分が光検出器に到達しなくなるので、光検出器の故障を抑制できる。
【００１６】
上記半導体デバイス故障解析装置は、前記半導体デバイスと前記光検出器との間の光路上に配置され、前記パルスレーザ光の波長を有する光を遮断する光学フィルタを更に備えることが好ましい。
【００１７】
たとえパルスレーザ光の波長が光検出器の感度を有する波長領域から外れていても、パルスレーザ光の波長に対して光検出器がわずかに感度を有する場合がある。この場合、振動子吸収等により暗電流値の上昇を招くおそれがある。その場合であっても、半導体デバイスによって反射されたパルスレーザ光の反射光が光検出器に到達する前に、当該反射光を光学フィルタによって遮断することができる。その結果、当該反射光の大部分が光検出器に到達しなくなるので、ノイズを更に低減することができる。
【００１８】
また、フォトンカウンティング測定可能な光検出器は微弱な光を計測するように設計されているため、１つの光子を増倍することによって微弱な光を検出する。そのため、レーザ光のように光子数の多い光（強度の強い光）が当該光検出器に入射すると、光検出器が故障するおそれがある。しかしながら、光学フィルタを用いると、パルスレーザ光の反射光の大部分が光検出器に到達しなくなるので、光検出器の故障を抑制できる。
【００１９】
さらに、たとえダイクロイックミラーが長波長の光の一部（例えば約１％）透過させてしまっても、このような透過光を光学フィルタにより遮断することができる。
【００２０】
上記光学フィルタは帯域フィルタであってもよい。前記帯域フィルタがノッチフィルタであることが好ましい。この場合、狭い波長帯域の光を効果的に遮断することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、半導体デバイスに照射されたレーザ光の反射光に起因するノイズが低減された半導体デバイス故障解析装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態に係る半導体デバイス故障解析装置を模式的に示す図である。
【図２】第２実施形態に係る半導体デバイス故障解析装置を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
（第１実施形態）
【００２４】
図１は、第１実施形態に係る半導体デバイス故障解析装置を模式的に示す図である。図１にはＸＹＺ空間座標軸が示されている。図１に示される半導体デバイス故障解析装置１００は、パルスレーザ光を半導体デバイス１に照射するレーザ光源１７を備える。半導体デバイス１は、例えばＦＥＴトランジスタを含む半導体集積回路（ＬＳＩ）等のＤＵＴ（Device Under Test）である。半導体デバイス１は、電圧を印加できる状態であればよく、電極パッドが形成された半導体ウエハや半導体チップであってもよい。半導体デバイス１は、例えばＳｉ等の半導体材料から構成される。レーザ光源１７は、パルスレーザ光の出射を制御するコントローラを含む。パルスレーザ光は、半導体デバイス１の回路面に照射されてもよいし、裏面に照射されてもよい。
【００２５】
レーザ光源１７から出射されるパルスレーザ光は、ピコ秒又はフェムト秒パルスレーザ光であり、半導体デバイス１に例えば２光子吸収等の多光子吸収を生じさせる。半導体デバイス１がＳｉからなる場合、Ｓｉのバンドギャップエネルギーに対応する波長は室温で約１１１０ｎｍなので、２光子吸収を発生させるには、パルスレーザ光の波長を２１２８ｎｍ（＝１０６４ｎｍ×２）以下にすることが好ましい。パルスレーザ光の波長は、例えば１３００〜２１００ｎｍであり、一実施例において例えば１５５０ｎｍである。
【００２６】
半導体デバイス１は、例えば、半導体デバイス１を動作させる信号を発生するロジック信号発生器２２にケーブル２４ｄを介して接続されている。また、半導体デバイス１は、例えば、半導体デバイス１を動作させるための定電圧電源２３にケーブル２４ｅを介して接続されている。これにより、半導体デバイス１は、一定の動作を繰り返し実行する。なお、半導体デバイス１は、外部に配置されたＬＳＩテスタ２１に接続されてもよい。
【００２７】
半導体デバイス故障解析装置１００は、半導体デバイス１の動作に同期して、レーザ光源１７からのパルスレーザ光を変調して半導体デバイス１に照射する光変調器１８を更に備えることが好ましい。光変調器１８は、レーザ光源１７から出射されるパルスレーザ光のうち、一定の遅延時間及びパルス幅を有するパルス列を抜き出す。抜き出されたパルスレーザ光のパルス幅は１ｐｓ以下であることが好ましい。光変調器１８は、トリガーケーブル２４を介してロジック信号発生器２２に接続される。これにより、光変調器１８は半導体デバイス１の動作に同期可能となる。
【００２８】
半導体デバイス１とレーザ光源１７との間の光路上には、ダイクロイックミラー３及び光学系Ｓが配置されることが好ましい。ダイクロイックミラー３は、パルスレーザ光の波長を有する光を反射し、ダイクロイックミラー３を透過する光を１／１００以下にすることができる。ダイクロイックミラー３は、例えば、波長１５００ｎｍ以上の光を９０度反射させると共に、波長１５００ｎｍ未満の光を透過させる。半導体デバイス１とダイクロイックミラー３との間の光路上には、対物レンズ２を配置できる。光学系Ｓは、ダイクロイックミラー３とレーザ光源１７との間の光路上に配置される。
【００２９】
光学系Ｓは、レーザ光源１７からのパルスレーザ光が入射するパルスレーザ光入力ファイバーポート１３を有する。パルスレーザ光入力ファイバーポート１３は、光ファイバー２４ｂを介してレーザ光源１７及び光変調器１８に接続される。パルスレーザ光入力ファイバーポート１３からダイクロイックミラー３に向かって、光学系Ｓは、コリメートレンズ１０、偏光プリズム９、ＸＹ偏向用ガルバノミラー８、ＸＹ偏向用ガルバノミラー７及びλ／４位相板１１をこの順で含む。ＸＹ偏向用ガルバノミラー８及び７は、パルスレーザ光のＸＹ座標を調整する。
【００３０】
光学系Ｓは、半導体デバイス１によって反射されたパルスレーザ光の反射光が出射する反射光出力ファイバーポート１２を有する。反射光出力ファイバーポート１２は、光ファイバー２４ｃを介して反射光検出器１９に接続される。ダイクロイックミラー３から反射光出力ファイバーポート１２に向かって、光学系Ｓは、λ／４位相板１１、ＸＹ偏向用ガルバノミラー７、ＸＹ偏向用ガルバノミラー８、偏光プリズム９、コリメートレンズ１０ａ及び偏光フィルタ１２ａをこの順で含む。
【００３１】
また、半導体デバイス故障解析装置１００は、半導体デバイス１の動作により所定の確率で発生する光（例えばトランジェント発光）の波長を含む波長領域に感度を有する光検出器６を備える。光検出器６は、フォトンカウンティング測定可能である。半導体デバイス１の動作により発生する光は、例えば、半導体デバイス１のＦＥＴトランジスタをスイッチングさせる際にＦＥＴトランジスタを流れるスイッチング電流に伴って発生する過渡的なホットキャリアに起因する。光検出器６には、例えば光ファイバー２４ａを介してＸＹＴアナライザ１６が接続されている。ＸＹＴアナライザ１６は、トリガーケーブル２４を介してロジック信号発生器２２に接続される。これにより、ＸＹＴアナライザ１６は半導体デバイス１の動作に同期可能となる。
【００３２】
光検出器６は、例えば９００〜１４００ｎｍの波長領域（近赤外領域）に感度を有する。光検出器６が感度を有する波長領域は、例えば検出強度の最大値の１／１０３以上の検出強度を持つ領域と定義される。なお、長波長領域では、黒体輻射によるノイズが増大することにより、微弱なトランジェント発光を検出することが困難になる傾向にある。よって、光検出器６の検出感度の上限値（例えば１４００ｎｍ）を定めることが好ましい。パルスレーザ光の波長は、光検出器６が感度を有する波長領域から外れている。パルスレーザ光の波長は、光検出器６が感度を有する波長領域の最大波長よりも大きいことが好ましく、１００ｎｍ以上大きいことがより好ましい。
【００３３】
光検出器６は、時間分解エミッション測定可能な２次元検出器であることが好ましい。これにより、半導体デバイス１の位置情報及び動作タイミング情報の両方が得られる。具体的には、半導体デバイス１の測定箇所に対応するＸＹ座標情報と、半導体デバイス１の動作によるトランジェント発光スペクトルとをピコ秒精度で取得することができる。
【００３４】
光検出器６は、例えばＨｇＣｄＴｅ又はＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ等の光電変換材料からなる光電変換層を有することが好ましい。この場合、光検出器６は、９００ｎｍから光電変換材料のバンドギャップエネルギーに相当する波長（例えば１４００ｎｍ）までの波長領域に感度を有する。
【００３５】
光検出器６は、使用時に冷却されてもよい。例えば冷却温度を−１４０℃とすると、室温２０℃から１６０℃温度が低下している。この場合、光電変換材料のバンドギャップエネルギーに対応する波長が短波長側に約９３ｎｍシフトする。よって、光検出器６が９００〜１４００ｎｍの波長領域に感度を有する場合、冷却された光検出器６は９００〜１３０７ｎｍの波長領域に感度を有することになる。
【００３６】
半導体デバイス１と光検出器６との間の光路上には、ダイクロイックミラー３が配置されることが好ましい。ダイクロイックミラー３は、半導体デバイス１の動作により発生する光を透過するが、パルスレーザ光の波長を有する光を反射する。ダイクロイックミラー３と光検出器６との間の光路上には、光学フィルタ４が配置されることが好ましい。光学フィルタ４は、半導体デバイス１の動作により発生する光を透過するが、パルスレーザ光の波長を有する光を遮断する。光学フィルタ４は、例えばノッチフィルタ、ショートパスフィルタ等の帯域フィルタであることが好ましい。ノッチフィルタを用いると、狭い波長帯域の光を効果的に遮断することができる。光学フィルタ４と光検出器６との間の光路上には、瞳投影レンズ５を配置することができる。
【００３７】
半導体デバイス１、対物レンズ２、ダイクロイックミラー３、光学フィルタ４、瞳投影レンズ５及び光学系Ｓは、ＸＹＺステージ１４内に配置される。ＸＹＺステージ１４は、ケーブル２４ｊを介してＸＹＺステージコントローラ２０に接続されている。ＸＹＺステージコントローラ２０によってＸＹＺステージ１４が制御される。その結果、ＸＹＺステージ１４にセットされた半導体デバイス１を移動させることができる。ＸＹＺステージ１４は、暗箱１５内に収容されている。
【００３８】
ＸＹＺステージコントローラ２０は、ケーブル２４ｉを介してパーソナルコンピューター２５に接続されている。ＸＹＴアナライザ１６は、ケーブル２４ｆを介してパーソナルコンピューター２５に接続されている。レーザ光源１７及び光変調器１８は、ケーブル２４ｇを介してパーソナルコンピューター２５に接続されている。反射光検出器１９は、ケーブル２４ｈを介してパーソナルコンピューター２５に接続されている。
【００３９】
パーソナルコンピューター２５は、パーソナルコンピューター２５に制御信号を出力するためのコンソール２６に接続されている。パーソナルコンピューター２５及びコンソール２６により、ＸＹＴアナライザ１６、レーザ光源１７、光変調器１８、反射光検出器１９及びＸＹＺステージコントローラ２０は制御操作される。パーソナルコンピューター２５及びコンソール２６により、ＬＳＩテスタ２１及び定電圧電源２３を制御操作してもよいが、ＬＳＩテスタ２１及び定電圧電源２３をそれぞれ単独で制御操作してもよい。
【００４０】
続いて、半導体デバイス故障解析装置１００の動作の一例について説明する。
【００４１】
半導体デバイス故障解析装置１００では、レーザ光源１７から出射されたパルスレーザ光は、光変調器１８によって変調される。その後、パルスレーザ光は、光ファイバー２４ｂを通って、パルスレーザ光入力ファイバーポート１３に入射する。さらに、パルスレーザ光は、コリメートレンズ１０、偏光プリズム９、ＸＹ偏向用ガルバノミラー８、ＸＹ偏向用ガルバノミラー７及びλ／４位相板１１をこの順に通ってダイクロイックミラー３に入射する。ダイクロイックミラー３においてパルスレーザ光は反射され、対物レンズ２を通って半導体デバイス１に入射する。パルスレーザ光が半導体デバイス１に照射されると、多光子吸収により、電子とホールからなる電荷が半導体デバイス１に注入される。注入された電荷は、半導体デバイス１の動作タイミングに変動（ずれ）を発生させる。例えば、注入された電荷は、半導体デバイス１内のＦＥＴトランジスタに電流リーク及び電圧変動を発生させる。静状態で与えられた変動は、ＦＥＴトランジスタの動作点のシフトを発生させ、スイッチングタイムに変動を与える。その結果、ＦＥＴトランジスタの動作タイミングに変動が生じる。このようにして、半導体デバイス１の動作マージンを検証する。
【００４２】
一方、半導体デバイス１に入射したパルスレーザ光の一部は、半導体デバイス１によって反射され、パルスレーザ光の反射光は、対物レンズ２を通ってダイクロイックミラー３入射する。ダイクロイックミラー３において反射光の大部分（例えば約９９％）は反射され、λ／４位相板１１、ＸＹ偏向用ガルバノミラー７、ＸＹ偏向用ガルバノミラー８、偏光プリズム９、コリメートレンズ１０ａ及び偏光フィルタ１２ａをこの順に通って反射光出力ファイバーポート１２に入射する。その後、反射光は、光ファイバー２４ｃを通って反射光検出器１９に入射する。なお、反射光の一部（例えば約１％）は、ダイクロイックミラー３を透過することがある。しかし、ダイクロイックミラー３を透過した反射光は、光学フィルタ４によって遮断され、例えば１／１０６に減衰される。この場合、半導体デバイス１に照射されるパルスレーザ光のエネルギーが例えば１０ｍＷとすると、ダイクロイックミラー３に入射する光子数が３．９×１０１６個／秒であるのに対して、光学フィルタ４に入射する光子数が３．９×１０１４個／秒、光検出器６に入射する光子数が３．９×１０８個／秒となる計算になる。ただし、光検出器６が感度を有する波長領域の上限値を１３０７ｎｍ、パルスレーザ光の波長を１５５０ｎｍとした場合、パルスレーザ光の波長は光検出器６が感度を有する波長領域から外れるため、光検出器６におけるパルスレーザ光の検出量子効率は１／１０８未満となる。よって、光検出器６によって検出される光子数は１個／秒以下となるので、光検出器６には反射光がほとんど入射しない。
【００４３】
また、半導体デバイス１の動作により発生する光は、対物レンズ２、ダイクロイックミラー３、光学フィルタ４及び瞳投影レンズ５をこの順に経由して光検出器６に到達する。これにより、半導体デバイス１の動作により発生する光が検出される。なお、半導体デバイス１の動作によって光が発生するタイミングも、パルスレーザ光の照射による半導体デバイス１の動作タイミングの変動によって変動する。
【００４４】
ＬＳＩテスタ２１又はロジック信号発生器２２は、半導体デバイス１の動作タイミングの基準信号を出力する。その基準信号は、トリガーケーブル２４を介して、ＸＹＴアナライザ１６及び光変調器１８に入力される。この基準信号を時間の基準として、ＸＹＴアナライザ１６及び光変調器１８を、半導体デバイス１の動作と同期させることができる。
【００４５】
以上説明したように、半導体デバイス故障解析装置１００は、半導体デバイス１に多光子吸収を生じさせるパルスレーザ光を、半導体デバイス１に照射するレーザ光源１７と、半導体デバイス１の動作により発生する光の波長を含む波長領域に感度を有し、フォトンカウンティング測定可能な光検出器６とを備えている。また、パルスレーザ光の波長は、光検出器６が感度を有する波長領域から外れている。
【００４６】
半導体デバイス故障解析装置１００では、パルスレーザ光を半導体デバイス１に照射することによって、半導体デバイス１を構成する半導体材料を励起させ、半導体デバイス１の動作タイミングに変動を発生させる。ここで、多光子吸収を用いているので、パルスレーザ光の波長を大きくしても半導体デバイス１を構成する半導体材料を励起させることができる。例えば２光子吸収を用いる場合、半導体材料のバンドギャップエネルギーに対応する波長をλ１とすると、パルスレーザ光の波長を２λ１以下とすることができる。その結果、光検出器６が感度を有する波長領域にλ１が含まれていても、パルスレーザ光の波長を当該波長領域の最大波長より大きくすることができる。これにより、パルスレーザ光の波長を当該波長領域から外すことができる。よって、半導体デバイス１によって反射されたパルスレーザ光が光検出器６に入射しても、光検出器６ではパルスレーザ光が殆ど検出されない。よって、半導体デバイス１に照射されたパルスレーザ光の反射光に起因するノイズを低減することができる。
【００４７】
また、光検出器６は、フォトンカウンティング測定可能であるため、半導体デバイス１の動作により発生する光（例えばトランジェント発光）が微弱、すなわち光子数が少なくても当該発光を検出することができる。これにより、半導体デバイス１の動作状態を高精度に測定することができるので、半導体デバイス１の故障解析を行うことができる。
【００４８】
したがって、半導体デバイス故障解析装置１００では、半導体デバイス１にパルスレーザ光を照射することによって半導体デバイス１の動作タイミングに変動を発生させながら、光検出器６によって半導体デバイス１の動作状態を高精度に測定することができる。このため、半導体デバイス１の動作タイミングの変動と、半導体デバイス１の動作状態との関係を高精度に解析することができる。
【００４９】
また、半導体デバイス故障解析装置１００は、半導体デバイス１の動作に同期して、レーザ光源１７からのパルスレーザ光を変調して半導体デバイス１に照射する光変調器１８を更に備えることが好ましい。この場合、半導体デバイス１にパルスレーザ光を照射して半導体デバイス１の動作タイミングに変動を発生させると同時に、半導体デバイス１の動作状態を測定することができる。
【００５０】
また、半導体デバイス故障解析装置１００が、ダイクロイックミラー３又は光学フィルタ４を更に備えることが好ましい。
【００５１】
たとえパルスレーザ光の波長が光検出器６が感度を有する波長領域から外れていても、パルスレーザ光の波長に対して光検出器６がわずかに感度を有する場合がある。この場合、振動子吸収等により暗電流値の上昇を招くおそれがある。その場合であっても、半導体デバイス１によって反射されたパルスレーザ光の反射光が光検出器６に到達する前に、当該反射光をダイクロイックミラー３によって反射する、又は光学フィルタ４によって遮断することができる。その結果、当該反射光の大部分が光検出器６に到達しなくなるので、ノイズを更に低減することができる。
【００５２】
また、フォトンカウンティング測定可能な光検出器６は微弱な光を計測するように設計されているため、１つの光子を増倍することによって微弱な光を検出する。そのため、レーザ光のように光子数の多い光（強度の強い光）が光検出器６に入射すると、光検出器６が故障するおそれがある。しかしながら、ダイクロイックミラー３又は光学フィルタ４を用いると、パルスレーザ光の反射光の大部分が光検出器６に到達しなくなるので、光検出器６の故障を抑制できる。
【００５３】
さらに、ダイクロイックミラー３及び光学フィルタ４の両方を用いることが好ましい。この場合、たとえダイクロイックミラー３が長波長の光の一部（例えば約１％）を透過させてしまっても、このような透過光を光学フィルタ４により遮断することができる。
（第２実施形態）
【００５４】
図２は、第２実施形態に係る半導体デバイス故障解析装置を模式的に示す図である。図２にはＸＹＺ空間座標軸が示されている。図２に示される半導体デバイス故障解析装置１００Ａは、光検出器６に代えて光検出器２８を備え、ダイクロイックミラー３、光学フィルタ４及び瞳投影レンズ５に代えてミラー２７を備え、光学系Ｓに代えて光学系Ｓ１を備えること以外は、半導体デバイス故障解析装置１００と同様の構成を有している。光学系Ｓ１は、光学系Ｓの構成に加えて、ダイクロイックミラー３及び光学フィルタ４を含む。光学系Ｓ１において、ダイクロイックミラー３は、反射光出力ファイバーポート１２と偏光フィルタ１２ａとの間の光路上に配置される。光学フィルタ４は、ダイクロイックミラー３と光検出器２８との間の光路上に配置される。
【００５５】
光検出器２８は、フォトンカウンティング測定可能なポイント測光型検出器であることが好ましい。ポイント測光型検出器としては、例えば、光電子増倍管（ＰＭＴ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、超伝導単一光子検出器（ＳＳＰＤ）等が挙げられる。
【００５６】
半導体デバイス故障解析装置１００Ａでは、半導体デバイス故障解析装置１００と同様の作用効果が得られる。例えば、半導体デバイス１によって反射されたパルスレーザ光の反射光及び半導体デバイス１の動作により発生する光は、対物レンズ２を通ってミラー２７によって反射される。反射光及び発光は、λ／４位相板１１、ＸＹ偏向用ガルバノミラー７、ＸＹ偏向用ガルバノミラー８、偏光プリズム９、コリメートレンズ１０ａ、偏光フィルタ１２ａをこの順に通ってダイクロイックミラー３に入射する。ダイクロイックミラー３において、長波長の光である反射光はダイクロイックミラー３を通って反射光出力ファイバーポート１２に入射する。一方、短波長の光である発光はダイクロイックミラー３によって反射され、光学フィルタ４を通って光検出器２８に入射する。ここで、長波長の光である反射光の一部は、ダイクロイックミラー３によって反射されることがある。この場合でも、光学フィルタ４によって、長波長の光である反射光の一部が光検出器２８に入射することを抑制できる。
【００５７】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
【００５８】
例えば、半導体デバイス１と光検出器６又は光検出器２８との間の光路上に、更なる光学フィルタ、ミラー、プリズムといった光学部材を配置してもよい。また、半導体デバイス１とダイクロイックミラー３との間の光路上に光学フィルタ４を配置してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１…半導体デバイス、３…ダイクロイックミラー、４…光学フィルタ、６，２８…光検出器、１７…レーザ光源、１８…光変調器、１００，１００Ａ…半導体デバイス故障解析装置。
【図１】
2011075441.tif 000003
【図２】
2011075441.tif 000004