(57)【要約】【課題】電源電流が不安定な断線故障を容易に検出できる半導体装置の故障解析装置を提供する。【解決手段】被測定半導体装置に変調レーザ光を走査しながら照射するレーザ変調／走査部と、被測定半導体装置に電源電圧を周期的に変動させながら供給する変動電源発生器と、を備え、レーザ光の照射による被測定半導体装置の電源電流の変化を電源電圧を変えながらレーザ光の変調に同期して検出し、被測定半導体装置の故障箇所を解析する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定半導体装置に変調レーザ光を走査しながら照射するレーザ変調／走査部と、
前記被測定半導体装置に電源電圧を周期的に変動させながら供給する変動電源発生器と、を備え、
前記レーザ光の照射による前記被測定半導体装置の電源電流の変化を前記電源電圧を変えながら前記レーザ光の変調に同期して検出し、前記被測定半導体装置の故障箇所を解析する半導体装置の故障解析装置。
【請求項２】
前記レーザ変調／走査部が１箇所を走査する時間内に前記変動電源発生器は１周期以上電源電圧を変動させ、前記１箇所につき、前記レーザ光の変調に同期した電源電流の変化を異なる電源電圧で測定できるようにすることを特徴とする請求項１記載の故障解析装置。
【請求項３】
前記レーザ変調／走査部は、オンオフによって前記レーザ光を変調し、
前記変動電源発生器は、前記電源電圧を０Ｖから前記被測定半導体装置の最大許容電圧までの範囲内で正弦波又は三角波状に変動することができるようにしたことを特徴とする請求項１又は２いずれか１項記載の故障解析装置。
【請求項４】
前記変動電源発生器は三角波状に電源電圧を変動することを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の故障解析装置。
【請求項５】
前記レーザ光の照射による前記被測定半導体装置の電源電流の変動量を検出する電流変動検出器と、前記電流変動検出器が検出した電源電流の変動量のうち、前記レーザ光の変調に同期した成分を増幅するロックインアンプと、をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項記載の故障解析装置。
【請求項６】
前記ロックインアンプの増幅した信号を画像データに変換する画像制御部と、前記画像データを表示する画像表示部と、をさらに備えることを特徴とする請求項５記載の故障解析装置。
【請求項７】
前記画像表示部が表示する１画素に対して、前記変動電源発生器は２周期以上電源電圧を変動させ、前記１画素に対して、前記レーザ光の変調に同期した電源電流の変化を異なる電源電圧で測定できるようにすることを特徴とする請求項６記載の故障解析装置。
【請求項８】
前記レーザ光は、近赤外レーザであることを特徴とする請求項１乃至７いずれか１項記載の故障解析装置。
【請求項９】
被測定半導体装置に周期的に変動する電源電圧を与え、前記周期的に変動する電源電圧が特定の電源電圧で変動している時に前記被測定半導体装置の特定箇所に変調レーザ光を照射し、前記レーザ光の照射による前記被測定半導体装置の電源電流の変化を前記レーザ光の変調周期に同期して検出する第１の工程と、
前記第１の工程を前記周期的に変動する電源電圧が前記特定の電源電圧とは異なる電源電圧で変動している時に繰り返す第２の工程と、
前記特定箇所を変えて、前記被測定半導体装置の平面を走査して前記第１及び第２の工程を繰り返す第３の工程と、
前記第１乃至第３の工程の測定結果を出力し、前記被測定半導体装置の故障を解析する第４の工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の故障解析方法。
【請求項１０】
前記レーザ光の照射による被測定半導体装置の電源電流の変化が前記レーザ光の照射による加熱によるものであることを特徴とする請求項９記載の半導体装置の故障解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の故障解析装置及び半導体装置の故障解析方法に関する。特に、半導体装置にレーザ光を照射して電源電流の変化を測定することによって故障箇所を解析する故障解析装置及び故障解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路は微細化，多層配線構造化，大規模化，高速化，複合化へと進化しており，半導体装置の故障解析を困難にしている。プローブ（探針）をあてることが困難な半導体装置の故障を非接触で解析する方法として、被測定対象となる半導体装置に赤外レーザ光を照射し、レーザ光の照射による半導体装置の発熱による電流変化を検出するいわゆるＯＢＩＲＣＨ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｂｅａｍ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ＣＨａｎｇｅ）法による故障解析装置が知られている。
【０００３】
図９は、特許文献１に記載されている従来のＯＢＩＲＣＨ法による半導体装置の故障解析装置である。図９は、電源電流が少ない１００ｍＡ以下の場合に適した構成である。故障解析の実施対象となる被測定半導体装置２は試料台３の上に配置される。定電流／電圧源９は、一定の電圧または電流を被測定半導体装置２の電源（ＶＤＤ）に供給する。レーザ変調／走査部１は、変調されたレーザ光２１を微小スポット径に収束して、被測定半導体装置２のチップ表面または裏面に対して直交する二次元方向に走査しながら照射する。ロックインアンプ５は、レーザ変調／走査部１と同期したレーザ光の加熱効果による被測定半導体装置２の電流または電圧変化を増幅して画像制御部６へ送信する。画像制御部６は、ロックインアンプ５から出力された信号をレーザ変調／走査部１の走査周波数に同期させて画像信号（解析画像）に変換し、また被測定半導体装置２に形成された回路および配線のパターン画像を示す画像信号（パターン画像）に変換して画像表示部８へ転送する。画像表示部８は、画像制御部６から転送された解析画像、パターン画像およびそれらの合成画像を表示する。
【０００４】
図１０は、特許文献２に記載されている電源電流が１００ｍＡ以上の高い場合に適した従来の故障解析装置の構成である。故障解析の対象となる被測定半導体装置２は試料台３の上に配置される。定電流／電圧源９は、一定の電圧または電流を被測定半導体装置２の電源（ＶＤＤ）に供給する。レーザ変調／走査部１は、変調されたレーザ光２１を微小スポット径に収束して、被測定半導体装置２のチップ表面または裏面に対して直交する二次元方向に走査しながら照射する。電流変動検出器４は、レーザ光の加熱効果による被測定半導体装置２の電流変化を検出して、ロックインアンプ５へ、その電流に伴う信号を送る。ロックインアンプ５は、レーザ変調／走査部１と同期した電流変動検出器４からの信号成分を増幅して画像制御部６へ送信する。画像制御部６は、ロックインアンプ５から出力された信号をレーザ変調／走査部１の走査周波数に同期させて画像信号（解析画像）に変換し、また被測定半導体装置２に形成された回路および配線のパターン画像を示す画像信号（パターン画像）に変換して画像表示部８へ転送する。画像表示部８は、画像制御部６から転送された解析画像、パターン画像およびそれらの合成画像を表示する。
【０００５】
図１１は、特許文献３に記載されている故障解析装置のブロック図である。図１１の故障解析装置は、レーザ光３１には変調を行わずに照射し、電源電圧ＶＤＤにリップルを与え、そのリップルに同期した電流の変化をロックインアンプ５で検出する。故障解析対象となる被測定半導体装置２は試料台３の上に配置される。定電圧／電流源９からリップル重畳回路１０へ一定の電圧または電流が供給され、また同時にパルス発生器１１からリップルをリップル重畳回路１０へ供給される。リップル重畳回路１０では一定の電圧または電流にリップルを重畳させて、被測定半導体装置２の電源（ＶＤＤ）に供給する。レーザ走査部１２は、変調のかけないレーザ光３１を微小スポット径に収束して、被測定半導体装置２のチップ表面または裏面に対して直交する二次元方向に走査しながら照射する。ロックインアンプ５は、レーザ光の加熱効果による被測定半導体装置２の電流変化のリップル周波数成分を増幅して画像制御部６へ送信する。画像制御部６は、ロックインアンプ５から出力された信号を画像信号（解析画像）に変換し、また被測定半導体装置２に形成された回路および配線のパターン画像を示す画像信号（パターン画像）に変換して画像表示部８へ転送する。画像表示部８は、画像制御部６から転送された解析画像、パターン画像およびそれらの合成画像を表示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１４５７９５号公報
【特許文献２】特開２００４−２６４０３０号公報
【特許文献３】特開２００７−２６６１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以下の分析は本発明により与えられる。近年、ＬＳＩの微細化に伴うエレクトロマイグレーションの耐性向上および低抵抗化を実現するため、ダマシン法による銅配線が主流になっている。従来のアルミを主体とした配線で用いたエッチング法は、ウェハー全面に配線膜を形成した後に必要な配線部分を残して他部分を除去しているのに対し、ダマシン法は層間膜に配線となる部分の溝を形成した後に銅をメッキして平坦化することにより作製している。エッチング法では除去時の異物等により配線間のアルミ等の残りによる短絡故障が発生する可能性が高かったが、ダマシン法ではメッキ時の形成不良による断線故障の発生頻度が短絡故障に比べ高くなっている。
【０００８】
一方、断線故障は電源電流が不安定なため、従来一般的に用いられている上述したＯＢＩＲＣＨ法による故障解析装置やフォトエミッション解析装置では検出できない場合がある。従来のＯＢＩＲＣＨ装置では光加熱による電源電流の変化を検出することにより故障を検出するが、電源電流が不安定では真の変化量をとらえることが出来ない可能性が高い。また、フォトエミッション装置では発光検出時の電源電流の値によっては、発光を検出できない可能性があり、新しい解析装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの側面による半導体装置の故障解析装置は、被測定半導体装置に変調レーザ光を走査しながら照射するレーザ変調／走査部と、前記被測定半導体装置に電源電圧を周期的に変動させながら供給する変動電源発生器と、を備え、前記レーザ光の照射による前記被測定半導体装置の電源電流の変化を前記電源電圧を変えながら前記レーザ光の変調に同期して検出し、前記被測定半導体装置の故障箇所を解析する。
【００１０】
また、別な側面による半導体装置の故障解析方法は、被測定半導体装置に周期的に変動する電源電圧を与え、前記周期的に変動する電源電圧が特定の電源電圧で変動している時に前記被測定半導体装置の特定箇所に変調レーザ光を照射し、前記レーザ光の照射による前記被測定半導体装置の電源電流の変化を前記レーザ光の変調周期に同期して検出する第１の工程と、前記第１の工程を前記周期的に変動する電源電圧が前記特定の電源電圧とは異なる電源電圧で変動している時に繰り返す第２の工程と、前記特定箇所を変えて、前記被測定半導体装置の平面を走査して前記第１及び第２の工程を繰り返す第３の工程と、前記第１乃至第３の工程の測定結果を出力し、前記被測定半導体装置の故障を解析する第４の工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電源電圧を変動させて、レーザ光の変調に同期して電源電流の変化を測定するので、レーザ光の照射による電源電流の変化を電源電圧を変えて測定することができる。この方法によれば、従来解析が困難だった断線故障の解析を比較的容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例による半導体装置の故障解析装置の構成を示すブロック図である。
【図２】一実施例における被測定半導体装置に対するレーザの走査方向を示す図である。
【図３】一実施例におけるレーザ変調波形と電源電圧ＶＤＤの変動波形との関係を示す図である。
【図４】インバータの断線故障の等価回路図である。
【図５】断線故障を想定した実験回路図である。
【図６】断線故障を想定した実験における電源電圧と入力電圧を変動させた場合の実験結果を示す図である。
【図７】別な実施例による半導体装置の故障解析装置の構成を示すブロック図である。
【図８】別な実施例におけるレーザ変調波形と電源電圧ＶＤＤの変動波形との関係を示す図である。
【図９】従来の半導体装置の故障解析装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】別な従来の半導体装置の故障解析装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】さらに別な従来の半導体装置の故障解析装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施例の詳細について説明する前に、本発明の実施形態の概要について、あらかじめ説明しておく。なお、概要の説明において引用する図面及び図面の符号は実施形態の一例として示すものであり、それにより本発明による実施形態のバリエーションを制限するものではない。
【００１４】
本発明の一実施形態による半導体装置の故障解析装置は、一例として図１（又は図７）に示すように、被測定半導体装置２に変調レーザ光２１を走査しながら照射するレーザ変調／走査部１と、被測定半導体装置２に電源電圧を周期的に変動させながら供給する変動電源発生器７（７ａ）と、を備え、レーザ光２１の照射による被測定半導体装置２の電源電流の変化を電源電圧を変えながら（図３、図８の電圧変動波形参照）レーザ光２１の変調（図３、図８のレーザ変調波形参照）に同期して検出し、被測定半導体装置２の故障箇所を解析する。上記構成によれば、レーザ光２１の照射による半導体装置の電源電流の変化を電源電圧を変えながら行うので、定電圧電源や定電流電源では、測定できなかった電源電流のレーザ光２１照射による変化の異常を異なる電源電圧で測定することができる。また、レーザ光を変調させて、レーザ光２１の変調に同期して電源電流の変化を測定するので、電源電流の変動のうち、レーザ光２１の照射に基づく電源電流の変化を抽出することができる。
【００１５】
また、レーザ変調／走査部１が１箇所（図２の１ピクセルに相当）を走査する時間内に変動電源発生器７（７ａ）は１周期以上電源電圧を変動させ、上記１箇所につき、レーザ光２１の変調に同期した電源電流の変化を異なる電源電圧で測定できるようにしてもよい。上記のように電源電圧を変動させれば、被測定半導体装置２の各測定部位毎に電源電圧を一通り変化させて異なる電圧でのレーザ照射による電源電流の変化を測定することができる。
【００１６】
また、レーザ変調／走査部１は、オンオフによってレーザ光を変調し、変動電源発生器７（７ａ）は、電源電圧を０Ｖから被測定半導体装置２の最大許容電圧までの範囲内で正弦波（図３参照）又は三角波（図８参照）状に変動することができるようにするものであってもよい。レーザ光２１の照射による電源電流の変化を測定するのであるから、照射の有無による差異が明確になるように、レーザ光はディジタル的にオンオフを繰り返すことが望ましい。一方、電源電圧の変動波形は、変化の途中の電圧で測定を行うので、正弦波又は三角波であることが望ましい。
【００１７】
また、一例として図７、図８に示すように、変動電源発生器７ａは三角波状に電源電圧を変動するものであってもよい。三角波にすれば、電源電圧を変動する範囲で、各電源電圧で均等におなじ回数だけレーザ照射による電源電流の変化を測定することができる。
【００１８】
さらに、レーザ光２１の照射による被測定半導体装置２の電源電流の変動量を検出する電流変動検出器４と、電流変動検出器４が検出した電源電流の変動量のうち、レーザ光の変調に同期した成分を増幅するロックインアンプ５と、をさらに備えるものであってもよい。電源電流はノイズ等様々な原因によって変動するが、ロックインアンプ５をレーザ変調／走査部１の変調に同期させることによって、電源電流の変動成分のうち、レーザ光２１の照射による電源電流の変化のみを抽出することができる。
【００１９】
また、ロックインアンプ５の増幅した信号を画像データに変換する画像制御部６と、画像データを表示する画像表示部８と、をさらに備えるものであってもよい。ロックアンプ５の増幅した信号を画像データに変換し、その画像データを表示することによって、解析者は画像を見ながら容易に故障解析を行うことができる。
【００２０】
画像表示部８が表示する１画素に対して、変動電源発生器７（７ａ）は２周期以上電源電圧を変動させ、１画素に対して、レーザ光の変調に同期した電源電流の変化を異なる電源電圧で測定できるようにするものであってもよい。そのようにすれば、１画素毎の測定結果には、異なる電源電圧での測定結果が含まれることになる。１画素毎に輝度や色を変えて表示することができれば、１画素毎に各電源電圧の測定結果を重ね合わせて表示をしたり、電源電圧毎の測定結果を色を変えて表示したりすることにより、容易に解析を行うことができる。
【００２１】
また、上記レーザ光２１は、近赤外レーザである。一般的な半導体装置にレーザ光を照射すると、光照射による電子、正孔対が生成させることによる電流変化（ＯＢＩＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｂｅａｍ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）と、光照射した瞬間に温度上昇し、その温度上昇に起因する抵抗値の変化による電流変化（ＯＢＩＲＣＨ）が生じる。例えば、波長１３００ｎｍの近赤外レーザを使用することにより、ＯＢＩＣ信号を抑制し、ＯＢＩＲＣＨ信号を検出することができる。
【００２２】
さらに、図１等に示すように、本発明の一実施形態による半導体装置の故障解析方法は、被測定半導体装置２に周期的に変動する電源電圧を与え（一例として図３、図８のＶＤＤ変動波形参照）、周期的に変動する電源電圧が特定の電源電圧で変動している時に被測定半導体装置２の特定箇所（一例として図２の１ピクセル）に変調レーザ光２１を照射し、レーザ光２１の照射による被測定半導体装置２の電源電流の変化をレーザ光の変調周期に同期して検出する第１の工程と、第１の工程を周期的に変動する電源電圧が特定の電源電圧とは異なる電源電圧で変動している時に繰り返す第２の工程と、特定箇所を変えて、被測定半導体装置２の平面を走査して前記第１及び第２の工程を繰り返す第３の工程と、
第１乃至第３の工程の測定結果を出力し、被測定半導体装置２の故障を解析する第４の工程と、を含む。
【００２３】
例えば、図３、図８において、１回レーザ光をオンオフさせる毎にレーザ光２１の照射による電源電流の変動を検出できる。このレーザ光のオンオフ（変調）を繰り返せば、電源電圧（ＶＤＤ）を周期的に変動させているので、異なった電源電圧で電源電圧が変動しているときのレーザ光２１の照射による電源電流の変動が検出できる（第１の工程及び第２の工程）。この異なった電源電圧で電源電圧が変動しているときのレーザ光２１の照射による電源電流の変動の検出を被測定半導体装置２に対してレーザ光を照射する位置を変えて被測定半導体装置２の平面を走査して行う（図２参照）。この測定結果を画像として表示させれば故障解析を行うことができる。また、レーザ光の照射及び走査は、被測定半導体装置２の表面からレーザ光を照射し、表面から被測定半導体装置２の半導体基板の平面を走査してもよいし、被測定半導体装置２の半導体基板の裏面からレーザ光を照射し、半導体基板の裏面から半導体基板表面の平面を走査してもよい。
【００２４】
また、レーザ光２１の照射による被測定半導体装置２の電源電流の変化がレーザ光の照射による加熱によるものであってもよい。すなわち、ＯＢＩＲＣＨ法による電源電流の変化を検出するものであってもよい。レーザ光は近赤外レーザによるものが好ましいが、レーザ光の加熱による電源電流の変化が観測できれば、近赤外レーザ以外のレーザ光をもちいてもよい。
【００２５】
次に、具体的な実施例の説明に入る前に、すでに発明が解決しようとする課題の欄で述べた従来のＯＢＩＲＣＨ装置では、断線故障の検出が困難であった理由について、もう少し補足して説明する。
【００２６】
図４は、インバータの入力配線に断線故障がある場合の等価回路図である。インバータ４１の入力信号のノードＡ点は、入力信号配線を介してインバータ４１の入力端子Ｂ点に接続されている。このＡ点とＢ点との間の入力信号配線には、断線故障がある。インバータの入力端子Ｂ点の電圧は、Ａ点の電位と、断線間（Ａ点とＢ点の間）、Ｂ点側の配線と隣接配線間およびＶＤＤ／ＧＮＤ間の浮遊容量等で決定され、時間的に変化する。図５のとおり、インバータ４１の入力電圧を変動させ、その電圧毎にＶＤＤ値を変動させて従来の解析装置、具体的には浜松ホトニクス社製のｕＡＭＯＳ−２００（「ｕＡＭＯＳ」は浜松ホトニクス社の登録商標）で反応（レーザ照射による電流変動）を検出した結果の例を図６に示す。
【００２７】
図６は、インバータ４１の入力電圧と、電源電圧ＶＤＤの値の組み合わせによって、レーザ光の照射によりインバータ４１を流れる電源電流に反応が得られたか、否かを示す図である。図６中の「あり」（太枠内）は反応が得られた入力電圧と電源電圧との組み合わせを示し、図６中の「なし」は反応が得られなかった入力電圧と電源電圧との組み合わせを示す。図６に示すとおり、入力電圧に対して反応が得られる電源電圧の値は異なる。前述したように断線故障の場合は浮遊容量等により入力電圧が定まらないため、反応が得られるＶＤＤ値は解析前に知ることが出来ない。
【００２８】
これに対し、図９や図１０に示す従来の装置では、一定の電圧を被測定半導体装置２のＶＤＤに供給するため、電圧値によっては反応が得られない場合がある。また、図１１に示すようにリップルを電源電圧に重畳した場合も、リップル周波数成分以外のノイズを取り除いてＳ／Ｎを向上させる効果はあるが、一定の電源電圧に対する反応しか得られない。また、レーザ変調を行わないのでレーザ照射に起因する電流変動成分のみを抽出することもできない。
【００２９】
以下、本発明の実施例について、図面を参照してより詳しく説明する。
【実施例１】
【００３０】
［実施例１の故障解析装置の構成］
図１は、実施例１による半導体装置の故障解析装置１０１の構成を示すブロック図である。ただし、図１に示す構成の中で、被測定半導体装置２は、故障解析装置１０１には、含まれない。故障解析装置１０１は、被測定半導体装置２の故障を解析するための装置である。図１において、被測定半導体装置２は、試料台３の上に載置される。変動電源発生器７は、周期的に変動する電源電圧を電流変動検出器４を介して被測定半導体装置２の電源端子（ＶＤＤ端子とＧＮＤ端子）に供給する。レーザ変調／走査部１は、変動電源発生器７の電源が変動する周期より早い一定の周期でオンオフ変調されたレーザ光２１を被測定半導体装置２に照射する。レーザ変調／走査部１は、レーザ光２１を微小スポット径に収束して、被測定半導体装置２のチップ表面または裏面に対して直交する二次元方向に走査しながら照射する。
【００３１】
電流変動検出器４は、１次巻線と２次巻線コイルから構成され、１次巻線に被測定半導体装置２の電流を流し、その電流変動が起こす磁界の変化により、コイルの２次巻線に誘起される電流を検出する。レーザ光の加熱効果による被測定半導体装置２の電源電流の変化をこの電流変動検出器４で検出して、ロックインアンプ５へその電流変化に伴う信号を送る。ロックインアンプ５は、レーザ変調／走査部１からレーザ変調／走査信号を受けて、電流変動検出器４からの電流変動信号のうち、レーザ変調に同期した信号成分を増幅して画像制御部６へ送信する。画像制御部６は、ロックインアンプ５から出力された信号をレーザ変調／走査部１の走査周波数に同期させて、画素毎の信号成分を積算して画像信号（解析画像）に変換し、また被測定半導体装置２に形成された回路および配線のパターン画像を示す画像信号（パターン画像）に変換して画像表示部８へ転送する。画像表示部８は、画像制御部６から転送された解析画像、パターン画像およびそれらの合成画像を表示する。
【００３２】
［実施例１の故障解析装置の動作］
次に実施例１の故障解析装置１０１の動作について説明する。故障解析装置１０１は、図２に示すとおり、レーザ光がチップ表面または裏面上を微小スポット径で二次元方向に走査（ラスタスキャン）しながら、照射され、解析画像の各画素（ピクセル）についてレーザ光の照射による電源電流の変化量を検出する。図２において、二次元の座標をＸＹ座標で表すと、１ピクセル毎に変調レーザ光が照射され、電流変動検出器４により検出された電流変動信号のうち、ロックインアンプ５により変調信号に同期した成分が増幅され画像制御部６で積算される。１画素（ピクセル）の測定が終了すると、レーザ変調／走査部１はＸ方向にレーザ光２１を照射する位置をずらし、次の画素（ピクセル）に対して照射を開始する。電流変動検出器４と、ロックインアンプ５は、次の画素の電流変動信号を測定し、画像制御部６はその次の画素の電流変動信号を積算した画像信号を得る。Ｘ軸上を解析領域の端までスキャンしたら、Ｙ軸上の座標を変え、Ｘ軸座標を初期値に戻し、解析対象とするＸＹ座標上のすべての領域について、画像信号を得る。この様にして図２に示すように、レーザ変調／走査部１は、被測定半導体装置２の素子形成面上を表面又は裏面から走査し、各画像表示部８に表示する各画素の表示信号を得る。
【００３３】
図３は、１画素毎の測定における変動電源発生器７の電源電圧ＶＤＤの変動波形と、レーサ変調／走査部１の照射するレーザ光２１の変調波形を示す。電源電圧ＶＤＤの変動波形は、正弦波で振幅が最小電圧０Ｖから最大電圧は被測定半導体装置２の最大許容電圧までの範囲内で設定される。また、変動周波数は１画素（ピクセル）に対して少なくとも１回のサイクル、望ましくは複数のサイクルが存在するように設定される。変動電源発生器７の電源の変動周期と、レーザ変調／走査部１の１画素当たりの走査時間は、同期が取れていることが望ましい。画素毎に電源電圧ＶＤＤの変動回数を等しくするためである。図３では、１つの画素に対して電源電流の変動を測定する１ピクセル時間に３回電源電圧ＶＤＤを変動させている。
【００３４】
また、レーザ変調波形は、レーザをオンオフする矩形波で表される。レーザをオンオフする周波数は電源電圧ＶＤＤの変動１サイクルに対して複数回オンオフするサイクルが存在するように設定される。例えば、５１２ｘ５１２サイズの解析画像を６００秒で取得する場合、１画素当たりの取得時間は、約２．３ミリ秒（周波数約４３８Ｈｚ）となるため、電源電圧ＶＤＤの変調周波数は４３８Ｈｚ以上、好ましくはその１０倍以上の５ｋＨｚ以上に設定し、レーザ変調はその１００倍以上の５００ｋＨｚ以上で電源電圧ＶＤＤの変調周波数の整数倍になるようにすることが望ましい。例えば電源電圧の変動周期を５ｋＨＺにする場合には、レーザ変調周期は５００ｋＨｚなどに設定することが望ましい。
【００３５】
基本的には、レーザ光２１のオンオフ１回毎にレーザ光の照射による電源電流の変化が測定できるので、上述の例のとおり、電源電圧ＶＤＤ周波数５ｋＨｚ、レーザ周波数５００ｋＨｚとして、電源電圧ＶＤＤの振幅を１Ｖから３Ｖ（中心電圧２Ｖ）とした場合、電源電圧ＶＤＤが１Ｖから３Ｖの間で１周期変動する間に、電源電圧を変えて、レーザ光２１のオンオフに起因する電源電流の測定を１００回行うことになる。１画素当たりの取得時間に対して上述したとおり、電源電圧ＶＤＤの変動周期が１０回あることになるので、結局、１画素に対して１Ｖから３Ｖまで約２０ｍＶ（＝（３Ｖ−１Ｖ）÷（５００ｋＨｚ÷５ｋＨｚ））間隔のＶＤＤ値に対する電流変化量を１０回積算することができる。
【００３６】
この実施例では、画像制御部６において、１画素の電流変化量はその全ての電源電圧ＶＤＤの値における電流変化量の積算値で決定されて画像表示部８へ送信される。画像表示部８では、２５６階調色で電流増加した場合は白系、電流現象した場合は黒系で表される（解析画像）。予め採取しておいた被測定半導体装置２のパターン像とこの解析画像を重ね合わせることにより、故障箇所が特定される。
【００３７】
上述した実施例１によれば、インバータ４１の入力配線に断線故障がある場合（図４、図５、図６参照）、浮遊容量等によりインバータ４１の入力端子電圧が定まらないため、レーザ照射による電流変化が得られる電源電圧ＶＤＤの値は解析前に知ることが出来ない。図９乃至図１１等に示す従来の故障解析装置では、一定の電源電圧ＶＤＤの値に対するレーザ加熱によって生じた電流変化を検出しているため、電源電圧ＶＤＤの値によっては故障箇所を検出できない場合がある。
【００３８】
上述した実施例１では、電源電圧ＶＤＤを正弦波状に変動させて、その変動周波数よりも高い周波数でオンオフ変調させたレーザ光２１を被測定半導体装置２へ照射し、異なる電源電圧ＶＤＤの値に対するレーザ加熱によって生じた電流変化のレーザ周波数成分を画素毎に積算する。これにより、従来の装置に比べ、故障箇所の検出率を向上させる事ができる。
【実施例２】
【００３９】
図７は、実施例２による半導体装置の故障解析装置１０１ａの構成を示すブロック図である。実施例１の図１に示す故障解析装置１０１との構成の違いは、実施例１の変動電源発生器（正弦波）７が、変動電源発生器（三角波）７ａに代わっている。そのほかの構成は、実施例１の故障解析装置１０１とほぼ同一である。説明が冗長になるのを避けるため、実施例２の故障解析装置１０１ａについて、実施例１の故障解析装置１０１と、異なる部分のみを説明する。実施例１の故障解析装置１０１の変動電源発生器（正弦波）７は、電源電圧ＶＤＤを正弦波状に変動させていたが、実施例２の故障解析装置１０１ａの変動電源発生器（三角波）７ａは、電源電圧を三角波状に変動させる。実施例２の動作についても、変動電源発生器７ａの電源電圧ＶＤＤの変動波形が異なるだけで、その他の動作は、実施例１と同じである。
【００４０】
図８は、実施例２におけるレーザ変調波形と電源電圧ＶＤＤの変動波形との関係を示す図である。実施例１（図３）では、電源電圧ＶＤＤの変動波形は、正弦波であったが、実施例２（図８）では、電源電圧ＶＤＤの変動波形は、三角波である。実施例１とは、電源電圧の変動波形が異なるだけで、変動電圧の範囲、変動周期は、実施例１と同一である。すなわち、実施例２においても、実施例１と同様、電源電圧ＶＤＤの変動範囲は、最小電圧０Ｖから最大電圧は被測定半導体装置２の最大許容電圧までの範囲で周期的に変動する。但し、変動波形は三角波状である。
【００４１】
電源電圧ＶＤＤの変動周波数は１画素（ピクセル）に対して少なくとも１回のサイクル、望ましくは複数のサイクルが存在するように設定されることや、電源電圧の１変動周期の期間中に複数回レーザ光のオンオフによる変調が行われることは、実施例１と変わりない。
【００４２】
上記実施例２の故障解析装置１０１ａによれば、電源電圧の変動波形が三角波であることにより、電圧の変化がリニアであり、電源電圧ＶＤＤの変動の範囲内でどの電源電圧に対しても同じ回数だけレーザ光のオンオフによる電流変化を測定することができる。
【００４３】
上記実施例１や実施例２では、いずれも電源電圧を変動させながら、電源電圧が変動している最中にレーザ照射に起因する電源電流の変化を測定している。また、測定している電源電流の変化は、レーザ光を変調させてレーザ光の変調に同期した電源電流の変化を検出している。レーザ光を照射しなくとも、被測定半導体装置２の電源電圧を変動させることによって、電源電流は変動するが、本発明においては、レーザ光の変調に同期して電源電流の変動を検出しているので、レーザ光の照射によらない単なる電源電圧の変動による電源電流の変動は測定に影響を与えない。本発明によれば、レーザ光の照射による電源電流の変動を電源電圧の条件を変えて測定することができる。
【００４４】
また、ＶＤＤを固定として、グランド電位ＧＮＤを変動させてもよいことは言うまでもない。ＶＤＤを固定とし、グランド電位ＧＮＤを変動させることによってもＶＤＤ電位とＧＮＤ電位の電位差により被測定半導体装置２の電源電圧（ＶＤＤ−ＧＮＤ）を変動させることになり、ＶＤＤの電位を変動させたのと同様の効果が得られる。
【００４５】
以上、実施例について説明したが、本発明は上記実施例の構成にのみ制限されるものでなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００４６】
１：レーザ変調／走査部
２：被測定半導体装置
３：試料台
４：電流変動検出器
５：ロックインアンプ
６：画像制御部
７：変動電源発生器（正弦波）
７ａ：変動電源発生器（三角波）
８：画像表示部
９：定電流／電圧源
１０：リップル重畳回路
１１：パルス発生器
１２：レーザ走査部
２１：変調レーザ光、（変調された）レーザ光
３１：非変調レーザ光
４１：インバータ
１０１、１０１ａ：（半導体装置の）故障解析装置
Ａ：インバータ４１への入力信号のノード（入力信号配線を隔てたノード）
Ｂ：インバータ４１の入力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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