(57)【要約】【課題】検査対象としている領域を効率よく、不備なく検査できる半導体デバイスの非破壊検査方法を提供することを目的とする。【解決手段】ステージに保持された電子部品にレーザを照射した際に発生する電磁波を電磁波検出手段で受信して複数の電子回路の故障診断を行うに際し、初回の検査領域１２を検査するための走査領域１３をあらかじめ大きさ設定し、その検査結果である電磁波放射分布から検査対象で半導体デバイス１００の設計データとの実構造物とのズレや半導体デバイスの設置ステージの移動精度を考慮して、次以降の検査領域へレーザ照射位置の移動量や走査領域を設定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスにレーザを照射した際に発生する電磁波を電磁波検出手段で受信して複数の電子回路の故障診断を行うに際し、
レーザの照射点を検査箇所に移動させた後に、検査領域より大きい領域をレーザで２次元的に走査し検査箇所とその周辺からの電磁波放出領域を確認し、
それ以後の検査におけるレーザ照射位置の移動量・検査レーザ走査領域を変更する
半導体デバイスの非破壊検査方法。
【請求項２】
同じ検査領域である検査箇所を複数個検査する場合、
電磁波放出領域を確認し、検査する検査箇所の走査領域に対しその後から検査する検査箇所の走査領域が小さい
請求項１に記載の半導体デバイスの非破壊検査方法。
【請求項３】
所定の検査領域に移動するに際し、
検査領域中心部からの電磁波放射状態を確認し、電磁波が放出されていなければ、所定の検査領域の検査は行わず、次の検査領域に移動する
請求項２に記載の半導体デバイスの非破壊検査方法。
【請求項４】
２つ以上の検査箇所の検査結果から、検査している半導体デバイスの基準点に対する設置位置ズレ、回転角度を算出し、これ以後のレーザ照射位置の移動量・検査レーザ走査領域を変更する
請求項３記載の半導体デバイスの非破壊検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば電子部品の基板上に形成された電子回路や半導体デバイスの断線等の欠陥検出を非接触で検査する非破壊検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品に実装される半導体デバイスには多数の電子回路が形成されているが、その製造の途中で発生した断線等を非接触で検査する非破壊検査手法は、たとえば（特許文献１）に示されるような、ｐｎ接合部の欠陥や配線断線・ショート・高抵抗箇所を検査するものがある。
【０００３】
従来の非接触検査方法は、図８に示すように構成されている。
パルスレーザ１１０を、半導体デバイス内にあるＭＯＳトランジスタを構成するｐｎ接合部１０１，１０２や金属半導体界面などのビルトイン電界発生部に対して照射し、自由空間に放射される電磁波を検出する。ここで、１０３はＰ型基板、１０４は絶縁膜、１０５，１０６は配線である。
【０００４】
図９のようにパルスレーザ１１０を２次元的に走査させて半導体デバイス１１１の検査を行い、レーザ走査ピッチ１１２、レーザ走査幅１１３を変更することで検査領域を変更している。
【０００５】
このように、レーザ光照射位置から放出された電磁波を検出して、電磁波の電場振幅の時間波形に対応した時間的に変化する電圧信号に変換する検出・変換工程をとおして、半導体デバイス内部の電界分布を検出して、半導体デバイス内部の故障診断を行う。
【特許文献１】特開２００６−２４７７４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、半導体デバイス１１１を無バイアス状態で非接触検査を実施する場合、故障診断の判定根拠となる電磁波は、パルスレーザ光がビルトイン電界発生部に照射された際に顕著に放出される。
【０００７】
しかし、図１０に示すように、半導体デバイスチップ１２１の一般的な大きさである６ｍｍ四方に対し、ビルトイン電界発生部の代表的なｐｎ接合部１２２の表面積は２μｍ程度の微小領域である場合もあり、半導体デバイスの設計データと実構造のズレやあるいは半導体デバイスをステージ設置する際の回転量を考慮すると、あらかじめ検査したいｐｎ接合の位置にパルスレーザ１１０を照射させることは容易ではない。
【０００８】
そのため、半導体デバイス１１１の全面に対しレーザを２次元的に走査させる、あるいは、レーザ反射像などを利用して、レーザが所定のｐｎ接合付近に照射されているかどうかを事前に確認したのち、電磁波の取得を行う必要がある。
【０００９】
また、高分解能で検査する場合には、レーザ走査ピッチ１１２を１μｍ程度にして検査を行う必要があるため、検査時間の長期化、あるいは検査時間短縮のためにレーザ走査ピッチ１１２、レーザ走査幅１１３を狭くした場合は、半導体デバイスの設計データと実構造のズレや半導体デバイスのステージ設置時の回転などの影響により、検査したい箇所を検査できていないという問題がある。
【００１０】
本発明はかかる問題点を解決するために、検査対象としている領域を効率よく、不備なく検査できる半導体デバイスの非破壊検査方法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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の半導体デバイスの非破壊検査方法は、半導体デバイスにレーザを照射した際に発生する電磁波を電磁波検出手段で受信して複数の電子回路の故障診断を行うに際し、レーザ照射位置を所定の検査位置に移動させたのち、あらかじめ検査箇所よりも大きく設定しておいたレーザ走査領域を走査することで、検査箇所とその周辺からの電磁波放出箇所を認識することにより、それ以後の検査におけるレーザ照射位置の移動量・検査レーザ走査領域を変更することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項２の半導体デバイスの非破壊検査方法は、請求項１において、検査領域が同じである検査箇所を複数個検査する場合は、検査する検査箇所の走査領域に対し、後から検査する検査箇所の走査領域が小さくなる機能を有している。
【００１３】
また、本発明の請求項３の半導体デバイスの非破壊検査方法は、請求項２において、所定の検査領域の検査を行う際に、検査領域中心部からの電磁波放出を確認し、電磁波が放出されていなければ、所定の検査領域の検査は行わず、次の検査領域に移動することを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明の請求項４の半導体デバイスの非破壊検査方法は、請求項３において、２つ以上の検査箇所の検査結果から、検査している半導体デバイスの基準点に対する設置位置ズレ、回転角度を算出し、これ以後のレーザ照射位置の移動量・検査レーザ走査領域を変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この構成によると、所定の検査箇所に移動後に検査領域より大きめにレーザを走査されることで検査位置とその周辺からの電磁波放出を確認することにより次の検査箇所へのレーザ照射点移動量およびレーザ照射領域を決定するので、被検査体である半導体デバイスの設計データと実構造のズレや半導体デバイスのステージ設置時の回転量などの影響で従来ではレーザの照射が容易でなかった箇所へのレーザ照射も不備なく行うことが可能となる。
【００１６】
また、最初の検査箇所を検査箇所よりも大きな領域をレーザ走査することで、半導体デバイスの設計データと実構造のズレや半導体デバイスのステージ設置時の回転量などのレーザ照射位置を移動させる際に必要となる補正量を算出することで、最初の検査箇所を検査する際の走査領域に比べ、それ以後に検査する際の必要走査領域を必要最小限に抑えることができるので、検査時間を短縮することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の半導体デバイスの非破壊検査方法を具体的な実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明の半導体デバイスの非破壊検査方法の実施に使用する半導体非破壊検査装置を示す。
【００１８】
この非破壊検査装置は、レーザ照射器１と、このレーザ照射器１から出射されたレーザの出射光路途中に配置された検査用レーザ（以下、ポンプ光と称す）Ａと電磁波検出器駆動用のトリガー用レーザ（以下、プローブ光と称す）Ｂとに分離するためのスプリッタ２と、スプリッタ２からのポンプ光Ａの光路上に配置されて半導体基板Ｃを設置して水平方向に移動しうる検査体設置用ステージ３と、ポンプ光Ａの光路の途中に配置された集光レンズ４と、この集光レンズ４を通過したポンプ光Ａを通過させ得るとともに半導体基板Ｃで発生したテラヘルツ電磁波を反射し得るハーフミラー５と、半導体基板Ｃから放出されてハーフミラー５により反射されたた電磁波を検出し得る電磁波検出手段としての電磁波検出器６と、電磁波検出器６にスプリッタ２からのプローブ光Ｂをトリガー用として上記電磁波検出器６に導くための反射ミラー７と、スプリッタ２と反射ミラー７との間に配置されてプローブ光Ｂを順次遅らせる時間遅延手段としての時間遅延器８と、電磁波検出器６で検出された所定周波数の検出信号（電流信号である）だけを増幅するためのロックインアンプ９と、ロックインアンプ９で増幅された検出信号を入力して解析し、断線・ショート等の半導体デバイスの欠陥が存在するか否かの判断と検査体設置用ステージ３の動作制御など検査装置の制御を行う欠陥検出手段および装置制御手段としてのコンピュータ装置１０から構成されている。
【００１９】
なお、ハーフミラー７で反射された電磁波の波路の途中には、電磁波検出器６に導くための法物面鏡１１が配置されている。検査体設置用ステージ３は、半導体デバイスＣを設置したまま２次元的に移動して、半導体デバイスＣの上をポンプ光Ａが走査するようになっている。
【００２０】
なお、本発明の半導体デバイスの非破壊検査方法は、この構成に限定されず、図１には図示していない揺動ミラーを揺動させることにより半導体デバイスＣの表面にポンプ光Ａを２次元的に走査して照射してもよい。
【００２１】
図２は半導体デバイス１０３にレーザ光を放射した場合の電磁波放出の一例を示す。
Ｎ型基板３０にｐｎ接合部３１，３２を形成した図２（ａ）に示す半導体デバイス１０３の全体にレーザを２次元的に走査すると、所定の電磁波検出手段を用いると図２（ｂ）に示すようにｐｎ接合部３１，３２にレーザを照射したときに電磁波放出強度が強い電磁波放出部３４，３５を有する電磁波放出像３３を得ることができる。これは、レーザ照射により電磁波を放出しやすいビルトイン電界発生部の典型的な構造がｐｎ接合だからである。電磁波放出部３４は例えば電磁波負の位相を表し、電磁波放出部３５は例えば電磁波正の位相を表している。
【００２２】
そのため、半導体デバイスの非破壊検査を行う際には、電磁波放出の可能性が高いビルトイン電界発生部にレーザを重点的に照射し、半導体デバイスの検査を実施することが望ましい。なお、検査時間短縮のために半導体デバイスにおいて選択的にビルトイン電界発生部のみにレーザを照射して検査を行うことが望ましいが、半導体デバイス全体からの電磁波放出の具合、すなわち半導体デバイス内の電界分布を検査する際には、特定の検査領域を設けず、半導体デバイス全体にレーザを走査し、電磁波発生の有無を確認してもよい。
【００２３】
図３は、本発明の半導体デバイスの非破壊検査方法の検査概略フローを示す。図４〜図７を用いて、半導体デバイス１００の特定の検査領域１２，１３へレーザ光を照射する手段を述べる。検査実施の一例として、半導体デバイス１００上の検査領域１２，１３を連続して検査する場合について述べる。
【００２４】
図４は２点の検査領域を検査する際の検査領域とレーザ走査領域の相対位置の関係図で、１２は半導体デバイス１００の最初の検査領域、１３は最初のレーザ走査領域、１４は半導体デバイス１００の次の検査領域、１５は次のレーザ走査領域、１６は設置された半導体デバイス１００の座標原点である。
【００２５】
図５は検査領域への移動位置を決定するための半導体デバイスの設計データの模式図で、４００は図４に示した半導体デバイス１００における各要素の位置データ、４１は第１の認識マーク、４２は第２の認識マーク、４３，４４，４５はｐｎ接合部、４６は位置データの座標原点である。
【００２６】
図６は検査領域と電磁波放射領域の相対位置の説明図で、６１は検査領域の中心点、６２は電磁波放射領域の中心点、６３は電磁波放射領域である。
図７は初回以降の検査領域を検査する場合の検査領域と走査領域の相対位置の説明図である。
【００２７】
まず、図３のステップＳ１では、半導体デバイス１００内の要素である、図５に示したｐｎ接合部４３，４４，４５、あるいは認識マーク４１，４２などの位置座標を示す半導体デバイス内要素の座標データ４００からの検査領域１２を検査するためのレーザ照射位置の座標を決定する。
【００２８】
つまり、検査領域１２の中心座標（ａ１，ｂ１）をコンピュータ装置１０に入力する。そして検査領域１２を検査するためのレーザ走査領域１３を決定するために、Ｘ１、Ｙ１の値を検査の前にコンピュータ装置１０に入力する。Ｘ１，Ｙ１の値の決め方に制限はないが、検査領域１２を確実に走査できるように、走査領域１３の一辺の長さを検査領域１２の一辺の長さの２倍程度に設定し、走査領域の１３の面積が検査領域１２の面積の４倍程度になることが望ましい。
【００２９】
最初の検査領域１２の中心座標（ａ１，ｂ１）とレーザ走査領域１３が決まると、図１には図示していないが、撮像用カメラなどにより認識マーク４１，４２を撮像し、ステップＳ２では、検査体設置用ステージ３に対する半導体デバイス１００の設置位置および回転量を算出する。位置データの座標原点４６や認識マーク４１，４２を用いて、検査体設置ステージに設置した半導体デバイスの設置位置および回転量を算出する方法は幾何学的に算出することができる。
【００３０】
算出した半導体デバイス１００の設置位置および回転量に基づき、ステップＳ３では、レーザ照射位置を検査領域１２の中心座標（ａ１，ｂ１）に移動させたのち、ステップＳ４とステップＳ５では、中心座標における電磁波放出の有無を検査装置により確認する。あらかじめ電磁波放出があることを確認した位置を検査領域として決定するので、検査領域１２から電磁波放出が確認されない場合は、検査時間短縮のため次の検査領域へレーザ照射位置を移動させてもよい。
【００３１】
こうしてステップＳ６では、ポンプ光Ａを走査領域１３に照射した時に得られる電磁波放射領域６３の中心点の座標（ａａ１，ｂｂ１）を得る。ポンプ光Ａの走査結果から得られる電磁波放射現象を考慮すると、検査領域１２は、実際には電磁波放射領域６３の位置にあるので、これらの電磁は測定結果から幾何学的に設計データから得られる検査領域の中心座標（ａ１，ｂ１）と電磁波放射領域の中心座標（ａａ１，ｂｂ１）の差分は次のようになる。
【００３２】
ΔＸ＝ａ１−ａａ１      ・・・（１）
ΔＹ＝ｂ１−ｂｂ１      ・・・（２）
このようにステップＳ７で、実際の半導体デバイスの設計データと実際の半導体デバイスの構造ズレかつ検査体設置用ステージ３の移動精度による誤差量ΔＸ，ΔＹを算出した後、ステップＳ８では、次の検査領域１４にレーザが照射するように検査設置用ステージ３を移動させる。このときの移動量は、検査領域１２と検査領域１４の中心座標の差分に加え、上記方法により算出したΔＸ，ΔＹを考慮し、実際の検査設置用ステージ３の移動量をＸＸ、ＹＹとすると
ＸＸ＝ａ２−ａ１−ΔＸ    ・・・（３）
ＹＹ＝ｂ２−ｂ１−ΔＹ    ・・・（４）
となる。ここで、次の検査領域１４における走査領域１５の設定方法の一例を述べる。
【００３３】
検査領域１４の寸法が図７で示されるように、中心座標（ａ２，ｂ２）で２・Ｘ１５，２・Ｙ１５で与えられる場合、検査領域１４の一辺に比べ、それぞれΔＸ１５、ΔＹ１５だけ大きめの走査領域１５を設定する。ΔＸ１５とΔＹ１５は同じ値であってもよい。
【００３４】
ΔＸ１５、ΔＹ１５の値の設定方法に制限はないが、検査時間の短縮を考慮すると、これらは検査設置用ステージ３を構成するＸ−Ｙステージの移動精度ΔＸステージ、ΔＹステージ程度であることが望ましい。ΔＸステージ、ΔＹステージの値は１μｍ以下であることが一般的である。
【００３５】
検査領域１２と検査領域１４の平面構造、すなわちＸ方向の長さ、Ｙ方向の長さが一致している場合は、走査領域１３の一辺の長さに比べ、走査領域１５の一辺の長さを短くなるようにΔＸ１５、ΔＹ１５の値を設定する。
【００３６】
上記の方法で決定された走査領域１５についてステップＳ９でポンプ光Ａを走査させ、検査領域１４の電磁波放射状態を確認し、故障診断を行う。検査領域１２と検査領域１４の平面構造が一致している場合には、走査領域１３に比べて、走査領域１５の方が一辺の長さが短く設定されているため、検査領域１４の検査時間の方が短くなる。
【００３７】
また、設計データに対する半導体デバイス１００の２次元的なズレ量や検査体設置用ステージ３に対する半導体デバイスの設置ズレを、最初に検査する検査領域１２の検査結果のみから算出するのではなく、検査領域１２，検査領域１４の検査結果の平均ズレ量から算出したり、あるいは認識マーク４１，４２付近の検査領域４３，４４を検査することで、幾何学的に設計データに対する半導体デバイス１００の２次元的なズレ量や検査体設置用ステージ３に対する半導体デバイスの設置ズレあるいは回転ズレ量など、様々な幾何学的なズレ量を算出し、それらの値を検査時の移動量の補正量として用いることも可能である。
【００３８】
なお、上記の実施の形態では、検査領域１２および検査領域１４を検査する際、最初にポンプ光Ａを照射する点を各検査領域の中心座標の値にしたが、必ずしもこのようにする必要はなく、検査領域のいずれかの部分であれば、自由に移動位置を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態に係る非破壊検査装置の概略構成を示すブロック図
【図２】同非破壊検査装置における模擬的な半導体デバイスの一例とそれを検査したときの電磁波放射像である。
【図３】同非破壊検査装置による検査の概略フロー図
【図４】同非破壊検査装置により２点の検査領域を検査する際の検査領域とレーザ走査領域の相対位置関係を説明する図
【図５】同非破壊検査装置により検査領域への移動位置を決定するための半導体デバイスの設計データの模式図
【図６】同非破壊検査装置により検査領域と電磁波放射領域の相対位置を説明する図
【図７】同非破壊検査装置により初回以降の検査領域を検査する場合の検査領域と走査領域の相対位置を説明する図
【図８】検査対象とする半導体デバイス内にあるＭＯＳトランジスタの断面図
【図９】従来の非接触検査方法におけるパルスレーザの走査状態の説明図
【図１０】半導体デバイスチップ１２１の一般的な大きさとビルトイン電界発生部の大きさを表す平面図
【符号の説明】
【００４０】
Ｃ    半導体基板
３    検査体設置用ステージ
１０    コンピュータ装置
１００    半導体デバイス
１２    半導体デバイス１００の最初の検査領域
１３    最初のレーザ走査領域
１４    半導体デバイス１００の次の検査領域
１５    次のレーザ走査領域
１６    設置された半導体デバイス１００の座標原点
４００    半導体デバイス１００における各要素の位置データ
４１    第１の認識マーク
４２    第２の認識マーク
４３，４４，４５    ｐｎ接合部
４６    位置データの座標原点
６１    検査領域の中心点
６２    電磁波放射領域の中心点
６３    電磁波放射領域
（ａ１，ｂ１）    検査領域１２の中心座標
（ａ２，ｂ２）    検査領域１４の中心座標
【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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