(57)【要約】      （修正有）【課題】ＯＢＩＲＣＨ法等で半導体素子の検査を行う際に、粗く特定された故障箇所に、正確に固浸レンズを配置する手段の提供。【解決手段】検査用基板は、表面に電子回路が形成された半導体基板の背面の上に配置され、半導体基板の厚さ方向に伝搬する光に作用するレンズを含む。このレンズは、検査用基板の表面に平行な面をｘｙ面とするｘｙ直交座標系を定義したとき、ｙ軸に垂直な断面内では光を収束させ、ｘ軸に垂直な断面内では光を収束させない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に電子回路が形成された半導体基板の背面の上に配置され、該半導体基板の厚さ方向に伝搬する光に作用するレンズが形成された検査用基板であって、
前記検査用基板の表面に平行な面をｘｙ面とするｘｙ直交座標系を定義したとき、ｙ軸に垂直な断面内では光を収束させ、ｘ軸に垂直な断面内では光を収束させないリニア固浸レンズが形成された検査用基板。
【請求項２】
さらに、ｙ軸に垂直な断面内では光を収束させ、ｘ軸に垂直な断面内では光を収束させない他のリニア固浸レンズがｘ方向に複数個配置されている請求項１に記載の検査用基板。
【請求項３】
前記検査用基板の表面から、前記リニア固浸レンズの、ｙ軸に垂直な断面内における焦点までの深さが、ｙ方向に関して変化している請求項１または２に記載の検査用基板。
【請求項４】
電子回路が形成された回路面、及び該回路面とは反対側の背面を有する半導体基板の該背面の上に、リニア固浸レンズを配置する工程と、
前記リニア固浸レンズ及び前記半導体基板を通して、前記回路面の一部に光を集光させ、集光位置を該回路面内で移動させる工程と、
前記回路面に光が集光されたことによる前記電子回路の電流または電圧の変化を、前記集光位置の移動と関連付けて検出する工程と
を含み、
前記リニア固浸レンズは、前記半導体基板の背面に平行な面をｘｙ面とするｘｙ直交座標系を定義したとき、ｙ軸に垂直な断面内では光を収束させ、ｘ軸に垂直な断面内では光を収束させない半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記電子回路が、一方向に長い導電パターンを含み、
前記回路面に光を集光させる工程において、前記導電パターンの長手方向がｙ方向と平行になるように前記リニア固浸レンズを配置して、該導電パターンの位置に光を集光させる請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
電子回路が形成された回路面、及び該回路面とは反対側の背面を有する半導体基板の該背面の上に、リニア固浸レンズを配置する工程と、
前記電子回路を動作させて、該電子回路からの発光を、前記半導体基板及び前記リニア固浸レンズを通して検出し、画像情報を得る工程と
を含み、
前記リニア固浸レンズは、前記半導体基板の背面に平行な面をｘｙ面とするｘｙ直交座標系を定義したとき、ｙ軸に垂直な断面内では光を収束させ、ｘ軸に垂直な断面内では光を収束させない半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記電子回路が、一方向に長い導電パターンを含み、
前記回路面に光を集光させる工程において、前記導電パターンの長手方向がｙ方向と平行になるように前記リニア固浸レンズを配置して、該導電パターンの位置に光を集光させる請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
表面に電子回路が形成された半導体基板の背面の上に配置され、該半導体基板の厚さ方向に伝搬する光に作用するレンズが形成された検査用基板であって、
前記検査用基板の表面に平行な面をｘｙ面とするｘｙ直交座標系を定義したとき、ｙ軸に垂直な断面内において光を収束させる円柱面または円錐面を備えたリニア固浸レンズが形成された検査用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の故障箇所の検出に用いることが可能な検査用基板、及び故障箇所の検出工程を含む半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の高集積化、微細化、高電力化に伴い、半導体装置の内部に発生する故障箇所の大きさや欠陥の大きさが極めて小さくなった。また、故障による電圧や電流の変化も微小である。このため、半導体装置の故障箇所を高感度で検出することができる方法が求められている。故障箇所の検出に、光加熱抵抗変化検出（ＯＢＩＲＣＨ）法や発光画像解析法が用いられる。
【０００３】
ＯＢＩＲＣＨ法では、電子回路を形成した半導体基板の表面にレーザ光を照射し、レーザ光の照射に起因する電流、電圧、抵抗等の変化を検出する。発光画像解析法では、電子回路内のトランジスタからの微弱発光や、電流によるジュール熱によって生ずる近赤外光を検出する。
【０００４】
近年の半導体デバイスでは、半導体基板の表面が多層の金属配線で覆われている。半導体基板の表面に照射するレーザ光や、表面に形成された電子回路から発する光が、多層の金属配線で遮られるため、これらの光を検出して故障解析を行うことが困難である。そこで、半導体基板を透過する近赤外光を利用し、基板の背面側からレーザ光の照射または発光の観察を行う方法が提案されている。この方法では、シリコンを透過する波長１１００ｎｍ以上の近赤外光が利用されるため、波長の限界から分解能を０．７μｍより高くすることが困難である。
【０００５】
基板と同じ素材で形成された部分球状の固浸レンズを用いることにより、分解能を高めることができる（特許文献１）。固浸レンズを回折レンズで実現することも可能である（非特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−３０３９１９号公報
【非特許文献１】Frank Zachariasse et al. "Diffractive Lenses for High Resolution laser Based Failure Analysis", Proc. of the 31st International Symposium for Testing and Failure Analysis, November 6-10, 2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
固浸レンズを用いないＯＢＩＲＣＨ法または発光画像解析法により、故障箇所を粗く特定した後、固浸レンズを用いてより厳密に故障箇所を特定することができる。ところが、粗く特定された故障箇所に、正確に固浸レンズを配置することが困難である。また、微小な固浸レンズを高精度に加工することが困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための検査用基板は、
表面に電子回路が形成された半導体基板の背面の上に配置され、該半導体基板の厚さ方向に伝搬する光に作用するレンズが形成された検査用基板であって、
前記検査用基板の表面に平行な面をｘｙ面とするｘｙ直交座標系を定義したとき、ｙ軸に垂直な断面内では光を収束させ、ｘ軸に垂直な断面内では光を収束させないリニア固浸レンズが形成されている。
【０００８】
上記課題を解決するための半導体装置の製造方法は、
電子回路が形成された回路面、及び該回路面とは反対側の背面を有する半導体基板の該背面の上に、リニア固浸レンズを配置する工程と、
前記リニア固浸レンズ及び前記半導体基板を通して、前記回路面の一部に光を集光させ、集光位置を該回路面内で移動させる工程と、
前記回路面に光が集光されたことによる前記電子回路の電流または電圧の変化を、前記集光位置の移動と関連付けて検出する工程と
を含み、
前記リニア固浸レンズは、前記半導体基板の背面に平行な面をｘｙ面とするｘｙ直交座標系を定義したとき、ｙ軸に垂直な断面内では光を収束させ、ｘ軸に垂直な断面内では光を収束させない。
【０００９】
上記課題を解決するための半導体装置の他の製造方法は、
電子回路が形成された回路面、及び該回路面とは反対側の背面を有する半導体基板の該背面の上に、リニア固浸レンズを配置する工程と、
前記電子回路を動作させて、該電子回路からの発光を、前記半導体基板及び前記リニア固浸レンズを通して検出し、画像情報を得る工程と
を含み、
前記リニア固浸レンズは、上記リニア固浸レンズと同等である。
【００１０】
リニア固浸レンズとして、円柱面や円錐面を備えたものを用いることができる。
【発明の効果】
【００１１】
粗く特定された故障箇所と検査用基板の位置合わせを行う際に、ｘ方向に関してのみ精度の高い位置合わせを行えばよい。ｘ方向及びｙ方向の両方向に関して精度の高い位置合わせを行う場合に比べて、位置合わせの困難性を軽減することができる。また、三次元曲面を持つ固浸レンズを加工する場合に比べて、加工の困難性が軽減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１に、第１の実施例による検査用基板の斜視図を示す。検査用基板２０の一方の表面（背面）は、平坦であり、他方の表面（レンズ面）に、リニア固浸レンズ２１が形成されている。検査用基板２０の表面に平行な面をｘｙ面とするｘｙｚ直交座標系を定義する。背面からレンズ面に向かう向きをｚ軸の正の向きとする。リニア固浸レンズ２１は、ｙ軸に垂直な断面内で曲率を持ち、ｘ軸に垂直な断面内では曲率を持たず、外側に向かって凸の円柱面を含む。
【００１３】
検査用基板２０は、両面が平坦な基板を、ダイヤモンドバイト等を用いて精密加工することにより形成することができる。リニア固浸レンズ２１のレンズ表面は、伸縮することなしに平面に展開可能な可展面であるため、半球面等の三次元曲面を持つ固浸レンズに比べて、機械加工が容易である。検査用基板２０に、へき開性を持つ単結晶部材、例えばシリコンを用いる場合には、ｙ軸方向とへき開方向とを平行にすることが好ましい。ｙ軸方向とへき開方向とを平行にすることにより、チッピング等の発生を抑制することができる。
【００１４】
リニア固浸レンズ２１は、検査用基板２０の厚さ方向（ｚ方向）に伝搬する光に作用する。ｙ軸に垂直な断面内では光を収束させ、ｘ軸に垂直な断面内では光を収束させない。
【００１５】
図２Ａに、第１の実施例で用いるＯＢＩＲＣＨ装置のブロック図を示す。ステージ３０の上に、検査対象物４０が載置される。検査対象物４０は、表面に電子回路が形成された半導体基板であり、電子回路が形成された面（回路面）が下方を向くようにステージ３０に載置される。ステージ３０は、検査対象物４０の周辺部を支持し、プローブ針接触用の電極パッドが配置された領域は中空に支持される。
【００１６】
ステージ３０の下方に配置されたプローブ針３５が、検査対象物４０の回路面上に形成されている電極パッドに接触する。電圧電流供給源３４から、プローブ針３５を介して、検査対象物４０の電極パッドに電圧が印加される。さらに、電圧電流供給源３４は、検査対象物４０に供給されている電流をモニタすることができる。
【００１７】
図２Ｂに示すように、検査対象物４０の上、すなわち回路面とは反対側の表面（背面）上に、検査用基板２０が載置される。検査用基板２０の平坦な面が検査対象物４０の背面に接触し、リニア固浸レンズ２１が形成されている面が上方を向く。検査用基板２０の平面形状は、検査対象物４０の平面形状よりも小さい。検査時には、検査用基板２０を、検査対象物４０の検査したい位置まで移動させる。
【００１８】
図２Ａに戻って説明を続ける。レーザ発生部３１が、赤外域のレーザ光を出射する。このレーザ光が、レーザ走査部３２で走査され、検査用基板２０を通して、または直接、検査対象物４０の背面に入射する。さらに、検査対象物４０の基板内を透過して、回路面まで到達する。レーザ走査部３２は集光レンズを含み、レーザ発生部３１から出射したレーザ光を収束させることができる。
【００１９】
レーザ走査部３２から出力された走査情報が、画像解析部３３に入力される。また、電圧電流供給部３４がモニタしている電流値が、画像解析部３３に入力される。画像解析部３３は、走査情報と電流の変化とに基づいて、電流変化を２次元画像化する。この画像を、「解析画像」という。
【００２０】
さらに、画像解析部３３は、レーザ光の反射光を検出することにより、検査対象物４０の回路面の画像を取得する。この画像を、「光学画像」という。
【００２１】
図３に、第１の実施例による半導体装置の製造方法のフローチャートを示す。まず、ステップＳＴ１において、検査対象物４０をステージ３０の上に載置する。検査対象物４０にレーザ光を入射させ、走査する。レーザ光の走査情報と関連付けて反射光の強度を検出することにより、回路面の光学画像を取得する。
【００２２】
ステップＳＴ２において、プローブ針３５を検査対象物４０の電極パッドに接触させ、検査対象物４０に電圧を印加する。
【００２３】
ステップＳＴ３において、検査対象物４０の上に検査用基板２０を置かない状態で、検査対象物４０にレーザ光を照射しながら走査する。このとき、検査対象物４０の回路面においてレーザ光のビーム断面が最小になるように、ステージ３０の高さが調節されている。レーザ光を走査すると、集光位置が検査対象物４０の回路面に沿って移動する。
【００２４】
レーザ光の走査中に、電圧電流供給源３４によりモニタされた電流値が画像解析部３３入力される。画像解析部３３は、レーザ光の走査情報及び電流の変化に基づいて、解析画像を生成する。
【００２５】
ステップＳＴ４において、光学画像と解析画像とを合成することにより、故障箇所を粗く特定する。ステップＳＴ５において、粗く特定された故障箇所が、リニア固浸レンズ２１の視野内に納まるように、検査用基板２０を検査対象物４０の上に載置する。
【００２６】
ステップＳＴ６において、リニア固浸レンズ２１を通して、検査対象物４０にレーザ光を入射させ、走査することにより、リニア固浸レンズ２１の視野内の光学画像を取得する。この光学画像を、「拡大光学画像」という。このとき、リニア固浸レンズ２１を透過することにより、検査用基板２０のｙ軸に垂直な断面内において、レーザ光が収束される。リニア固浸レンズ２１により収束されたレーザ光のビーム断面が、検査対象物４０の回路面において最小になるように、ステージ３０の高さが調節されている。
【００２７】
ステップＳＴ７において、ステップＳＴ３と同様に、画像解析部３３が、解析画像を生成する。リニア固浸レンズ２１を通してレーザ光を走査したときに生成された解析画像を、「拡大解析画像」という。
【００２８】
ステップＳＴ８において、拡大光学画像と拡大解析画像とを合成することにより、故障箇所を高精度に特定する。
【００２９】
図４Ａに、ステップＳＴ１及びＳＴ３においてレーザ光を照射しているときのレーザ光の収束の様子を示す。レーザ走査部３２内の収束レンズ３８が、レーザ光を収束する。収束されたレーザ光が、検査対象物４０の背面に入射し、検査対象物４０内を透過して回路面に達する。回路面においてビーム断面が最小になる。レーザ光を走査すると、レーザ光の集光位置が回路面内を移動する。
【００３０】
検査対象物４０内を伝搬する収束レーザ光の最大錐角の半角をθ２とし、検査対象物４０の屈折率をｎとすると、実効的な開口数ＮＡは、
ＮＡ＝ｎ×ｓｉｎ（θ２）
と表される。検査対象物４０の背面に斜め入射する光線が屈折するため、角度θ２は、検査対象物４０に入射する前のレーザ光の最大錐角θ１より小さくなる。
【００３１】
図４Ｂに、ステップＳＴ６及びＳＴ７においてレーザ光を照射しているときの、ｙ軸に垂直な断面内におけるレーザ光の収束の様子を示す。図４Ｂでは、収束レンズ３８で収束されたレーザ光の全ての光線が、ｙ軸に垂直な断面内でリニア固浸レンズ２１のレンズ表面に垂直に入射する場合を示す。また、検査用基板２０と検査対象基板４０との屈折率が等しいとする。この場合、レーザ光は、ｙ軸に垂直な断面内において錐角を変化させることなく、検査対象基板４０の回路面まで到達する。なお、ｘ軸に垂直な断面内では、検査用基板２０に斜め入射する光線が屈折するため、レーザ光の錐角が小さくなる。
【００３２】
ｙ軸に垂直な断面内における実効的な開口数ＮＡは、
ＮＡ＝ｎ×ｓｉｎ（θ１）
と表される。従って、検査用基板２０を通してレーザ光を入射させると、開口数ＮＡを大きくすることができる。レーザ光の最小スポットサイズは開口数ＮＡに反比例するため、検査用基板２０を用いることにより、最小スポットサイズを小さくすることが可能になる。すなわち、ｘ軸方向に関する分解能を高めることができる。
【００３３】
なお、ｙ軸に直交する断面内において、全ての光線がレンズ表面に垂直入射する必要はない。リニア固浸レンズ２１は、ｙ軸に直交する断面内において収束作用を持つため、全ての光線が垂直入射しない場合でも、検査対象物４０内を伝搬するレーザ光の最大錐角の半角は、図４Ａに示した角θ２よりも大きくなる。
【００３４】
検査対象物４０と検査用基板２０との界面での屈折を生じさせないか、または屈折角を小さくするために、検査用基板２０の屈折率を検査対象物４０の基板の屈折率と等しくするかまたは両者の差を小さくすることが好ましい。例えば、検査対象物４０の基板がシリコン基板である場合には、検査用基板２０にシリコンを用いることが好ましい。
【００３５】
なお、検査用基板２０には、シリコン以外に、赤外域の光を透過させるセラミックス材料、化合物材料、アモルファス材料等を用いることが可能である。使用可能なセラミックス材料として、ＰＬＺＴやいわゆる透明セラミックスが挙げられる。検査用基板２０を薄くすることにより、十分な透明性を確保することができる。ただし、非線形光学効果の小さな材料を用いることが好ましい。このような材料として、ＣａＦ２、ＣａＯ、透明アルミナ等が挙げられる。
【００３６】
また、石英を用いることも可能であるし、アモルファス材料を結晶化させた結晶化ガラスを用いることも可能である。結晶化ガラスにＴｉＯやＺｒＯ２等を添加してシリコンの屈折率に近づけた材料を用いてもよい。
【００３７】
図５Ａに、検査対象物４０の回路面に形成された電子回路パターンの光学画像の一例を示す。活性領域４１と交差するように、２本のゲートパターン４２、４３が配置されている。ゲートパターン４２とゲートパターン４３とは、相互に平行に配置されている。１つのゲートパターン４２の両側に、それぞれＭＯＳトランジスタのソース及びドレインが配置される。
【００３８】
ゲートパターン４２、４３よりも外側の活性領域４１内に、それぞれビアホール４４及び４５が配置されている。
【００３９】
図５Ｂに、ステップＳＴ１で取得される光学画像と、ステップＳＴ３で生成される解析画像との合成画像を示す。電流変化に異常が検出されたときのビームスポットが、電流変化異常検出箇所４８Ａに対応する。電流変化異常検出箇所４８Ａは、一方のゲートパターン４２から他方のゲートパターン４３まで跨っている。レーザ光のビームスポットを、図５Ｂに示した電流変化異常検出箇所４８Ａよりも小さくすることができないため、ゲートパターン４２、４３のうちどちらのゲートパターンに故障が発生しているのか特定不能である。
【００４０】
図５Ｃに、ステップＳＴ６で取得される拡大光学画像と、ステップＳＴ７で生成される拡大解析画像との合成画像を示す。リニア固浸レンズ２１の長手方向、すなわちｙ方向が、ゲートパターン４２、４３の長手方向と平行になるように、検査用基板２０を配置している。このため、拡大光学画像は、ステップＳＴ１で取得された光学画像をｘ方向に引き伸ばしたものになる。また、ビームスポットがｘ方向に縮小されるため、拡大解析画像に現れる電流変化異常検出箇所４８Ｂのｘ方向の寸法は、図５Ｂに示した解析画像に現れる電流変化異常検出箇所４８Ａのｘ方向の寸法と同程度である。
【００４１】
電流変化異常検出箇所４８Ｂは、一方のゲートパターン４３と重なっているが、他方のゲートパターン４２とは重なっていない。この画像解析結果から、ゲートパターン４３に故障が発生していることがわかる。
【００４２】
このように、相互に平行に配置された複数の直線状のパターンを検査する場合、リニア固浸レンズ２１の長手方向、すなわちｙ方向と、回路面上のパターンの長手方向とが平行になるように検査用基板２０を配置することが好ましい。
【００４３】
ステップＳＴ５で、リニア固浸レンズに代えて、半球状の固浸レンズを用いる場合には、ｘ方向及びｙ方向に関して、固浸レンズと、図５Ｂに示した電流変化異常検出箇所４８Ａとを、高精度に位置合わせしなければならない。これに対し、リニア固浸レンズを用いる場合には、ｘ方向に関してのみ高精度に位置合わせすればよい。ｙ方向に関しては、平面視において、電流変化異常検出箇所４８Ａが検査用基板２０内に納まればよい。このため、位置合わせの困難性が軽減される。
【００４４】
上記第１の実施例では、検査対象物４０の回路面においてレーザ光のビームスポットを最小にしたが、必ずしもビームスポットが最小になる位置を回路面と一致させる必要はない。回路面におけるビームスポットが、検査用基板２０を配置しないときのビームスポットよりも小さくなれば、ｘ方向に関する解像度を高めることができる。
【００４５】
図６Ａに、第２の実施例による半導体装置の製造方法で用いられるＯＢＩＲＣＨ装置のブロック図を示す。以下、第１の実施例による方法で用いられるＯＢＩＲＣＨ装置との相違点に着目して説明し、共通の部分については説明を省略する。第１の実施例では、図２Ａに示したように、検査対象物４０の上に検査用基板２０が載置されていたが、第２の実施例ではその上下関係が反転し、検査用基板２０の上に検査対象物４０が載置される。検査対象物４０の平面形状は、検査用基板２０の平面形状よりも小さい。
【００４６】
図６Ｂに示すように、検査用基板２０の下方を向く面にリニア固浸レンズ２１が形成されており、上方を向く面は平坦である。検査対象物４０は、その背面が検査用基板２０に接するように配置される。検査用基板４０の上方を向く面に、電極パッドが形成されている。
【００４７】
レーザ発生部３１から放射され、レーザ走査部３２で走査されたレーザ光が、検査用基板２０に下方から入射する。このレーザ光は、検査用基板２０及び検査対象物４０内を透過して、検査対象物４０の回路面に到達する。プローブ針３５は、検査対象物４０の上方を向く表面に接触する。
【００４８】
図３に示したステップＳＴ１では、検査対象物４０を、リニア固浸レンズ２１が形成されていない領域に配置することにより、リニア固浸レンズ２１を介さないで回路面の光画像を取得することができる。図３に示したステップＳＴ５においては、検査用基板２０を移動させる代わりに、検査対象物４０を移動させて、故障箇所をリニア固浸レンズ２１の視野内に配置する。
【００４９】
第２の実施例のように、レーザ光を下方から照射することも可能である。このとき、プローブ針３５が接触する面が上方を向く。このため、プローブ針３５を接触させるときの困難性が軽減される。
【００５０】
図７Ａに、第３の実施例による検査用基板の斜視図を示す。第１の実施例による方法で用いら検査用基板２０においては、図１に示したように、リニア固浸レンズ２１が、平坦面の上に形成された凸部で構成されていた。この構成では、リニア固浸レンズ２１が配置されていない領域の基板表層部のほぼ全域を、ダイヤモンドバイト等で削り取らなければならない。
【００５１】
第３の実施例では、図７Ａに示すように、検査用基板２０Ａの平坦面にｙ方向に長い溝２２Ａが形成されており、この溝の底面に形成された凸部によりリニア固浸レンズ２１Ａが構成される。このため、溝２２Ａの部分のみを削り取ることにより、リニア固浸レンズ２１Ａを形成することができる。
【００５２】
図７Ｂに、第４の実施例による検査用基板２０Ｂの斜視図を示す。第４の実施例では、ｙ軸に垂直な断面内で曲率を持つ複数のリニア固浸レンズ２１Ｂがｘ方向に配列している。第４の実施例による検査用基板を用いると、図３に示したステップＳＴ６及びＳＴ７において、１回のレーザ光の走査によって、それぞれｙ方向に長い複数の帯状領域の拡大光学画像及び拡大解析画像を取得することができる。
【００５３】
図８Ａに、第５の実施例による検査用基板２０Ｃの斜視図を示す。図１に示した第１の実施例では、リニア固浸レンズ２１Ａのレンズ表面の曲率半径は一定であった。第５の実施例では、リニア固浸レンズ２１Ｃのレンズ表面の曲率半径がｙ方向に関して変化する。例えば、ｙ軸の正の向きに向かって曲率半径が単調に減少する。このとき、リニア固浸レンズ２１Ｃのｘ方向の幅が一定になるように、レンズ表面の高さが調節されている。
【００５４】
図８Ｂ及び図８Ｃに、それぞれｙ軸の負の方向を向く端面の近傍及び正の方向を向く端面の近傍におけるｙ軸に垂直な断面図を示す。ｙ軸の負の方向を向く端面の近傍におけるレンズ表面の曲率半径ｒ１よりも、ｙ軸の正の方向を向く端面の近傍におけるレンズ表面の曲率半径ｒ２の方が短い。ｙ軸の負の方向を向く端面の近傍におけるレンズの幅Ｗ１と、ｙ軸の正の方向を向く端面の近傍におけるレンズの幅Ｗ２とは等しい。曲率半径が線形に変化する場合、レンズ表面は円錐面となる。
【００５５】
第５の実施例による検査用基板においては、基板の背面（レンズが形成されていない平坦な表面）から、リニア固浸レンズ２１Ｃの焦点までの深さがｙ方向に関して変動する。図８Ａ〜図８Ｃに示した例では、ｙ軸の正の方向に向かって、焦点位置が浅くなる。
【００５６】
検査対象物４０の厚さ（基板の背面から回路面までの厚さ）は、全ての製品種別で同一であるとは限らず、製品種別ごとに異なる。第５の実施例による検査用基板２０Ｃを用いると、検査対象物４０の厚さが変わっても、ｙ方向のいずれかの位置で、回路面においてレーザ光のビームスポットを最小にすることができる。このため、１つの検査用基板を用いて、種々の厚さの検査対象物４０の検査を行うことが可能である。なお、第５の実施例による検査対象基板２０Ｃを用いる場合には、故障箇所を粗く検出した後、この故障箇所と検査用基板２０Ｃとの位置合わせを、ｘ方向及びｙ方向の２方向に関して行う必要がある。
【００５７】
図９Ａに、第６の実施例による検査用基板２０Ｄの斜視図を示す。第６の実施例では、リニア固浸レンズ２１Ｄのレンズ表面の曲率半径が一定であり、レンズ表面の高さがｙ方向に関して変化する。例えば、ｙ軸の正の方向に向かって、レンズ表面が高くなる。このため、リニア固浸レンズ２１Ｄの幅は、ｙ軸の正の方向に向かって広くなる。
【００５８】
図９Ｂ及び図９Ｃに、それぞれｙ軸の負の方向を向く端面の近傍及び正の方向を向く端面の近傍におけるｙ軸に垂直な断面図を示す。ｙ軸の負の方向を向く端面の近傍におけるレンズ表面の曲率半径ｒ１と、ｙ軸の正の方向を向く端面の近傍におけるレンズ表面の曲率半径ｒ２とは等しい。ｙ軸の負の方向を向く端面の近傍におけるレンズの幅Ｗ１は、ｙ軸の正の方向を向く端面の近傍におけるレンズの幅Ｗ２よりも狭い。
【００５９】
第６の実施例による検査用基板２０Ｄにおいても、第５の実施例の場合と同様に、リニア固浸レンズ２１Ｄの焦点位置の深さがｙ方向に関して変化する。このため、１つの検査用基板を用いて、種々の厚さの検査対象物４０の検査を行うことが可能である。
【００６０】
図１０Ａに、第７の実施例による検査用基板２０Ｅの斜視図を示す。第１の実施例で用いたリニア固浸レンズは、図１に示したように円柱面を含んでいたが、第７の実施例では、リニア固浸レンズ２１Ｅが、複数の直線状の回折溝２３を含む回折レンズで構成される。回折溝２３の深さは、例えば１００〜２００μｍである。
【００６１】
一例として、レーザ光の波長が１．３μｍのとき、回折レンズの焦点距離を３００μｍにするためには、回折格子の中心からｉ番目の段差までの距離をＬｉとしたとき、Ｌ１〜Ｌ１０を、それぞれ１９．７μｍ、２７．９μｍ、３４．２μｍ、３９．５μｍ、４４．２μｍ、４８．４μｍ、５２．２μｍ、５５．９μｍ、５９．２μｍ、６２．４μｍとすればよい。この寸法の溝は、マイクロＮＣ工作機械やフォーカスイオンビーム装置を用いて加工することができる。また、シリコンチップの裏面に光を透過させない金属をスパッタリング等により薄く成膜した後、溝の加工を行ってもよい。
【００６２】
第７の実施例のように、リニア固浸レンズ２１Ｅに回折レンズを適用することも可能である。
【００６３】
図１０Ｂに、第８の実施例による検査用基板２０Ｆの斜視図を示す。第８の実施例では、ｙ方向に延在する複数の溝を含むリニア固浸レンズ２１Ｆ１〜２１Ｆ３がｘ方向に配列している。このように、複数の回折レンズを配置することにより、図７Ｂに示した第４の実施例の場合と同様に、複数の帯状の領域の拡大光学画像及び拡大解析画像を同時に取得することができる。
【００６４】
図１１Ａに、第９の実施例による半導体装置の製造方法で用いられる発光画像解析装置のブロック図を示す。
【００６５】
ステージ７０の上に、検査対象物４０が載置され、その上に検査用基板２０が載置されている。検査対象物４０及び検査用基板２０の構成は、図１及び図２Ｂに示した第１の実施例の場合と同様である。プローブ針７５が、検査対象物４０の下方を向く表面に形成された電極パッドに接触する。電圧電流供給源７４からプローブ針７５を介して検査対象物４０に電圧及び電流が供給される。
【００６６】
検査対象物４０に形成されている電子回路から発生したホットエレクトロンによる光、及びジュール熱による赤外線が放射される。この光や赤外線が、検査対象物４０の基板を透過し、光学系７１を経由して光検出器７２、例えば赤外線受像器に入射する。画像解析部７３が、赤外線画像を解析することにより、故障箇所を検出する。
【００６７】
検査対象物４０の上に検査用基板２０を載置することにより、検査用基板２０のｘ方向に関して解像度の高い画像を得ることができる。
【００６８】
図１１Ｂに、第１０の実施例による半導体装置の製造方法で用いられる発光画像解析装置のブロック図を示す。第１０の実施例では、検査用基板２０の上に検査対象物４０が載置される。検査対象物４０及び検査用基板２０の構成は、図６Ａ及び図６Ｂに示した第２の実施例の場合と同様である。光学系７１及び光検出器７２は、検査用基板２０の下方に配置される。検査用基板２０に形成されたリニア固浸レンズを通して検査対象物４０の回路面を観察することにより、リニア固浸レンズの長手方向と直交する方向（ｘ方向）に関して解像度の高い画像を得ることができる。
【００６９】
第９及び第１０の実施例においても、図５Ａ〜図５Ｃを参照して説明したように、相互に平行に配置された複数の直線状のパターンを検査する場合、リニア固浸レンズ２１の長手方向、すなわちｙ方向と、回路面上のパターンの長手方向とが平行になるように検査用基板２０を配置することが好ましい。
【００７０】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】第１の実施例による半導体装置の製造方法で用いられる検査用基板の斜視図である。
【図２】（２Ａ）は、第１の実施例による半導体装置の製造方法で用いられるＯＢＩＲＣＨ装置のブロック図であり、（２Ｂ）は、ＯＢＩＲＣＨ装置に装着された検査対象物と検査用基板との斜視図である。
【図３】第１の実施例による半導体装置の製造方法のフローチャートである。
【図４】（４Ａ）は、第１の実施例による半導体装置の製造方法において、検査用基板を通さないで検査対象物に入射するレーザ光の収束の様子を示す概略図であり、（４Ｂ）は、検査用基板のリニア固浸レンズを通過して検査対象物に入射するレーザ光の収束の様子を示す概略図である。
【図５】（５Ａ）は、第１の実施例による半導体装置の製造方法で取得される光学画像の例を示し図であり、（５Ｂ）は、光学画像と解析画像とを合成した図であり、（５Ｃ）は、拡大光学画像と拡大解析画像とを合成した図である。
【図６】（６Ａ）は、第２の実施例による半導体装置の製造方法で用いられるＯＢＩＲＣＨ装置のブロック図であり、（６Ｂ）は、ＯＢＩＲＣＨ装置に装着された検査対象物と検査用基板との斜視図である。
【図７】（７Ａ）は、第３の実施例による検査用基板の斜視図であり、（７Ｂ）は、第４の実施例による検査用基板の斜視図である。
【図８】（８Ａ）は、第５の実施例による検査用基板の斜視図であり、（８Ｂ）及び（８Ｃ）は、その断面図である。
【図９】（９Ａ）は、第６の実施例による検査用基板の斜視図であり、（９Ｂ）及び（９Ｃ）は、その断面図である。
【図１０】（１０Ａ）は、第７の実施例による検査用基板の斜視図であり、（１０Ｂ）は、第８の実施例による検査用基板の斜視図である。
【図１１】（１１Ａ）は、第９の実施例で用いられる発光画像解析装置のブロック図であり、（１１Ｂ）は、第１０の実施例で用いられる発光画像解析装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００７２】
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆ  検査用基板
２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆ１〜２１Ｆ３  リニア固浸レンズ
２２Ａ  溝
２３  回折溝
３０、７０  ステージ
３１  レーザ発生部
３２  レーザ走査部
３３、７３  画像解析部
３４、７４  電圧電流供給部
３５、７５  プローブ針
３８  収束レンズ
４０  検査対象物
４１  活性領域
４２、４３  ゲートパターン
４４、４５  ビアホール
４８Ａ、４８Ｂ  電流変化異常検出箇所
７１  光学系
７２  光検出器
【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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