JP2003232749A - Failure analyzer for semiconductor device - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
異常発生解析や信頼性評価に使用される半導体デバイス
故障解析装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device failure analysis apparatus used for semiconductor device abnormality occurrence analysis and reliability evaluation.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体デバイス故障解析装置としては、
エミッション顕微鏡やＩＲ−ＯＢＩＲＣＨ装置が知られ
ている。しかし、近年では、これらの装置を用いて半導
体デバイスの表面側から故障解析を行うことが困難にな
った。これは、半導体デバイスのＬＯＣ構造化やＣＳＰ
化、メタル配線の多層化が進んだためである。例えば、
エミッション顕微鏡では、半導体デバイスの異常箇所か
ら発生する極微弱光（以下では、「異常光」と記述す
る）を検出して異常箇所を特定する。しかし、半導体デ
バイスの表面に多層配線があると、異常光が配線によっ
て遮られてしまう。このため、半導体デバイスの表面側
からの故障解析は難しい。2. Description of the Related Art As a semiconductor device failure analysis apparatus,
Emission microscopes and IR-OBIRCH devices are known. However, in recent years, it has become difficult to perform failure analysis from the surface side of a semiconductor device using these devices. This is the LOC structure of semiconductor devices and CSP.
This is because the number of layers and the number of metal wirings have increased. For example,
The emission microscope detects extremely weak light (hereinafter referred to as "abnormal light") generated from an abnormal portion of a semiconductor device to identify the abnormal portion. However, if there are multi-layered wiring on the surface of the semiconductor device, abnormal light is blocked by the wiring. Therefore, it is difficult to analyze the failure from the surface side of the semiconductor device.
【０００３】そこで、半導体デバイスの裏面側から解析
を行う技術が提案されている。その例としては、特開平
７−１９０９４６号公報の故障解析装置が挙げられる。Therefore, there has been proposed a technique for performing analysis from the back side of the semiconductor device. An example thereof is the failure analysis device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-190946.
【０００４】この装置は、半導体デバイスの裏面を落射
照明するエミッション顕微鏡である。照明光は、半導体
デバイスの裏面を透過し、デバイス内部で反射される。
この反射光の像は、ＣＣＤカメラで撮像される。この反
射光像は、半導体デバイスの裏面側から観察されるデバ
イスパターンを表す。つまり、反射光像は、表面側から
観察されるデバイスパターンを左右反転したものに当た
る。また、この装置は、半導体デバイスの異常箇所から
発する異常光の像を無照明下で撮像する。この異常光像
も、表面側から観察される異常光像を左右反転したもの
に当たる。したがって、撮像された反射光像と異常光像
をそれぞれ左右反転して重ね合わせると、半導体デバイ
スの表面側から撮像したときと等価な画像が得られる。
この画像中の異常光の位置から半導体デバイスの異常箇
所を特定できる。This device is an emission microscope for epi-illuminating the back surface of a semiconductor device. Illumination light passes through the back surface of the semiconductor device and is reflected inside the device.
An image of this reflected light is taken by a CCD camera. This reflected light image represents a device pattern observed from the back surface side of the semiconductor device. That is, the reflected light image corresponds to a device pattern observed from the front side, which is horizontally inverted. Further, this apparatus captures an image of abnormal light emitted from an abnormal portion of a semiconductor device without illumination. This extraordinary light image also corresponds to a laterally inverted version of the extraordinary light image observed from the front side. Therefore, when the reflected light image and the extraordinary light image that have been picked up are laterally inverted and superimposed, an image equivalent to that when picked up from the front surface side of the semiconductor device is obtained.
An abnormal portion of the semiconductor device can be specified from the position of the abnormal light in this image.
【０００５】特開平７−１９０９４６号公報の装置は、
ハロゲンランプからの光を光学フィルタに通して照明光
を形成する。この光学フィルタは、解析すべき半導体デ
バイスと同材質からできている。このため、半導体デバ
イスに対して透過効率の高い照明光が得られる。半導体
デバイスの表面で反射されやすい短波長の光は、光学フ
ィルタによって遮断される。これらの点により、雑音成
分やオフセット成分の少ない鮮明なパターン像を撮像で
きる。The device disclosed in JP-A-7-190946 is
Light from a halogen lamp is passed through an optical filter to form illumination light. This optical filter is made of the same material as the semiconductor device to be analyzed. Therefore, it is possible to obtain illumination light with high transmission efficiency for the semiconductor device. Light having a short wavelength, which is likely to be reflected on the surface of the semiconductor device, is blocked by the optical filter. Due to these points, it is possible to capture a clear pattern image with less noise components and offset components.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】最近では、半導体デバ
イスの性能向上に伴い、半導体デバイスの不純物濃度が
高くなっている。しかし、従来の装置では、半導体デバ
イスの不純物濃度が高いと、故障解析が難しくなる。特
に、従来の装置では、不純物濃度の異なる半導体デバイ
スの各々について鮮明なパターン像を効率良く取得する
ことは容易ではない。Recently, as the performance of semiconductor devices has improved, the impurity concentration of the semiconductor devices has increased. However, in the conventional device, failure analysis becomes difficult when the impurity concentration of the semiconductor device is high. In particular, in the conventional apparatus, it is not easy to efficiently obtain a clear pattern image for each of semiconductor devices having different impurity concentrations.
【０００７】そこで、本発明は、様々な不純物濃度の半
導体デバイスについて鮮明なパターン像を効率良く取得
することを課題としている。Therefore, an object of the present invention is to efficiently obtain a clear pattern image for semiconductor devices having various impurity concentrations.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記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、（ａ）波
長可変光源を有する落射照明手段と、（ｂ）落射照明手
段による照明下で半導体デバイスの反射光像を撮像する
とともに、半導体デバイスの異常箇所から発する異常光
の像を無照明下で撮像する撮像手段と、（ｃ）撮像手段
により撮像された反射光像のコントラストを測定する画
像解析手段と、（ｄ）照明光の波長を変えながら反射光
像のコントラストを自動的に繰り返し測定するように落
射照明手段、撮像手段および画像解析手段を制御する制
御手段と、（ｅ）様々な波長の照明光に対する反射光像
のコントラストから、反射光像のコントラストを最大に
する最適波長を求める波長決定手段と、（ｆ）最適波長
の照明光を用いて撮像された反射光像を左右反転させた
反転反射光像と、異常光像を左右反転させた反転異常光
像とを重ね合わせた画像のデータを生成する画像生成手
段と、を備えている。In order to solve the above problems, a semiconductor device failure analysis apparatus according to the present invention is provided with (a) an epi-illumination means having a variable wavelength light source, and (b) under illumination by the epi-illumination means. The reflected light image of the semiconductor device is picked up, and the contrast of the reflected light image picked up by the image pick-up means and (c) the picked-up means for picking up an image of the abnormal light emitted from the abnormal place of the semiconductor device without illumination is measured. (E) image analysis means, (d) control means for controlling the epi-illumination means, the imaging means, and the image analysis means so as to automatically and repeatedly measure the contrast of the reflected light image while changing the wavelength of the illumination light. Using the wavelength determining means for obtaining the optimum wavelength that maximizes the contrast of the reflected light image from the contrast of the reflected light image with respect to the illumination light of various wavelengths, and (f) the illumination light of the optimum wavelength. Includes an inverted reflected light image of the image has been reflected light image obtained by mirror reversing, an image generating means for generating data of superposed images and the abnormal light image obtained by mirror-inverting the inverted abnormal light image, a.
【０００９】この故障解析装置を用いて半導体デバイス
の裏面を落射照明すれば、半導体デバイスの裏面（基板
背面）を透過し、半導体デバイスの内部で反射された照
明光の像を撮像できる。この反射光像は、デバイスパタ
ーンを左右反転した像である。画像生成手段は、反射光
像を左右反転させた像と異常光像を左右反転させた像と
の重畳画像のデータを生成する。こうして生成された画
像データは、半導体デバイスを表面側から撮像したとき
に得られるパターン像を示す。半導体デバイスに異常箇
所が含まれている場合、この画像データを用いて再生さ
れるパターン像には異常光が表示される。したがって、
観察者は、半導体デバイスの異常の有無を知ることがで
きる。また、パターン像中の異常光の位置から異常箇所
を特定できる。If the back surface of the semiconductor device is epi-illuminated by using this failure analysis apparatus, an image of the illumination light that is transmitted through the back surface of the semiconductor device (back surface of the substrate) and reflected inside the semiconductor device can be captured. This reflected light image is an image obtained by horizontally reversing the device pattern. The image generation means generates data of a superimposed image of an image obtained by horizontally inverting the reflected light image and an image obtained by horizontally inverting the abnormal light image. The image data thus generated represents a pattern image obtained when the semiconductor device is imaged from the front side. When the semiconductor device includes an abnormal portion, abnormal light is displayed in the pattern image reproduced using this image data. Therefore,
The observer can know whether or not there is an abnormality in the semiconductor device. Further, the abnormal place can be specified from the position of the abnormal light in the pattern image.
【００１０】この故障解析装置では、半導体デバイスの
不純物濃度に応じた最適な照明光波長が自動的に選択さ
れる。これにより、様々な不純物濃度の半導体デバイス
が効率良く解析される。波長選択の基準は、反射光像の
コントラストである。したがって、照明光の最適波長
は、半導体デバイスの透過効率だけでなく、撮像手段の
分光感度も考慮して決定される。このため、鮮明なパタ
ーン像が得られる。In this failure analysis apparatus, the optimum illumination light wavelength is automatically selected according to the impurity concentration of the semiconductor device. As a result, semiconductor devices having various impurity concentrations can be efficiently analyzed. The criterion for wavelength selection is the contrast of the reflected light image. Therefore, the optimum wavelength of the illumination light is determined in consideration of not only the transmission efficiency of the semiconductor device but also the spectral sensitivity of the image pickup means. Therefore, a clear pattern image can be obtained.
【００１１】画像解析手段、制御手段、波長決定手段、
および画像生成手段は、コンピュータとそこにインスト
ールされるソフトウェアとの組み合わせで実現してもよ
い。これらの手段は互いに別個の装置であってもよい
し、一つの装置が複数の手段を兼ねてもよい。Image analysis means, control means, wavelength determination means,
The image generating means may be realized by a combination of a computer and software installed therein. These means may be separate devices, or one device may serve as a plurality of means.
【００１２】本発明の半導体デバイス故障解析装置の別
の態様は、波長可変光源を有する落射照明装置と、半導
体デバイス撮像装置と、落射照明装置および半導体デバ
イス撮像装置の双方に接続されたコンピュータとを備え
ている。コンピュータには、制御プログラムがインスト
ールされている。コンピュータは、操作者によって命令
が入力されると、制御プログラムにしたがって、（ａ）
照明光の波長を変えながら半導体デバイスの反射光像を
繰り返し撮像するように落射照明装置および前記半導体
デバイス撮像装置を制御し、（ｂ）様々な波長の照明光
に対する反射光像のコントラストを測定し、（ｃ）コン
トラストを最大にする最適波長を求め、（ｄ）最適波長
の照明光を用いて半導体デバイスの反射光像を撮像する
とともに、半導体デバイスの異常箇所から発する異常光
の像を無照明下で撮像するように落射照明装置および撮
像装置を制御し、（ｅ）最適波長の照明光を用いて撮像
された反射光像を左右反転させた反転反射光像と、異常
光像を左右反転させた反転異常光像とを重ね合わせた画
像のデータを生成する。Another aspect of the semiconductor device failure analysis apparatus of the present invention comprises an epi-illumination apparatus having a variable wavelength light source, a semiconductor device imaging apparatus, and a computer connected to both the epi-illumination apparatus and the semiconductor device imaging apparatus. I have it. A control program is installed in the computer. When the operator inputs a command, the computer follows the control program (a)
The epi-illumination device and the semiconductor device imaging device are controlled so as to repeatedly capture the reflected light image of the semiconductor device while changing the wavelength of the illumination light, and (b) the contrast of the reflected light image with respect to the illumination light of various wavelengths is measured. , (C) finding the optimum wavelength that maximizes the contrast, (d) capturing an image of the reflected light of the semiconductor device using illumination light of the optimum wavelength, and not illuminating the image of the abnormal light emitted from the abnormal portion of the semiconductor device. The epi-illumination device and the imaging device are controlled so as to capture an image below, and (e) the reflected light image obtained by horizontally inverting the reflected light image captured using the illumination light of the optimum wavelength and the abnormal light image are horizontally reversed. Image data is generated by superimposing the reversed abnormal light image on the image data.
【００１３】この故障解析装置では、コンピュータが、
半導体デバイスの不純物濃度に応じた最適な照明光波長
を自動的に選択する。したがって、様々な不純物濃度の
半導体デバイスが効率良く解析される。波長選択の基準
は、反射光像のコントラストである。したがって、照明
光の最適波長は、半導体デバイスの透過効率だけでな
く、撮像手段の分光感度も考慮して決定される。このた
め、鮮明なパターン像が得られる。In this failure analysis device, the computer is
Optimum illumination light wavelength is automatically selected according to the impurity concentration of the semiconductor device. Therefore, semiconductor devices with various impurity concentrations can be efficiently analyzed. The criterion for wavelength selection is the contrast of the reflected light image. Therefore, the optimum wavelength of the illumination light is determined in consideration of not only the transmission efficiency of the semiconductor device but also the spectral sensitivity of the image pickup means. Therefore, a clear pattern image can be obtained.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】本発明の実施形態の具体的な構成
を説明する前に、従来技術に関する本発明者らの考察と
本発明の原理を説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Before describing a specific configuration of an embodiment of the present invention, consideration of the present inventors regarding the prior art and the principle of the present invention will be described.
【００１５】最近では、半導体デバイスの性能向上に伴
い、半導体デバイスの不純物濃度が高くなっている。し
かし、半導体デバイスの不純物濃度が高いと、半導体デ
バイスの裏面を落射照明する従来の故障解析装置では、
効率の良い故障解析が難しい。Recently, as the performance of semiconductor devices has improved, the impurity concentration of semiconductor devices has increased. However, if the impurity concentration of the semiconductor device is high, in the conventional failure analysis device that illuminates the back surface of the semiconductor device,
Efficient failure analysis is difficult.
【００１６】半導体の透過特性は不純物注入量に応じて
変化する。図９は、様々な濃度のｐ型ドーパントを含む
厚さ６２５μｍのシリコンについて透過特性を示すグラ
フである。（ａ）のドーパント濃度は１．５×１０16ｃ
ｍ−3であり、（ｂ）は３３×１０16ｃｍ−3、（ｃ）は
１２０×１０16ｃｍ−3、（ｄ）は７３０×１０16ｃｍ
−3である。The transmission characteristics of a semiconductor change according to the amount of implanted impurities. FIG. 9 is a graph showing transmission characteristics for 625 μm thick silicon containing various concentrations of p-type dopants. The dopant concentration of (a) is 1.5 × 10 16 c
m− 3 , (b) 33 × 10 16 cm −3 , (c) 120 × 10 16 cm −3 , (d) 730 × 10 16 cm
-3 .
【００１７】図９に示されるように、半導体は、不純物
濃度が高くなると透過波長帯域が狭くなるという性質を
有している。また、不純物濃度が高くなると透過効率は
全体的に低下する。さらに、透過効率が最大となる波長
は、不純物濃度に応じて変化する。このため、様々な高
不純物濃度の半導体デバイスの各々について鮮明なパタ
ーン像を得るためには、不純物濃度に応じた適切な波長
の照明光を使用する必要がある。As shown in FIG. 9, the semiconductor has a property that the transmission wavelength band becomes narrower as the impurity concentration becomes higher. Further, the higher the impurity concentration, the lower the transmission efficiency as a whole. Furthermore, the wavelength that maximizes the transmission efficiency changes according to the impurity concentration. Therefore, in order to obtain a clear pattern image for each of semiconductor devices having various high impurity concentrations, it is necessary to use illumination light having an appropriate wavelength according to the impurity concentrations.
【００１８】しかし、特開平７−１９０９４６号公報の
装置では、照明光の波長帯域が光学フィルタの透過特性
によって固定されてしまう。このため、半導体デバイス
の不純物濃度に応じて照射光の波長帯域を調整すること
は容易ではない。例えば、解析する半導体デバイスが変
わるごとに光学フィルタをその半導体デバイスと同材質
のものに交換することは、効率が悪い。However, in the device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-190946, the wavelength band of the illumination light is fixed by the transmission characteristics of the optical filter. Therefore, it is not easy to adjust the wavelength band of the irradiation light according to the impurity concentration of the semiconductor device. For example, it is inefficient to replace the optical filter with the same material as the semiconductor device each time the semiconductor device to be analyzed changes.
【００１９】対策としては、広い波長帯域の照明光を高
い強度で照射する方法が考えられる。照明光の波長帯域
が広ければ、半導体デバイスの不純物濃度が変化して
も、照明光に最大透過効率の波長が含まれる可能性は高
い。また、照明光の強度が高ければ、不純物濃度が高く
透過効率の低い半導体デバイスでも、充分な光量の照明
光を透過させられる。As a countermeasure, a method of irradiating illumination light in a wide wavelength band with high intensity can be considered. If the wavelength band of the illumination light is wide, it is highly possible that the illumination light includes the wavelength of maximum transmission efficiency even if the impurity concentration of the semiconductor device changes. Moreover, if the intensity of the illumination light is high, a sufficient amount of illumination light can be transmitted even in a semiconductor device having a high impurity concentration and a low transmission efficiency.
【００２０】しかし、広波長帯域の照明光を使用する
と、半導体デバイスの裏面で反射される照明光も増えて
しまう。不純物濃度の高い半導体デバイスは、透過波長
帯域が狭いからである。不純物濃度の高い半導体デバイ
スは、透過効率も比較的低いので、裏面で反射される光
の増加と相まって、ＳＮ比が低下する。これでは鮮明な
パターン像を得ることは難しい。However, when the illumination light in the wide wavelength band is used, the illumination light reflected on the back surface of the semiconductor device also increases. This is because a semiconductor device having a high impurity concentration has a narrow transmission wavelength band. Since the semiconductor device having a high impurity concentration also has a relatively low transmission efficiency, the SN ratio is lowered in combination with the increase in the light reflected on the back surface. With this, it is difficult to obtain a clear pattern image.
【００２１】そこで、本発明者らは、波長可変の落射照
明装置を備える半導体デバイス故障解析装置を発明し
た。この装置は、半導体デバイスのパターン撮像に先だ
って予備撮像を行い、パターン像のコントラストが最大
となるように照明光の波長を調節する。この波長調節は
自動的に行われるので、効率の良い故障解析が可能であ
る。また、パターン像のコントラストに基づいて照明光
波長を決定するので、半導体デバイスの透過波長だけで
なく撮像装置の分光感度も考慮されている。したがっ
て、鮮明なパターン像を得ることができる。Therefore, the present inventors have invented a semiconductor device failure analysis apparatus equipped with a variable wavelength epi-illumination apparatus. This apparatus performs preliminary image pickup prior to pattern image pickup of a semiconductor device, and adjusts the wavelength of illumination light so that the contrast of the pattern image is maximized. Since this wavelength adjustment is automatically performed, efficient failure analysis is possible. Further, since the illumination light wavelength is determined based on the contrast of the pattern image, not only the transmission wavelength of the semiconductor device but also the spectral sensitivity of the image pickup device is considered. Therefore, a clear pattern image can be obtained.
【００２２】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
一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略す
る。
（第１実施形態）本発明の第１の実施形態を説明する。
図１は、本実施形態の半導体デバイス故障解析装置１ａ
の構成を示す部分断面図である。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description. (First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 shows a semiconductor device failure analysis apparatus 1a according to this embodiment.
3 is a partial cross-sectional view showing the configuration of FIG.
【００２３】故障解析装置１ａは、エミッション顕微鏡
である。故障解析装置１ａは、落射照明装置２ａ、撮像
装置３ａ、コンピュータ４ａ、および表示装置５を備え
ている。落射照明装置２ａの一部と撮像装置３ａの一部
は、暗箱６に収容されている。暗箱６には、解析すべき
試料（半導体デバイス）７も収容される。故障解析装置
１ａは、ＸＹＺステージ８、ステージコントローラ９、
テストフィクスチャ５０および外部電源５２も備えてい
る。半導体デバイス７は、テストフィクスチャ５０上に
設置され、テストフィクスチャ５０は、ＸＹＺステージ
８上に設置されている。The failure analysis device 1a is an emission microscope. The failure analysis device 1a includes an epi-illumination device 2a, an imaging device 3a, a computer 4a, and a display device 5. A part of the epi-illumination device 2 a and a part of the imaging device 3 a are housed in a dark box 6. The dark box 6 also contains a sample (semiconductor device) 7 to be analyzed. The failure analysis device 1a includes an XYZ stage 8, a stage controller 9,
A test fixture 50 and an external power supply 52 are also provided. The semiconductor device 7 is installed on the test fixture 50, and the test fixture 50 is installed on the XYZ stage 8.
【００２４】故障解析装置１ａは、半導体デバイス７の
裏面側（基板側）からの撮像により半導体デバイス７を
解析する。したがって、半導体デバイス７は、その裏面
（基板背面）を上方に露出させて配置される。落射照明
装置２ａは、半導体デバイス７の裏面を落射照明する。
撮像装置３ａは、落射照明下では半導体デバイス７から
の反射光像を撮像する。また、撮像装置３ａは、半導体
デバイス７の異常箇所から発する異常光の像を無照明下
で撮像する。ＸＹＺステージ８は、半導体デバイス７の
撮像距離を調整できる。ステージコントローラ９は、Ｘ
ＹＺステージ８に動作電力を供給するとともに、ＸＹＺ
ステージ８に駆動指令を与える。テストフィクスチャ５
０は、半導体デバイス７に動作電圧を供給する。外部電
源５２は、テストフィクスチャ５０に動作電圧の供給を
指令する。コンピュータ４ａは、落射照明装置２ａ、撮
像装置３ａ、ＸＹＺステージ８、およびテストフィクス
チャ５０の動作を制御する。コンピュータ４ａは、半導
体デバイス７のパターン像のデータを生成する。異常箇
所がある場合には、異常光がパターン像中に示される。
表示装置５は、この画像データを用いてパターン像を表
示する。The failure analysis apparatus 1a analyzes the semiconductor device 7 by picking up an image from the back surface side (substrate side) of the semiconductor device 7. Therefore, the semiconductor device 7 is arranged with its back surface (substrate back surface) exposed upward. The epi-illumination device 2a epi-illuminates the back surface of the semiconductor device 7.
The imaging device 3a captures a reflected light image from the semiconductor device 7 under epi-illumination. Further, the image pickup device 3a picks up an image of abnormal light emitted from an abnormal portion of the semiconductor device 7 without illumination. The XYZ stage 8 can adjust the imaging distance of the semiconductor device 7. The stage controller 9 is X
While supplying operating power to the YZ stage 8, XYZ
A drive command is given to the stage 8. Test fixture 5
0 supplies an operating voltage to the semiconductor device 7. The external power supply 52 commands the test fixture 50 to supply an operating voltage. The computer 4a controls the operations of the epi-illumination device 2a, the imaging device 3a, the XYZ stage 8 and the test fixture 50. The computer 4a generates data of the pattern image of the semiconductor device 7. When there is an abnormal place, abnormal light is shown in the pattern image.
The display device 5 displays a pattern image using this image data.
【００２５】落射照明装置２ａの構成を詳細に説明す
る。落射照明装置２ａは、波長可変光源装置２０、光源
コントローラ２１、波長選択器ドライバ２２、光ファイ
バ２３、および顕微鏡落射照明ユニット２４から構成さ
れている。波長可変光源装置２０は、光源部２５と波長
選択器２６を有する。光源部２５には、光源コントロー
ラ２１が接続されている。波長選択器２６には、波長選
択器ドライバ２２が接続されている。光源コントローラ
２１および波長選択器ドライバ２２は、双方とも信号線
を介してコンピュータ４ａに接続されている。光源装置
２０、光源コントローラ２１、および波長選択器ドライ
バ２２は、暗箱６の外部に設置されている。一方、落射
照明ユニット２４は、暗箱６の内部に設置されている。
光源装置２０と落射照明ユニット２４とは、光ファイバ
２３によって光学的に接続されている。The structure of the epi-illumination device 2a will be described in detail. The epi-illumination device 2a includes a variable wavelength light source device 20, a light source controller 21, a wavelength selector driver 22, an optical fiber 23, and a microscope epi-illumination unit 24. The variable wavelength light source device 20 includes a light source unit 25 and a wavelength selector 26. The light source controller 21 is connected to the light source unit 25. The wavelength selector driver 22 is connected to the wavelength selector 26. The light source controller 21 and the wavelength selector driver 22 are both connected to the computer 4a via signal lines. The light source device 20, the light source controller 21, and the wavelength selector driver 22 are installed outside the dark box 6. On the other hand, the epi-illumination unit 24 is installed inside the dark box 6.
The light source device 20 and the epi-illumination unit 24 are optically connected by an optical fiber 23.
【００２６】波長可変光源装置２０は、波長可変の照明
光を出射する。照明光の出射は、光源コントローラ２１
によって制御される。照明光の波長は、波長選択器ドラ
イバ２２によって制御される。光源装置２０を出射した
照明光は、光ファイバ２３によって落射照明ユニット２
４まで伝送される。落射照明ユニット２４は、半導体デ
バイス７が落射照明されるように照明光の光路を設定す
る。The variable wavelength light source device 20 emits illumination light having a variable wavelength. The illumination light is emitted by the light source controller 21.
Controlled by. The wavelength of the illumination light is controlled by the wavelength selector driver 22. The illumination light emitted from the light source device 20 is reflected by the optical fiber 23 to the epi-illumination unit 2
Up to 4 are transmitted. The epi-illumination unit 24 sets the optical path of the illumination light so that the semiconductor device 7 is epi-illuminated.
【００２７】図２は、波長可変光源装置２０の構成を示
す部分断面図である。光源部２５は、ハロゲンランプ１
２と凹面反射鏡１４から構成されている。また、波長選
択器２６は、波長可変フィルタ１６である。ハロゲンラ
ンプ１２は、凹面反射鏡１４の鏡面と波長可変フィルタ
１６との間に配置されている。FIG. 2 is a partial sectional view showing the structure of the variable wavelength light source device 20. The light source unit 25 is a halogen lamp 1.
2 and a concave reflecting mirror 14. The wavelength selector 26 is the wavelength tunable filter 16. The halogen lamp 12 is arranged between the mirror surface of the concave reflecting mirror 14 and the wavelength tunable filter 16.
【００２８】ハロゲンランプ１２には、光源コントロー
ラ２１が接続されている。光源コントローラ２１は、コ
ンピュータ４ａからの制御信号にしたがって、ハロゲン
ランプ１２に駆動電圧を供給する。これにより、ハロゲ
ンランプ１２はパルス点灯する。光源コントローラ２１
は、コンピュータ４ａからの制御信号にしたがって、ハ
ロゲンランプ１２の光量も調節する。光量の調節は、パ
ルス点灯のデューティーを変えることにより行われる。
これは、光源の色温度の変化を抑えるためである。これ
により、発光波長特性の変化が最小限に抑えられる。A light source controller 21 is connected to the halogen lamp 12. The light source controller 21 supplies a drive voltage to the halogen lamp 12 according to the control signal from the computer 4a. As a result, the halogen lamp 12 is pulse-lighted. Light source controller 21
Adjusts the light quantity of the halogen lamp 12 according to the control signal from the computer 4a. The amount of light is adjusted by changing the duty of pulse lighting.
This is to suppress the change in color temperature of the light source. This minimizes changes in emission wavelength characteristics.
【００２９】凹面反射鏡１４は、ハロゲンランプ１２か
らの光を高い反射率で反射する。ハロゲンランプ１２か
ら発した光は、反射鏡１４の凹面で反射されると、収束
しながら進行する。反射鏡１４の曲率は、ハロゲンラン
プ１２からの光を光ファイバ２３の端面に集光するよう
に設定されている。The concave reflecting mirror 14 reflects the light from the halogen lamp 12 with high reflectance. When the light emitted from the halogen lamp 12 is reflected by the concave surface of the reflecting mirror 14, it proceeds while converging. The curvature of the reflecting mirror 14 is set so that the light from the halogen lamp 12 is condensed on the end surface of the optical fiber 23.
【００３０】波長可変フィルタ１６は、入射した光のな
かから特定の波長の光を選択的に透過させ、他の波長の
光は減衰させる。波長可変フィルタ１６を透過した光
は、光ファイバ２３の端面に集光される。波長可変フィ
ルタ１６には、波長選択器ドライバ２２が接続されてい
る。波長選択器ドライバ２２は、コンピュータ４ａから
の制御信号にしたがって、波長可変フィルタ１６の選択
波長を制御する。これにより、照明光の波長が調節され
る。波長可変フィルタ１６としては、公知の波長可変フ
ィルタを任意に使用できる。例えば、波長可変フィルタ
１６は、フィルタ材料を機械的に移動させて波長を変更
する機械式フィルタであってもよい。また、構成要素の
電気的特性を利用して波長を変更する電気式フィルタで
あってもよい。電気式フィルタの一例としては、液晶波
長可変フィルタがある。The wavelength tunable filter 16 selectively transmits light having a specific wavelength among the incident light and attenuates light having other wavelengths. The light transmitted through the wavelength tunable filter 16 is condensed on the end surface of the optical fiber 23. A wavelength selector driver 22 is connected to the wavelength tunable filter 16. The wavelength selector driver 22 controls the selected wavelength of the wavelength tunable filter 16 according to the control signal from the computer 4a. Thereby, the wavelength of the illumination light is adjusted. As the wavelength tunable filter 16, a known wavelength tunable filter can be arbitrarily used. For example, the wavelength tunable filter 16 may be a mechanical filter that mechanically moves the filter material to change the wavelength. Further, it may be an electric filter that changes the wavelength by utilizing the electrical characteristics of the constituent elements. A liquid crystal wavelength tunable filter is an example of the electric filter.
【００３１】図３は、波長可変光源装置の他の構成例２
０ａ1を示す部分断面図である。この波長可変光源装置
２０ａ1は、二つの点で図２の波長可変光源装置２０ａ
と異なる。第１に、波長選択器２６が可動凹面グレーテ
ィング１８から構成されている。第２に、光源部２５と
波長選択器２６との間にスリット１９が設けられてい
る。FIG. 3 shows another configuration example 2 of the variable wavelength light source device.
It is a partial sectional view showing a 0a 1. This wavelength tunable light source device 20a 1 has the following two points.
Different from First, the wavelength selector 26 is composed of the movable concave grating 18. Secondly, the slit 19 is provided between the light source unit 25 and the wavelength selector 26.
【００３２】光源装置２０ａ1も、波長可変の照明光を
生成できる。ハロゲンランプ１２が発光すると、ハロゲ
ンランプ１２からの白色光は凹面反射鏡１４で反射さ
れ、収束しながらスリット１９に向かう。スリット１９
を通過した光は、発散しながら可動凹面グレーティング
１８に入射する。可動凹面グレーティング１８は、反射
型のグレーティングであり、凹面に入射した光をその波
長に応じた方向に回折する。これにより、特定の波長の
光のみが光ファイバ２３の端面に集光される。可動凹面
グレーティング１８には、波長選択器ドライバ２２が接
続されている。波長選択器ドライバ２２は、コンピュー
タ４ａからの制御信号にしたがって、可動凹面グレーテ
ィング１８を回転させる。可動凹面グレーティング１８
を回転させて凹面の向きを変えれば、光ファイバ２３に
集光される光の波長を調節できる。The light source device 20a 1 can also generate wavelength-variable illumination light. When the halogen lamp 12 emits light, the white light from the halogen lamp 12 is reflected by the concave reflecting mirror 14 and converges toward the slit 19. Slit 19
The light that has passed through enters the movable concave grating 18 while diverging. The movable concave grating 18 is a reflective grating, and diffracts the light incident on the concave surface in the direction according to the wavelength. As a result, only light of a specific wavelength is condensed on the end face of the optical fiber 23. A wavelength selector driver 22 is connected to the movable concave grating 18. The wavelength selector driver 22 rotates the movable concave grating 18 according to the control signal from the computer 4a. Movable concave grating 18
If the direction of the concave surface is changed by rotating, the wavelength of the light focused on the optical fiber 23 can be adjusted.
【００３３】落射照明ユニット２４は、コンデンサレン
ズ２７およびハーフミラー２８を有している。光ファイ
バ２３から出射した照明光は、コンデンサレンズ２７に
よって集光された後、ハーフミラー２８に入射する。ハ
ーフミラー２８で反射された照明光は、鉛直方向に沿っ
て半導体デバイス７の裏面に照射される。このようにし
て落射照明が行われる。The epi-illumination unit 24 has a condenser lens 27 and a half mirror 28. The illumination light emitted from the optical fiber 23 is condensed by the condenser lens 27 and then enters the half mirror 28. The illumination light reflected by the half mirror 28 is applied to the back surface of the semiconductor device 7 along the vertical direction. Epi-illumination is performed in this manner.
【００３４】次に、撮像装置３ａについて詳細に説明す
る。撮像装置３ａの構成は、一般的なエミッション顕微
鏡で採用されているものである。撮像装置３ａは、対物
レンズ３０、結像レンズ３１、撮像カメラ３２、および
カメラコントローラ３３から構成されている。対物レン
ズ３０と結像レンズ３１は、ハーフミラー２８を挟んで
配置されている。撮像カメラ３２とカメラコントローラ
３３は、信号線で接続されている。対物レンズ３０、結
像レンズ３１、および撮像カメラ３２は、暗箱６の内部
に配置されている。カメラコントローラ３３は、暗箱６
の外部に設置されている。Next, the image pickup device 3a will be described in detail. The configuration of the image pickup device 3a is adopted in a general emission microscope. The imaging device 3a includes an objective lens 30, an imaging lens 31, an imaging camera 32, and a camera controller 33. The objective lens 30 and the imaging lens 31 are arranged with the half mirror 28 interposed therebetween. The imaging camera 32 and the camera controller 33 are connected by a signal line. The objective lens 30, the imaging lens 31, and the imaging camera 32 are arranged inside the dark box 6. The camera controller 33 is a dark box 6
Is installed outside.
【００３５】対物レンズ３０は、結像レンズ３１と組み
合わせて使用され、試料の像を撮像カメラ３２上に拡大
結像する。ハーフミラー２８は、対物レンズ３０によっ
て集光された光束を透過させ、結像レンズ３１に送る。
結像レンズ３１は、この光束を撮像カメラ３２の受光面
に結像させる。撮像カメラ３２は、高感度のＣＣＤカメ
ラである。カメラコントローラ３３は、撮像カメラ３２
およびコンピュータ４ａの双方に信号線を介して接続さ
れている。カメラコントローラ３３は、コンピュータ４
ａからの制御信号にしたがって、撮像カメラ３２の動作
を制御する。カメラコントローラ３３が撮像命令信号を
撮像カメラに送ると、撮像カメラ３２は撮像を行う。こ
れにより、撮像カメラ３２の受光面上に結像された光像
が電気信号に変換される。こうして生成された画像信号
は、カメラコントローラ３３に送られる。カメラコント
ローラ３３は、画像信号に対してＣＣＤ信号処理（Ａ／
Ｄ変換など）を行う。ＣＣＤ信号処理された画像信号
は、コンピュータ４ａに送信される。The objective lens 30 is used in combination with the image forming lens 31, and enlarges the image of the sample on the image pickup camera 32. The half mirror 28 transmits the light flux condensed by the objective lens 30 and sends it to the imaging lens 31.
The image forming lens 31 forms an image of this light flux on the light receiving surface of the image pickup camera 32. The image pickup camera 32 is a high sensitivity CCD camera. The camera controller 33 uses the imaging camera 32.
And the computer 4a via signal lines. The camera controller 33 is the computer 4
The operation of the imaging camera 32 is controlled according to the control signal from a. When the camera controller 33 sends an image pickup command signal to the image pickup camera, the image pickup camera 32 picks up an image. As a result, the optical image formed on the light receiving surface of the image pickup camera 32 is converted into an electric signal. The image signal thus generated is sent to the camera controller 33. The camera controller 33 performs CCD signal processing (A /
D conversion). The image signal subjected to CCD signal processing is transmitted to the computer 4a.
【００３６】以下では、コンピュータ４ａについて詳細
に説明する。コンピュータ４ａは、六つの機能を有して
いる。これらの機能は、コンピュータ４ａの構成ハード
ウェア（プロセッサ、記憶装置など）とコンピュータ４
ａにインストールされたソフトウェアによって実現され
る。The computer 4a will be described in detail below. The computer 4a has six functions. These functions are implemented by the hardware (processor, storage device, etc.) of the computer 4a and the computer 4a.
It is realized by the software installed in a.
【００３７】第１に、コンピュータ４ａは、画像解析装
置として機能する。すなわち、コンピュータ４ａは、撮
像装置３ａによって取得された画像データのコントラス
トを求める。画像解析装置としての機能は、主に、コン
ピュータ４ｂが内蔵する画像取込ボード４８を用いて実
現される。First, the computer 4a functions as an image analysis device. That is, the computer 4a obtains the contrast of the image data acquired by the imaging device 3a. The function as the image analysis device is mainly realized by using the image capturing board 48 built in the computer 4b.
【００３８】第２に、コンピュータ４ａは、コントラス
トの測定を制御する制御装置として機能する。すなわ
ち、コンピュータ４ａは、様々な撮像距離や照明光波長
でコントラストを測定するように、落射照明装置２ａ、
撮像装置３ａ、およびステージコントローラ９を制御す
る。Secondly, the computer 4a functions as a control device for controlling the measurement of contrast. That is, the computer 4a measures the contrast at various imaging distances and illumination light wavelengths so that the epi-illumination device 2a,
It controls the imaging device 3a and the stage controller 9.
【００３９】第３に、コンピュータ４ａは、最適な撮像
距離を決定する撮像距離決定装置として機能する。すな
わち、コンピュータ４ａは、画像のコントラストが最大
になる撮像距離の値を求める。Thirdly, the computer 4a functions as an image pickup distance determination device for determining the optimum image pickup distance. That is, the computer 4a obtains the value of the imaging distance that maximizes the contrast of the image.
【００４０】第４に、コンピュータ４ａは、最適な照明
光波長を決定する波長決定装置として機能する。すなわ
ち、コンピュータ４ａは、画像のコントラストが最大に
なる照明光波長の値を求める。Fourthly, the computer 4a functions as a wavelength determining device for determining the optimum wavelength of the illumination light. That is, the computer 4a obtains the value of the illumination light wavelength that maximizes the contrast of the image.
【００４１】第５に、コンピュータ４ａは、半導体デバ
イス７のパターン像データを生成する画像生成装置とし
て機能する。表示装置５は、このデータを用いてパター
ン像を表示する。このパターン像は、デバイス異常の有
無の確認や異常箇所の特定に用いられる。Fifth, the computer 4a functions as an image generating apparatus for generating pattern image data of the semiconductor device 7. The display device 5 displays the pattern image using this data. This pattern image is used to confirm the presence / absence of a device abnormality and identify the abnormal portion.
【００４２】第６に、コンピュータ４ａは、照明光を適
切な光量に調整する光量調整装置として機能する。すな
わち、コンピュータ４ａは、照明光の強度が大きすぎる
ときに、照明光の光量を絞る。Sixth, the computer 4a functions as a light amount adjusting device for adjusting the illumination light to an appropriate light amount. That is, the computer 4a reduces the light amount of the illumination light when the intensity of the illumination light is too high.
【００４３】コンピュータ４ａには、入力装置４６が接
続されている。故障解析装置１ａの操作者は、入力装置
４６を用いてコンピュータ４ａに命令を与えることによ
り、半導体デバイス７の故障解析を実行できる。An input device 46 is connected to the computer 4a. The operator of the failure analysis apparatus 1a can execute failure analysis of the semiconductor device 7 by giving a command to the computer 4a using the input device 46.
【００４４】表示装置５は、コンピュータ４ａで生成さ
れた画像データを用いて、半導体デバイス７のパターン
像を表示する。操作者は、このパターン像を観察するこ
とにより、半導体デバイス７の異常箇所の有無や異常箇
所の位置を知ることができる。The display device 5 displays the pattern image of the semiconductor device 7 using the image data generated by the computer 4a. By observing this pattern image, the operator can know the presence / absence of an abnormal portion of the semiconductor device 7 and the position of the abnormal portion.
【００４５】テストフィクスチャ５０は、半導体デバイ
ス７の異常光像を撮像するときに半導体デバイス７に動
作電圧を供給するためのものである。外部電源５２は、
コンピュータ４ａからの制御信号にしたがって、テスト
フィクスチャ５０による半導体デバイス７への動作電圧
供給を制御する。テストフィクスチャ５０上に設置され
た半導体デバイス７は、その裏面（基板背面）を撮像装
置３ａの対物レンズ３０に対向させている。The test fixture 50 is for supplying an operating voltage to the semiconductor device 7 when capturing an abnormal light image of the semiconductor device 7. The external power supply 52 is
The operating voltage supply to the semiconductor device 7 by the test fixture 50 is controlled according to the control signal from the computer 4a. The back surface (back surface of the substrate) of the semiconductor device 7 installed on the test fixture 50 is opposed to the objective lens 30 of the imaging device 3a.
【００４６】ＸＹＺステージ８は、半導体デバイス７を
３次元方向に移動させられる三軸移動ステージである。
ステージコントローラ９は、コンピュータ４ａからの制
御信号にしたがって、ＸＹＺステージ８の動作を制御す
る。ＸＹＺステージ８を用いて半導体デバイス７を鉛直
方向（Ｚ方向）に移動させると、半導体デバイス７の撮
像距離を変更できる。したがって、ＸＹＺステージ８
は、本発明の撮像距離変更装置として機能する。The XYZ stage 8 is a three-axis moving stage that can move the semiconductor device 7 in three dimensions.
The stage controller 9 controls the operation of the XYZ stage 8 according to the control signal from the computer 4a. When the semiconductor device 7 is moved in the vertical direction (Z direction) using the XYZ stage 8, the imaging distance of the semiconductor device 7 can be changed. Therefore, the XYZ stage 8
Functions as the imaging distance changing device of the present invention.
【００４７】以下では、故障解析装置１ａによる故障解
析の手順を説明する。The procedure of failure analysis by the failure analysis device 1a will be described below.
【００４８】図４は、故障解析の全体的な流れを示すフ
ローチャートである。故障解析装置１ａは、まず、半導
体デバイス７の裏面を落射照明し、半導体デバイスの反
射光像を撮像する（ステップＳ１０２）。半導体デバイ
ス７の裏面が落射照明されると、照明光は、半導体デバ
イス７の裏面を透過し、半導体デバイス７の内部で反射
される。反射光の像は、撮像カメラ３２で撮像される。
反射光像のデータは、カメラコントローラ３３を介し
て、コンピュータ４ａの画像取込ボード４８に送られ
る。この反射光像は、半導体デバイスの裏面側から観察
されるデバイスパターンを表す。つまり、反射光像は、
半導体デバイスの表面側から観察されるデバイスパター
ンを左右反転したものに当たる。ステップＳ１０２の詳
細については後述する。FIG. 4 is a flowchart showing the overall flow of failure analysis. The failure analysis apparatus 1a first performs epi-illumination on the back surface of the semiconductor device 7 and captures a reflected light image of the semiconductor device (step S102). When the back surface of the semiconductor device 7 is illuminated by epi-illumination, the illumination light passes through the back surface of the semiconductor device 7 and is reflected inside the semiconductor device 7. The image of the reflected light is picked up by the image pickup camera 32.
The data of the reflected light image is sent to the image capturing board 48 of the computer 4a via the camera controller 33. This reflected light image represents a device pattern observed from the back surface side of the semiconductor device. In other words, the reflected light image is
This corresponds to a device pattern observed from the front surface side of a semiconductor device, which is horizontally inverted. Details of step S102 will be described later.
【００４９】次に、故障解析装置１ａは、半導体デバイ
ス７の異常箇所から発する異常光の像を無照明下で撮像
する（ステップＳ１０４）。この異常光像も、表面側か
ら観察される異常光像を左右反転したものに当たる。異
常光像のデータも、撮像カメラ３２からカメラコントロ
ーラ３３を介してコンピュータ４ａの画像取込ボード４
８に送られる。Next, the failure analysis device 1a takes an image of abnormal light emitted from an abnormal portion of the semiconductor device 7 without illumination (step S104). This extraordinary light image also corresponds to a laterally inverted version of the extraordinary light image observed from the front side. The data of the extraordinary light image also includes the image capturing board 4 of the computer 4a from the imaging camera 32 via the camera controller 33.
Sent to 8.
【００５０】この後、故障解析装置１ａは、ステップＳ
１０２で撮像された反射光像とステップＳ１０４で撮像
された異常光像をそれぞれ左右反転して重畳した画像を
生成する（ステップＳ１０６）。具体的には、コンピュ
ータ４ａが、画像取込ボード４８に送られた画像データ
（一連の画素データ）の画素配列を左右反転させる。こ
の処理は、反射光像と異常光像の各々について実行され
る。次に、コンピュータ４ａは、反射光像の左右反転画
像データと異常光像の左右反転画像データとを画素配列
を一致させて重畳する。これにより、反射光像と異常光
像を左右反転して重畳した画像のデータが生成される。
コンピュータ４ａは、この重畳画像のデータを表示装置
５に送る。ステップＳ１０６の処理は、コンピュータ４
ａの画像生成装置としての動作に当たる。After that, the failure analysis device 1a proceeds to step S
The reflected light image captured in 102 and the extraordinary light image captured in step S104 are horizontally inverted to generate an image (step S106). Specifically, the computer 4a horizontally inverts the pixel array of the image data (series of pixel data) sent to the image capturing board 48. This processing is executed for each of the reflected light image and the extraordinary light image. Next, the computer 4a superimposes the left-right inverted image data of the reflected light image and the left-right inverted image data of the extraordinary light image on the same pixel arrangement. As a result, data of an image in which the reflected light image and the extraordinary light image are horizontally inverted and superimposed is generated.
The computer 4a sends the superimposed image data to the display device 5. The process of step S106 is performed by the computer 4
This corresponds to the operation of the image generation device a.
【００５１】表示装置５は、コンピュータ４ａから送ら
れる画像データを用いて重畳画像を表示する（ステップ
Ｓ１０８）。これにより、反射光像の左右反転画像デー
タと異常光像の左右反転画像データとが画素配列を一致
させてオーバレイ表示される。表示される重畳画像は、
半導体デバイスの表面側から撮像したときと等価なパタ
ーン像である。したがって、操作者は、このパターン像
を観察することにより半導体デバイス７の故障解析を行
える。The display device 5 displays the superimposed image using the image data sent from the computer 4a (step S108). As a result, the left and right reversed image data of the reflected light image and the left and right reversed image data of the abnormal light image are displayed in overlay with the pixel arrays being aligned. The superimposed image displayed is
It is a pattern image equivalent to that when an image is taken from the front surface side of a semiconductor device. Therefore, the operator can analyze the failure of the semiconductor device 7 by observing the pattern image.
【００５２】以下では、ステップＳ１０２の反射光像撮
像処理を詳細に説明する。図５は、この処理の流れを示
すフローチャートである。The reflected light image pickup processing in step S102 will be described in detail below. FIG. 5 is a flowchart showing the flow of this processing.
【００５３】故障解析装置１ａは、まず、オートフォー
カス（自動焦点調節）を行う（ステップＳ２００）。こ
の処理では、コンピュータ４ａが最適な撮像距離を自動
的に決定する。オートフォーカスの詳細については後述
する。The failure analysis apparatus 1a first performs autofocus (automatic focus adjustment) (step S200). In this process, the computer 4a automatically determines the optimum imaging distance. Details of autofocus will be described later.
【００５４】次に、故障解析装置１ａは、自動波長調節
を行う（ステップＳ３００）。この処理では、コンピュ
ータ４ａが最適な照明光波長を自動的に決定する。自動
波長調節の詳細についても後述する。Next, the failure analysis device 1a performs automatic wavelength adjustment (step S300). In this process, the computer 4a automatically determines the optimum illumination light wavelength. Details of automatic wavelength adjustment will also be described later.
【００５５】故障解析装置１ａは、ステップＳ３００で
決定された波長の照明光を用いて半導体デバイス７を落
射照明し、ステップＳ２００で決定された撮像距離で半
導体デバイス７を裏面側から撮像する（ステップＳ４０
０）。反射光像のデータは画像取込ボード４８に送ら
れ、そこからコンピュータ４ａの記憶装置に格納される
（ステップＳ５００）。The failure analysis apparatus 1a epi-illuminates the semiconductor device 7 using the illumination light having the wavelength determined in step S300, and images the semiconductor device 7 from the back surface side at the imaging distance determined in step S200 (step). S40
0). The data of the reflected light image is sent to the image capturing board 48, and from there is stored in the storage device of the computer 4a (step S500).
【００５６】以下では、オートフォーカス処理（図５の
ステップＳ２００）の詳細を説明する。図６は、オート
フォーカス処理の流れを示すフローチャートである。こ
の処理では、反射光像のコントラストが最大となるよう
に撮像距離を調節する。このために、コンピュータ４ａ
は、撮像距離を変えながら半導体デバイス７の反射光像
を繰り返し撮像する。The details of the autofocus process (step S200 in FIG. 5) will be described below. FIG. 6 is a flowchart showing the flow of the autofocus process. In this process, the imaging distance is adjusted so that the contrast of the reflected light image is maximized. To this end, the computer 4a
Repeatedly captures the reflected light image of the semiconductor device 7 while changing the imaging distance.
【００５７】コンピュータ４ａは、まず、撮像距離を所
定の初期値に設定する（ステップＳ２０２）。コンピュ
ータ４ａは、ステージコントローラ９に命令を出して、
ＸＹＺステージ８をＺ方向に駆動させ、撮像距離を初期
値にする。The computer 4a first sets the imaging distance to a predetermined initial value (step S202). The computer 4a issues a command to the stage controller 9,
The XYZ stage 8 is driven in the Z direction to set the imaging distance to the initial value.
【００５８】次に、コンピュータ４ａは、落射照明装置
２ａに半導体デバイス７を落射照明させ、撮像装置３ａ
に半導体デバイス７の反射光像を撮像させる（ステップ
Ｓ２０４）。反射光像のデータは、撮像装置３ａからコ
ンピュータ４ａに送られる。Next, the computer 4a causes the epi-illumination device 2a to epi-illuminate the semiconductor device 7, and the imaging device 3a.
The reflected light image of the semiconductor device 7 is captured (step S204). The data of the reflected light image is sent from the imaging device 3a to the computer 4a.
【００５９】コンピュータ４ａは、反射光像データを調
べて照明光の光量を調整する（ステップＳ２０６）。こ
の処理は、コンピュータ４ａの光量調整装置としての動
作に当たる。コンピュータ４ａは、輝度レベルが所定の
許容最大値を超える画素の有無を検査する。コンピュー
タ４ａは、許容最大値を超える輝度レベルの画素を発見
すると、光源コントローラ２１に命令を出して照明光の
光量を低下させる。例えば、最大輝度の画素が許容最大
値の９０％の輝度を有するように光量を低下させてもよ
い。The computer 4a examines the reflected light image data and adjusts the amount of illumination light (step S206). This processing corresponds to the operation of the computer 4a as the light amount adjusting device. The computer 4a inspects the presence / absence of a pixel whose brightness level exceeds a predetermined allowable maximum value. When the computer 4a finds a pixel having a brightness level exceeding the allowable maximum value, it issues a command to the light source controller 21 to reduce the amount of illumination light. For example, the light amount may be reduced so that the pixel having the maximum brightness has a brightness of 90% of the maximum allowable value.
【００６０】次に、コンピュータ４ａは、反射光像のコ
ントラストを測定する（ステップＳ２０８）。この処理
は、コンピュータ４ａの画像解析装置としての動作に当
たる。コンピュータ４ａは、画素の輝度レベルのヒスト
グラムを作成し、その広がりを評価する。ヒストグラム
の広がりは、ヒストグラムのＦＷＨＭ（半値幅）に基づ
いて評価する。なお、半値幅以外の基準を用いてヒスト
グラムの広がりを評価してもよい。コンピュータ４ａ
は、反射光像の全体にわたるヒストグラムを作成しても
よいし、反射光像の特定部位におけるヒストグラムを作
成してもよい。こうして求められたヒストグラムの広が
りが、反射光像のコントラストの値である。このコント
ラスト値は、撮像距離の値とともにコンピュータ４ａの
記憶装置に格納される。Next, the computer 4a measures the contrast of the reflected light image (step S208). This process corresponds to the operation of the computer 4a as an image analysis device. The computer 4a creates a histogram of the brightness level of the pixel and evaluates its spread. The spread of the histogram is evaluated based on the FWHM (half width) of the histogram. The spread of the histogram may be evaluated using a criterion other than the half-width. Computer 4a
May create a histogram over the entire reflected light image, or may create a histogram for a specific portion of the reflected light image. The spread of the histogram thus obtained is the value of the contrast of the reflected light image. This contrast value is stored in the storage device of the computer 4a together with the value of the imaging distance.
【００６１】なお、コントラストを評価する指標は、ヒ
ストグラムに限られない。例えば、反射光像中の隣接す
る画素間の輝度差の総和を評価の指標として用いること
ができる。この場合、隣り合う画素の輝度差の絶対値を
水平方向および垂直方向で積分し、得られる輝度差の総
和をコントラスト値として扱う。輝度差の総和は、反射
光像の全体にわたって求めてもよいし、反射光像の特定
部位だけで求めてもよい。The index for evaluating the contrast is not limited to the histogram. For example, the sum of the brightness differences between adjacent pixels in the reflected light image can be used as an evaluation index. In this case, the absolute value of the brightness difference between adjacent pixels is integrated in the horizontal and vertical directions, and the sum of the brightness differences obtained is treated as a contrast value. The sum of the brightness differences may be obtained over the entire reflected light image, or may be obtained only at a specific portion of the reflected light image.
【００６２】コントラストの測定を終えると、コンピュ
ータ４ａは、所定の撮像距離範囲の全体にわたってコン
トラストの測定が終了したかどうかを判断する（ステッ
プＳ２１０）。撮像距離範囲の全体で測定が終了してい
ないと判断されると（ステップＳ２１０：ＮＯルー
ト）、撮像距離が所定の刻み値だけ変更される（ステッ
プＳ２１２）。この処理では、コンピュータ４ａがステ
ージコントローラ９に命令を出し、ＸＹＺステージ８を
Ｚ方向に沿って所定の刻み距離だけ駆動させる。この
後、ステップＳ２０４からステップＳ２１０に至るまで
の処理が繰り返される。このような撮像を繰り返す処理
は、コンピュータ４ａの制御装置としての動作に当た
る。When the contrast measurement is completed, the computer 4a determines whether the contrast measurement is completed over the entire predetermined imaging distance range (step S210). When it is determined that the measurement is not completed in the entire imaging distance range (step S210: NO route), the imaging distance is changed by a predetermined increment value (step S212). In this process, the computer 4a issues a command to the stage controller 9 to drive the XYZ stage 8 along the Z direction by a predetermined step distance. After that, the processing from step S204 to step S210 is repeated. The process of repeating such imaging corresponds to the operation as the control device of the computer 4a.
【００６３】撮像距離範囲の全体で測定が終了したと判
断されると（ステップＳ２１０：ＹＥＳルート）、コン
ピュータ４ａは、最大のコントラストを与える撮像距離
を求める（ステップＳ２１４）。この処理は、コンピュ
ータ４ａの撮像距離決定装置としての動作に当たる。コ
ンピュータ４ａは、記憶装置に格納された一連のコント
ラスト値から最大のものを判定し、その最大値に対応す
る撮像距離を求める。これが、コントラストを最大にす
る撮像距離の値である。以下では、この値を撮像距離の
「最適値」と呼ぶ。When it is determined that the measurement is completed in the entire imaging distance range (step S210: YES route), the computer 4a obtains the imaging distance that gives the maximum contrast (step S214). This processing corresponds to the operation of the computer 4a as the imaging distance determination device. The computer 4a determines the maximum one from the series of contrast values stored in the storage device, and obtains the imaging distance corresponding to the maximum value. This is the value of the imaging distance that maximizes the contrast. Hereinafter, this value will be referred to as the “optimal value” of the imaging distance.
【００６４】この後、ステップＳ２１４で求められた最
適値に撮像距離が設定される（ステップＳ２１６）。コ
ンピュータ４ａは、ステージコントローラ９に命令を出
し、ＸＹＺステージ８をＺ方向に沿って駆動させて、撮
像距離を最適値に調節する。こうして、オートフォーカ
ス処理（図５のステップＳ２００）が完了する。After that, the image pickup distance is set to the optimum value obtained in step S214 (step S216). The computer 4a issues a command to the stage controller 9, drives the XYZ stage 8 along the Z direction, and adjusts the imaging distance to an optimum value. In this way, the autofocus process (step S200 in FIG. 5) is completed.
【００６５】次に、自動波長調節処理（図５のステップ
Ｓ３００）の詳細を説明する。図７は、自動波長調節処
理の流れを示すフローチャートである。この処理では、
反射光像のコントラストが最大となるように照明光の波
長を調節する。このために、コンピュータ４ａは、照明
光の波長を変えながら半導体デバイス７の反射光像を繰
り返し撮像する。Next, details of the automatic wavelength adjustment process (step S300 in FIG. 5) will be described. FIG. 7 is a flowchart showing the flow of automatic wavelength adjustment processing. In this process,
The wavelength of the illumination light is adjusted so that the contrast of the reflected light image is maximized. Therefore, the computer 4a repeatedly captures the reflected light image of the semiconductor device 7 while changing the wavelength of the illumination light.
【００６６】コンピュータ４ａは、まず、照明光の波長
を所定の初期値に設定する（ステップＳ３０２）。コン
ピュータ４ａは、波長選択器ドライバ２２に命令を出し
て、波長選択器２６の選択波長を初期値にする。シリコ
ン基板上に設けられた半導体デバイスを解析する場合
は、１．１μｍを初期値としてもよい。これは、シリコ
ンに不純物がドープされている場合でも比較的高い透過
率を示す波長である。The computer 4a first sets the wavelength of the illumination light to a predetermined initial value (step S302). The computer 4a issues a command to the wavelength selector driver 22 to set the selected wavelength of the wavelength selector 26 to the initial value. When a semiconductor device provided on a silicon substrate is analyzed, 1.1 μm may be used as the initial value. This is a wavelength that exhibits a relatively high transmittance even when silicon is doped with impurities.
【００６７】次に、コンピュータ４ａは、落射照明装置
２ａに半導体デバイス７を落射照明させ、撮像装置３ａ
に半導体デバイス７の反射光像を撮像させる（ステップ
Ｓ３０４）。反射光像のデータは、撮像装置３ａからコ
ンピュータ４ａに送られる。Next, the computer 4a causes the epi-illumination device 2a to epi-illuminate the semiconductor device 7, and the imaging device 3a.
The reflected light image of the semiconductor device 7 is captured (step S304). The data of the reflected light image is sent from the imaging device 3a to the computer 4a.
【００６８】コンピュータ４ａは、反射光像データを調
べて照明光の光量を調整する（ステップＳ３０６）。こ
れは、上述したステップＳ２０６と同様に行われる。こ
の後、コンピュータ４ａは、反射光像のコントラストを
測定する（ステップＳ３０８）。これは、上述したステ
ップＳ２０８と同様に行われる。測定されたコントラス
ト値は、照明光波長の値とともにコンピュータ４ａの記
憶装置に格納される。The computer 4a checks the reflected light image data and adjusts the amount of illumination light (step S306). This is performed similarly to step S206 described above. After that, the computer 4a measures the contrast of the reflected light image (step S308). This is performed similarly to step S208 described above. The measured contrast value is stored in the storage device of the computer 4a together with the value of the illumination light wavelength.
【００６９】コントラストの測定を終えると、コンピュ
ータ４ａは、所定の波長範囲の全体にわたってコントラ
ストの測定が終了したかどうかを判断する（ステップＳ
３１０）。波長範囲の全体で測定が終了していないと判
断されると（ステップＳ３１０：ＮＯルート）、照明光
の波長が所定の刻み値だけ変更される（ステップＳ３１
２）。この処理では、コンピュータ４ａが波長選択器ド
ライバ２２に命令を出し、波長選択器２６を駆動させて
照明光波長を変える。この後、ステップＳ３０４からス
テップＳ３１０に至るまでの処理が繰り返される。この
ような撮像を繰り返す処理は、コンピュータ４ａの制御
装置としての動作に当たる。When the contrast measurement is completed, the computer 4a determines whether the contrast measurement is completed over the entire predetermined wavelength range (step S).
310). When it is determined that the measurement is not completed in the entire wavelength range (step S310: NO route), the wavelength of the illumination light is changed by a predetermined step value (step S31).
2). In this process, the computer 4a issues a command to the wavelength selector driver 22 to drive the wavelength selector 26 to change the illumination light wavelength. After that, the processes from step S304 to step S310 are repeated. The process of repeating such imaging corresponds to the operation as the control device of the computer 4a.
【００７０】波長範囲の全体で測定が終了したと判断さ
れると（ステップＳ３１０：ＹＥＳルート）、コンピュ
ータ４ａは、最大のコントラストを与える照明光波長を
求める（ステップＳ３１４）。この処理は、コンピュー
タ４ａの波長決定装置としての動作に当たる。コンピュ
ータ４ａは、記憶装置に格納された一連のコントラスト
値から最大のものを判定し、その最大値に対応する波長
を求める。これが、コントラストを最大にする照明光波
長の値である。以下では、この値を照明光波長の「最適
値」と呼ぶ。When it is determined that the measurement is completed in the entire wavelength range (step S310: YES route), the computer 4a obtains the illumination light wavelength giving the maximum contrast (step S314). This processing corresponds to the operation of the wavelength determining device of the computer 4a. The computer 4a determines the maximum one from the series of contrast values stored in the storage device, and obtains the wavelength corresponding to the maximum value. This is the value of the illumination light wavelength that maximizes the contrast. Hereinafter, this value will be referred to as an "optimum value" of the illumination light wavelength.
【００７１】この後、ステップＳ３１４で求められた最
適値に照明光波長が設定される（ステップＳ３１６）。
コンピュータ４ａは、波長選択器ドライバ２２に命令を
出し、波長選択器２６を駆動させて、照明光波長を最適
値に調節する。こうして、自動波長調節処理（図５のス
テップＳ３００）が完了する。After that, the illumination light wavelength is set to the optimum value obtained in step S314 (step S316).
The computer 4a issues a command to the wavelength selector driver 22, drives the wavelength selector 26, and adjusts the illumination light wavelength to an optimum value. Thus, the automatic wavelength adjustment process (step S300 in FIG. 5) is completed.
【００７２】半導体デバイス故障解析装置１ａは、以下
の利点を有する。The semiconductor device failure analysis apparatus 1a has the following advantages.
【００７３】第１に、様々な不純物濃度の半導体デバイ
スを効率良く解析できる。これは、上記のオートフォー
カス（ステップＳ２００）および自動波長調節（ステッ
プＳ３００）により、半導体デバイスの不純物濃度に応
じた最適な撮像距離と照明光波長が自動的に選択される
からである。First, semiconductor devices having various impurity concentrations can be efficiently analyzed. This is because the above-described autofocus (step S200) and automatic wavelength adjustment (step S300) automatically select the optimum imaging distance and illumination light wavelength according to the impurity concentration of the semiconductor device.
【００７４】第２に、半導体デバイスの不純物濃度にか
かわらず、鮮明なパターン像を取得できる。これは、反
射光像のコントラストに基づいて撮像条件を決定するか
らである。鮮明なパターン像を得るためには、半導体デ
バイスに対して透過効率の高い波長の照明光を用いるだ
けでは充分ではない。撮像カメラの分光感度も重要であ
る。半導体デバイスでの反射光がカメラによって充分な
感度で撮像されなければ、鮮明なパターン像は得られな
い。特に、シリコンを材料とする冷却型ＣＣＤカメラを
用いてシリコン半導体デバイスを解析する場合には注意
が必要である。解析すべき半導体デバイスと撮像用のＣ
ＣＤとが同じ材料でできているため、半導体デバイスを
高効率で透過する照明光は、ＣＣＤで吸収されにくい。
このため、半導体デバイスの反射光像を鮮明に撮像する
ことは難しい。このように、鮮明な反射光像を得るため
には、半導体デバイスの透過効率とＣＣＤの分光感度と
の間でバランスを取る必要がある。本実施形態では、反
射光像のコントラストが最大となるように撮像条件を決
定する。したがって、半導体デバイスの透過効率だけで
なく、撮像装置の分光感度も考慮したうえで、撮像が行
われる。これにより、鮮明な反射光像およびパターン像
（反射光像の左右反転画像）を得ることができる。
（第２実施形態）本発明の第２の実施形態を説明する。
図８は、本実施形態の半導体デバイス故障解析装置１ｂ
の構成を示す部分断面図である。Second, a clear pattern image can be obtained regardless of the impurity concentration of the semiconductor device. This is because the imaging condition is determined based on the contrast of the reflected light image. In order to obtain a clear pattern image, it is not enough to use illumination light having a wavelength with high transmission efficiency for a semiconductor device. The spectral sensitivity of the imaging camera is also important. If the reflected light from the semiconductor device is not imaged by the camera with sufficient sensitivity, a clear pattern image cannot be obtained. In particular, caution is required when analyzing a silicon semiconductor device using a cooled CCD camera made of silicon. Semiconductor device to analyze and C for imaging
Since the CD is made of the same material, the illumination light that transmits the semiconductor device with high efficiency is not easily absorbed by the CCD.
Therefore, it is difficult to clearly capture the reflected light image of the semiconductor device. As described above, in order to obtain a clear reflected light image, it is necessary to balance the transmission efficiency of the semiconductor device and the spectral sensitivity of the CCD. In the present embodiment, the imaging condition is determined so that the contrast of the reflected light image becomes maximum. Therefore, imaging is performed in consideration of not only the transmission efficiency of the semiconductor device but also the spectral sensitivity of the imaging device. This makes it possible to obtain a clear reflected light image and a clear pattern image (a horizontally inverted image of the reflected light image). (Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 8 is a semiconductor device failure analysis apparatus 1b of this embodiment.
3 is a partial cross-sectional view showing the configuration of FIG.
【００７５】故障解析装置１ｂは、走査型コンフォーカ
ルレーザ顕微鏡である。故障解析装置１ｂは、レーザ照
射光学系２ｂ、光検出光学系３ｂ、コンピュータ４ｂ、
および表示装置５を備えている。レーザ照射光学系２ｂ
は、落射照明手段として機能する。光検出光学系３ｂ
は、撮像手段として機能する。レーザ照射光学系２ｂと
光検出光学系３ｂは共焦点（コンフォーカル）光学系を
形成している。レーザ照射光学系２ｂの一部と光検出光
学系３ｂの一部は、暗箱６に収容されている。暗箱６に
は、半導体デバイス７も収容される。故障解析装置１ｂ
は、ＸＹＺステージ８、ステージコントローラ９、テス
トフィクスチャ５０および外部電源５２も備えている。
半導体デバイス７は、その裏面を上方に露出させてテス
トフィクスチャ５０上に設置される。テストフィクスチ
ャ５０は、ＸＹＺステージ８上に設置される。The failure analysis device 1b is a scanning confocal laser microscope. The failure analysis device 1b includes a laser irradiation optical system 2b, a light detection optical system 3b, a computer 4b,
And a display device 5. Laser irradiation optical system 2b
Functions as an epi-illumination means. Light detection optical system 3b
Functions as an imaging unit. The laser irradiation optical system 2b and the photodetection optical system 3b form a confocal optical system. A part of the laser irradiation optical system 2b and a part of the light detection optical system 3b are housed in a dark box 6. The semiconductor device 7 is also housed in the dark box 6. Failure analysis device 1b
Also includes an XYZ stage 8, a stage controller 9, a test fixture 50 and an external power supply 52.
The semiconductor device 7 is installed on the test fixture 50 with its back surface exposed upward. The test fixture 50 is installed on the XYZ stage 8.
【００７６】以下では、レーザ照射光学系２ｂについて
詳細に説明する。レーザ照射光学系２ｂは、波長可変レ
ーザ装置６０、カップリング光学系６２、光ファイバ２
３、コリメータ６４、ビームスプリッタ６６、ＸＹスキ
ャナ６８およびスキャナコントローラ６９から構成され
ている。波長可変レーザ装置６０としては、例えば、Ｔ
ｉＳａ（チタンサファイア）ＯＰＯレーザ装置を使用で
きる。波長可変レーザ装置６０には、コンピュータ４ｂ
が信号線を介して接続されている。これにより、コンピ
ュータ４ｂは、レーザ装置６０の出力波長を指定でき
る。コリメータ６４、ビームスプリッタ６６、およびＸ
Ｙスキャナ６８は、コンフォーカルユニット７１内に収
容されている。ＸＹスキャナ６８には、スキャナコント
ローラ６９が信号線を介して接続されている。スキャナ
コントローラ６９には、コンピュータ４ｂが信号線を介
して接続されている。波長可変レーザ装置６０とカップ
リング光学系６２は、暗箱６の外部に設置されている。
コリメータ６４、ビームスプリッタ６６およびＸＹスキ
ャナ６８は、暗箱６の内部に設置されている。カップリ
ング光学系６２とコリメータ６４は、光ファイバ２３に
よって光学的に接続されている。The laser irradiation optical system 2b will be described in detail below. The laser irradiation optical system 2b includes the variable wavelength laser device 60, the coupling optical system 62, and the optical fiber 2.
3, a collimator 64, a beam splitter 66, an XY scanner 68, and a scanner controller 69. As the wavelength tunable laser device 60, for example, T
An iSa (titanium sapphire) OPO laser device can be used. The tunable laser device 60 includes a computer 4b.
Are connected via signal lines. Thereby, the computer 4b can specify the output wavelength of the laser device 60. Collimator 64, beam splitter 66, and X
The Y scanner 68 is housed in the confocal unit 71. A scanner controller 69 is connected to the XY scanner 68 via a signal line. The computer 4b is connected to the scanner controller 69 via a signal line. The wavelength tunable laser device 60 and the coupling optical system 62 are installed outside the dark box 6.
The collimator 64, the beam splitter 66, and the XY scanner 68 are installed inside the dark box 6. The coupling optical system 62 and the collimator 64 are optically connected by the optical fiber 23.
【００７７】波長可変レーザ装置６０は、波長可変のレ
ーザ照明光を出射する。照明光の出射と波長は、コンピ
ュータ４ｂによって制御される。レーザ装置６０を出射
した照明光は、カップリング光学系６２によって光ファ
イバ２３に結合される。照明光は、光ファイバ２３によ
ってコリメータ６４まで伝送される。コリメータ６４
は、光ファイバ２３から出射する照明光を平行光束にし
てビームスプリッタ６６に送る。ビームスプリッタ６６
は、照明光の一部をＸＹスキャナ６８に入射させる。Ｘ
Ｙスキャナ６８は、Ｘ方向およびＹ方向に沿って２次元
的に照明光を掃引できる。スキャナコントローラ６９
は、コンピュータ４ｂからの命令にしたがって、ＸＹス
キャナ６８の動作を制御する。ＸＹスキャナ６８から出
射した照明光は、半導体デバイス７の上方から照射され
る。このようにして落射照明が行われる。The wavelength tunable laser device 60 emits wavelength tunable laser illumination light. The emission and the wavelength of the illumination light are controlled by the computer 4b. The illumination light emitted from the laser device 60 is coupled to the optical fiber 23 by the coupling optical system 62. The illumination light is transmitted to the collimator 64 by the optical fiber 23. Collimator 64
Transmits the illumination light emitted from the optical fiber 23 to the beam splitter 66 as a parallel light flux. Beam splitter 66
Causes a part of the illumination light to enter the XY scanner 68. X
The Y scanner 68 can sweep the illumination light two-dimensionally along the X and Y directions. Scanner controller 69
Controls the operation of the XY scanner 68 according to an instruction from the computer 4b. The illumination light emitted from the XY scanner 68 is emitted from above the semiconductor device 7. Epi-illumination is performed in this manner.
【００７８】次に、光検出光学系３ｂについて詳細に説
明する。光検出光学系３ｂの構成は、一般的なコンフォ
ーカル顕微鏡で採用されているものである。光検出光学
系３ｂは、対物レンズ３０、結像レンズ３１、瞳投影レ
ンズ７０、コンデンサレンズ７３、ピンホール７４、光
検出器７５、およびシグナルプロセッサ７６から構成さ
れている。テストフィクスチャ５０上に半導体デバイス
７が設置されると、対物レンズ３０は半導体デバイス７
に対向する。対物レンズ３０の像側には結像レンズ３１
および瞳投影レンズ７０が順次配置されている。瞳投影
レンズ７０の像側には、ＸＹスキャナ６８、ビームスプ
リッタ６６、およびコンデンサレンズ７３が順次に配置
される。これら三つの光学要素は、コンフォーカルスキ
ャンユニット７１に収容されている。コンデンサレンズ
７３の像側には、ピンホール７４、光検出器７５が順次
に配置される。ピンホール７４は、合焦時の半導体デバ
イス７上の照明光スポットと共役な位置に配置される。
光検出器７５には、シグナルプロセッサ７６が信号線を
介して接続されている。対物レンズ３０、結像レンズ３
１、瞳投影レンズ７０、コンフォーカルスキャンユニッ
ト７１、および光検出器７５は、暗箱６の内部に配置さ
れている。シグナルプロセッサ７６およびスキャナコン
トローラ７７は、暗箱６の外部に設置されている。Next, the photodetection optical system 3b will be described in detail. The configuration of the light detection optical system 3b is that used in a general confocal microscope. The photodetection optical system 3b includes an objective lens 30, an imaging lens 31, a pupil projection lens 70, a condenser lens 73, a pinhole 74, a photodetector 75, and a signal processor 76. When the semiconductor device 7 is installed on the test fixture 50, the objective lens 30 is attached to the semiconductor device 7.
To face. An image forming lens 31 is provided on the image side of the objective lens 30.
The pupil projection lens 70 is sequentially arranged. An XY scanner 68, a beam splitter 66, and a condenser lens 73 are sequentially arranged on the image side of the pupil projection lens 70. These three optical elements are housed in the confocal scan unit 71. A pinhole 74 and a photodetector 75 are sequentially arranged on the image side of the condenser lens 73. The pinhole 74 is arranged at a position conjugate with the illumination light spot on the semiconductor device 7 at the time of focusing.
A signal processor 76 is connected to the photodetector 75 via a signal line. Objective lens 30, imaging lens 3
1, the pupil projection lens 70, the confocal scan unit 71, and the photodetector 75 are arranged inside the dark box 6. The signal processor 76 and the scanner controller 77 are installed outside the dark box 6.
【００７９】半導体デバイス７がレーザ照射光学系２ｂ
によって落射照明されると、半導体デバイス７で反射さ
れた光は、対物レンズ３０、結像レンズ３１、瞳投影レ
ンズ７０を順次に透過して、コンフォーカルユニット７
１に入射する。反射光は、ＸＹスキャナ６８、ビームス
プリッタ６６を順次に透過した後、コンデンサレンズ７
３によって集光される。この後、ピンホール７４を通過
した反射光が光検出器７５に入射する。光検出器７５
は、入射した光の強度を示す電気信号を生成し、シグナ
ルプロセッサ７６に送る。シグナルプロセッサ７６は、
光検出器７５の出力信号に必要な信号処理（Ａ／Ｄ変換
など）を施してコンピュータ４ｂに送信する。ＸＹスキ
ャナ６８を用いて半導体デバイス７を走査しながら光検
出を繰り返すことにより、半導体デバイス７の反射光像
のデータを取得できる。The semiconductor device 7 is the laser irradiation optical system 2b.
When reflected by the epi-illumination device, the light reflected by the semiconductor device 7 sequentially passes through the objective lens 30, the imaging lens 31, and the pupil projection lens 70, and the confocal unit 7
Incident on 1. The reflected light sequentially passes through the XY scanner 68 and the beam splitter 66, and then the condenser lens 7
It is condensed by 3. After that, the reflected light that has passed through the pinhole 74 enters the photodetector 75. Photo detector 75
Generates an electric signal indicating the intensity of the incident light and sends it to the signal processor 76. The signal processor 76
The output signal of the photodetector 75 is subjected to necessary signal processing (A / D conversion, etc.) and transmitted to the computer 4b. By repeating the light detection while scanning the semiconductor device 7 using the XY scanner 68, the data of the reflected light image of the semiconductor device 7 can be acquired.
【００８０】次に、コンピュータ４ｂについて説明す
る。第１実施形態のコンピュータ４ａと同様に、コンピ
ュータ４ｂは、画像解析装置、制御装置、撮像距離決定
装置、波長決定装置、画像生成装置、および光量調整装
置としての機能を有している。これらの機能は、コンピ
ュータ４ｂの構成ハードウェアとコンピュータ４ｂにイ
ンストールされたソフトウェアとによって実現される。Next, the computer 4b will be described. Like the computer 4a of the first embodiment, the computer 4b has functions as an image analysis device, a control device, an imaging distance determination device, a wavelength determination device, an image generation device, and a light amount adjustment device. These functions are realized by the constituent hardware of the computer 4b and the software installed in the computer 4b.
【００８１】コンピュータ４ｂには、入力装置４６が接
続されている。操作者は、入力装置４６を用いてコンピ
ュータ４ｂに命令を与えることにより、半導体デバイス
７の故障解析を実行できる。An input device 46 is connected to the computer 4b. The operator can execute a failure analysis of the semiconductor device 7 by giving a command to the computer 4b using the input device 46.
【００８２】本実施形態の故障解析装置１ｂも、第１実
施形態の装置１ａと同様に、図４〜図７に示される手順
で半導体デバイス７を解析する。すなわち、コンピュー
タ４ｂは、反射光像のコントラストが最大になるように
撮像距離および照明光波長を設定する（図５のステップ
Ｓ２００、Ｓ３００）。コンピュータ４ｂは、この撮像
距離と照明光波長のもとで半導体デバイス７を裏面側か
ら撮像する（図５のステップＳ４００）。この後、コン
ピュータ４ｂは、半導体デバイス７の反射光像のデータ
を用いてパターン像のデータ（図４のステップＳ１０
６）を生成する。故障解析装置１ｂの操作者は、このデ
ータを用いて表示装置５に表示されるパターン像を観察
すれば、半導体デバイス７の異常箇所を調べることがで
きる。The failure analysis apparatus 1b of the present embodiment also analyzes the semiconductor device 7 by the procedure shown in FIGS. 4 to 7, similarly to the apparatus 1a of the first embodiment. That is, the computer 4b sets the imaging distance and the illumination light wavelength so that the contrast of the reflected light image is maximized (steps S200 and S300 in FIG. 5). The computer 4b images the semiconductor device 7 from the back surface side under the image pickup distance and the illumination light wavelength (step S400 in FIG. 5). After that, the computer 4b uses the data of the reflected light image of the semiconductor device 7 to generate the data of the pattern image (step S10 of FIG. 4).
6) is generated. The operator of the failure analysis device 1b can examine the abnormal portion of the semiconductor device 7 by observing the pattern image displayed on the display device 5 using this data.
【００８３】故障解析装置１ｂは、半導体デバイスの不
純物濃度に応じた最適な照明光波長と撮像距離を自動的
に選択する。このため、様々な不純物濃度の半導体デバ
イスを効率良く解析できる。また、故障解析装置１ｂ
は、反射光像のコントラストに基づいて照明光波長と撮
像距離を決定する。このため、半導体デバイスの不純物
濃度にかかわらず、デバイスパターンを鮮明に取得でき
る。The failure analysis apparatus 1b automatically selects the optimum illumination light wavelength and imaging distance according to the impurity concentration of the semiconductor device. Therefore, semiconductor devices with various impurity concentrations can be efficiently analyzed. In addition, the failure analysis device 1b
Determines the illumination light wavelength and the imaging distance based on the contrast of the reflected light image. Therefore, the device pattern can be clearly obtained regardless of the impurity concentration of the semiconductor device.
【００８４】なお、本実施形態では、半導体デバイスの
裏面とパターン面との間で干渉が発生し、反射光像中に
干渉縞が現れる可能性がある。これは、コヒレンス長が
長いというレーザ光の性質に起因する。干渉縞が発生す
ると、反射光像のコントラストを正確に測定できない。
このような場合は、反射光像をハイパスフィルタに通す
ことが好ましい。干渉縞は反射光像中で低周波の成分と
なるので、ハイパスフィルタを用いることで干渉縞の影
響を抑えられる。具体的には、光学ハイパスフィルタ素
子を半導体デバイス７と光検出器７５との間のフーリエ
面に配置してもよい。あるいは、反射光像のデータにハ
イパスフィルタ処理を施してもよい。In this embodiment, interference may occur between the back surface of the semiconductor device and the pattern surface, and interference fringes may appear in the reflected light image. This is due to the property of laser light that the coherence length is long. If interference fringes occur, the contrast of the reflected light image cannot be measured accurately.
In such a case, it is preferable to pass the reflected light image through a high pass filter. Since the interference fringes are low frequency components in the reflected light image, the influence of the interference fringes can be suppressed by using a high pass filter. Specifically, the optical high pass filter element may be arranged in the Fourier plane between the semiconductor device 7 and the photodetector 75. Alternatively, the data of the reflected light image may be subjected to high-pass filter processing.
【００８５】ここまで、本発明をその実施形態に基づい
て具体的に説明してきた。しかし、本発明は上記の実施
形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を
逸脱しない範囲で様々な変形を加えることができる。Up to this point, the present invention has been specifically described based on its embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.
【００８６】[0086]
【発明の効果】本発明の半導体デバイス故障解析装置
は、半導体デバイスの不純物濃度に応じた最適な照明光
波長を自動的に選択する。この波長は、反射光像のコン
トラストに基づいて選択される。したがって、様々な不
純物濃度の半導体デバイスについて鮮明なパターン像を
効率良く取得できる。The semiconductor device failure analysis apparatus of the present invention automatically selects the optimum illumination light wavelength according to the impurity concentration of the semiconductor device. This wavelength is selected based on the contrast of the reflected light image. Therefore, clear pattern images can be efficiently obtained for semiconductor devices having various impurity concentrations.
【図１】第１実施形態の半導体デバイス故障解析装置１
ａの構成を示す部分断面図である。FIG. 1 is a semiconductor device failure analysis apparatus 1 according to a first embodiment.
It is a fragmentary sectional view showing composition of a.
【図２】波長可変光源装置２０の一例の構成を示す概略
図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of an example of a variable wavelength light source device 20.
【図３】波長可変光源装置２０の他の例の構成を示す概
略図である。3 is a schematic diagram showing the configuration of another example of the variable wavelength light source device 20. FIG.
【図４】故障解析の全体的な流れを示すフローチャート
である。FIG. 4 is a flowchart showing the overall flow of failure analysis.
【図５】反射光像撮像処理の流れを示すフローチャート
である。FIG. 5 is a flowchart showing a flow of reflected light image capturing processing.
【図６】オートフォーカス処理の流れを示すフローチャ
ートである。FIG. 6 is a flowchart showing a flow of autofocus processing.
【図７】自動波長調節の流れを示すフローチャートであ
る。FIG. 7 is a flowchart showing a flow of automatic wavelength adjustment.
【図８】第２実施形態の半導体デバイス故障解析装置１
ｂの構成を示す部分断面図である。FIG. 8 is a semiconductor device failure analysis apparatus 1 according to the second embodiment.
It is a fragmentary sectional view showing composition of b.
【図９】半導体の透過特性を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing transmission characteristics of a semiconductor.
１…半導体デバイス故障解析装置、２ａ…落射照明装
置、２ｂ…レーザ照射光学系、３ａ…撮像装置、３ｂ…
光検出光学系、４ａ、４ｂ…コンピュータ、５…表示装
置、６…暗箱、７…半導体デバイス、８…ＸＹＺステー
ジ、９…ステージコントローラ、１２…光源としてのハ
ロゲンランプ。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor device failure analysis device, 2a ... Epi-illumination device, 2b ... Laser irradiation optical system, 3a ... Imaging device, 3b ...
Photodetection optical system, 4a, 4b ... Computer, 5 ... Display device, 6 ... Dark box, 7 ... Semiconductor device, 8 ... XYZ stage, 9 ... Stage controller, 12 ... Halogen lamp as light source.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小栗 茂久 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 Ｆターム(参考） 2G051 AA51 AB02 AB06 BA04 BA08 BB07 BB15 BB17 BC01 CA03 CA04 CB01 DA07 EA12 EA14 EA25 EB01 EB02 EC02 FA10 4M106 AA01 BA04 DB04 DB19 DB20 DJ04 DJ23 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Shigehisa Oguri 1 Hamamatsuho, 1126 Nomachi, Hamamatsu City, Shizuoka Prefecture Tonics Co., Ltd. F term (reference) 2G051 AA51 AB02 AB06 BA04 BA08 BB07 BB15 BB17 BC01 CA03 CA04 CB01 DA07 EA12 EA14 EA25 EB01 EB02 EC02 FA10 4M106 AA01 BA04 DB04 DB19 DB20 DJ04 DJ23
Claims (7)
光像を撮像するとともに、半導体デバイスの異常箇所か
ら発する異常光の像を無照明下で撮像する撮像手段と、 前記撮像手段により撮像された反射光像のコントラスト
を測定する画像解析手段と、 照明光の波長を変えながら前記反射光像のコントラスト
を自動的に繰り返し測定するように前記落射照明手段、
前記撮像手段、および前記画像解析手段を制御する制御
手段と、 様々な波長の照明光に対する前記反射光像のコントラス
トから、前記反射光像のコントラストを最大にする最適
波長を求める波長決定手段と、 前記最適波長の照明光を用いて撮像された反射光像と前
記異常光の像とをそれぞれ左右反転させて重ね合わせた
画像のデータを生成する画像生成手段と、を備える半導
体デバイス故障解析装置。1. An epi-illumination unit having a variable wavelength light source, and a reflected light image of a semiconductor device taken under illumination by the epi-illumination unit, and an image of abnormal light emitted from an abnormal portion of the semiconductor device under non-illumination. An image pickup means for picking up an image; an image analysis means for measuring the contrast of the reflected light image picked up by the image pickup means; and the incident light so as to automatically repeatedly measure the contrast of the reflected light image while changing the wavelength of the illumination light. Lighting means,
A control means for controlling the image pickup means and the image analysis means; and a wavelength determination means for obtaining an optimum wavelength that maximizes the contrast of the reflected light image from the contrast of the reflected light image with respect to illumination light of various wavelengths, A semiconductor device failure analysis apparatus, comprising: an image generation unit that horizontally reverses a reflected light image picked up using the illumination light of the optimum wavelength and an image of the extraordinary light to generate image data of a superimposed image.
撮像距離変更手段と、 様々な撮像距離に対する前記反射光像のコントラストか
ら、前記反射光像のコントラストを最大にする最適撮像
距離を求める撮像距離決定手段と、を更に備える請求項
１記載の半導体デバイス故障解析手段であって、 前記制御手段は、撮像距離を変えながら前記反射光像の
コントラストを自動的に繰り返し測定するように前記落
射照明手段、前記撮像手段、前記画像解析手段および前
記撮像距離変更手段を更に制御し、 前記画像生成手段は、前記最適波長の照明光を用いて前
記最適撮像距離で撮像された前記反射光像を用いて前記
画像データを生成する、請求項１記載の半導体デバイス
故障解析装置。2. An imaging distance changing unit that determines an imaging distance of the semiconductor device, and an imaging distance determination that obtains an optimum imaging distance that maximizes the contrast of the reflected light image from contrasts of the reflected light image with respect to various imaging distances. 2. The semiconductor device failure analysis means according to claim 1, further comprising means, wherein the control means automatically and repeatedly measures the contrast of the reflected light image while changing the imaging distance, The image generation means further controls the image pickup means, the image analysis means, and the image pickup distance changing means, and the image generation means uses the reflected light image picked up at the optimum image pickup distance by using the illumination light having the optimum wavelength. The semiconductor device failure analysis apparatus according to claim 1, which generates image data.
明手段であり、 照明光の光量を自動的に調整する光量調整手段を更に備
える請求項１記載の半導体デバイス故障解析装置であっ
て、 前記光量調整手段は、 前記反射光像の画素の輝度値を検査し、 所定の許容最大値を超える輝度値を有する画素が発見さ
れると、照明光の光量を低減する、請求項１または２記
載の半導体デバイス故障解析装置。3. The semiconductor device failure analysis apparatus according to claim 1, wherein the epi-illumination means is epi-illumination means with variable light quantity, and further comprises light quantity adjustment means for automatically adjusting the light quantity of the illumination light. 3. The light quantity adjusting unit inspects the brightness value of a pixel of the reflected light image, and reduces the light quantity of the illumination light when a pixel having a brightness value exceeding a predetermined allowable maximum value is found. The semiconductor device failure analysis apparatus described.
ストグラムのスペクトラム半値幅である、請求項１また
は２記載の半導体デバイス故障解析装置。4. The semiconductor device failure analysis apparatus according to claim 1, wherein the index for evaluating the contrast is a spectrum half width of a histogram.
記反射光像中の隣接する画素間の輝度差の総和である、
請求項１または２記載の半導体デバイス故障解析装置。5. The index for evaluating the contrast is the sum of luminance differences between adjacent pixels in the reflected light image,
The semiconductor device failure analysis apparatus according to claim 1.
双方に接続されたコンピュータと、を備える半導体デバ
イス故障解析装置であって、 前記コンピュータには、制御プログラムがインストール
されており、 前記コンピュータは、操作者によって命令が入力される
と、前記制御プログラムにしたがって、 照明光の波長を変えながら半導体デバイスの反射光像を
繰り返し撮像するように前記落射照明装置および前記半
導体デバイス撮像装置を制御し、 様々な波長の照明光に対する前記反射光像のコントラス
トを測定し、 前記コントラストを最大にする最適波長を求め、 前記最適波長の照明光を用いて半導体デバイスの反射光
像を撮像するとともに、半導体デバイスの異常箇所から
発する異常光の像を無照明下で撮像するように前記落射
照明装置および前記撮像装置を制御し、 前記最適波長の照明光を用いて撮像された反射光像と前
記異常光の像とをそれぞれ左右反転させて重ね合わせた
画像のデータを生成する、 半導体デバイス故障解析装置。6. A semiconductor device failure analysis apparatus comprising: an epi-illumination device having a variable wavelength light source; a semiconductor device imaging device; and a computer connected to both the epi-illumination device and the semiconductor device imaging device. A control program is installed in the computer, and when the operator inputs a command, the computer repeatedly captures a reflected light image of a semiconductor device while changing the wavelength of illumination light according to the control program. To control the epi-illumination device and the semiconductor device imaging device so as to measure the contrast of the reflected light image with respect to illumination light of various wavelengths, determine the optimum wavelength that maximizes the contrast, the illumination of the optimum wavelength The reflected light image of the semiconductor device is captured using light and the semiconductor The epi-illumination device and the imaging device are controlled to capture an image of abnormal light emitted from an abnormal portion of the device without illumination, and the reflected light image and the abnormal light imaged using the illumination light of the optimum wavelength. A semiconductor device failure analysis device that generates image data by horizontally reversing each image and the image.
できる可動ステージを更に備える請求項６記載の半導体
デバイス故障解析装置であって、 前記コンピュータは、操作者によって命令が入力される
と、前記制御プログラムにしたがって、 撮像距離を変えながら半導体デバイスの反射光像を繰り
返し撮像するように前記落射照明装置、前記撮像装置、
および前記可動ステージを更に制御し、 様々な撮像距離に対する前記反射光像のコントラストを
更に測定し、 前記コントラストを最大にする最適撮像距離を更に求
め、 前記最適波長の照明光を用いた前記反射光像の撮像を、
前記最適撮像距離で行うように前記落射照明装置、前記
撮像装置および前記可動ステージを制御し、 前記画像データの生成を、前記最適波長の照明光を用い
て前記最適撮像距離で撮像された反射光像を用いて行
う、請求項６記載の半導体デバイス故障解析装置。7. The semiconductor device failure analysis apparatus according to claim 6, further comprising a movable stage on which a semiconductor device is mounted and which can change an imaging distance, wherein the computer controls the control when a command is input by an operator. According to a program, the epi-illumination device, the imaging device, so as to repeatedly capture the reflected light image of the semiconductor device while changing the imaging distance.
And further controlling the movable stage, further measuring the contrast of the reflected light image with respect to various image pickup distances, further obtaining an optimum image pickup distance that maximizes the contrast, and the reflected light using illumination light of the optimum wavelength. Image capture,
The reflected light imaged at the optimum imaging distance is controlled by controlling the epi-illumination device, the imaging device, and the movable stage so as to be performed at the optimum imaging distance, and generating the image data using illumination light of the optimum wavelength. The semiconductor device failure analysis apparatus according to claim 6, which is performed by using an image.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002030036A JP2003232749A (en) | 2002-02-06 | 2002-02-06 | Failure analyzer for semiconductor device |
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|---|---|
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