JP2008300486A - 半導体装置の検査システム、検査方法、及び検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置の検査に要する時間を短縮する。
【解決手段】半導体装置にビームを照射する照射装置と、前記半導体装置のテスト期間に前記半導体装置の良否を判定するテスト装置と、前記半導体装置の各テスト期間に得られた良否値を、各テスト期間の開始から終了までに前記ビームが照射された照射領域、の良否値として設定し、良値領域又は否値領域が前記ビームの走査方向の直交方向に連続する連続数に基づいて、前記半導体装置の故障領域を特定する情報処理部と、前記ビームの照射位置と前記半導体装置の故障領域とが関連付けられた２次元画像を表示する表示部とを備えることを特徴とする、半導体装置の検査システム。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の検査システム、検査方法、及び検査装置に関する。

半導体装置の故障箇所の特定手法として、ＤＬＳ（Dynamic Laser Stimulation）法が知られている。ＤＬＳ法では、細く収束させたレーザ光を半導体装置に照射し、局部的な加熱又は光励起電流を発生させ、局部的に半導体装置の動作を変化させることで、半導体装置の故障箇所を特定する。これにより、タイミング不良や電圧マージン不良等の故障の存在箇所が特定される。ＤＬＳ法は例えば、特許文献１で説明されている。なお、ＤＬＳ法は、ＳＤＬ法、ＬＡＤＡ法等と呼ばれる事もある。

ＤＬＳ法では通常、ＬＳＭ （Laser Scanning Microscope：レーザ走査顕微鏡）により半導体装置にレーザが照射され、半導体装置の良否がテスタにより判定される。そして、ＤＬＳ法では、レーザの照射位置と良否の判定値とを関連付けて２次元画像にマッピングすることで、故障箇所を画面表示する。よって、ＤＬＳ法では、各レーザ照射位置の良否判定値を得る必要がある。そのため、従来、テスタにより良否判定が行われている間は、レーザが同一位置に照射されている必要があるとされてきた。

しかし、半導体装置の回路規模は年々増加している。よって、ＤＬＳ法の実行に要する時間は増加傾向にある。そのため、１回の良否判定が行われる間、即ち、１回のテストが行われる間、レーザの照射位置を動かせないと、ＤＬＳ法の実行に膨大な時間がかかってしまう。

例えば、上記２次元画像の画素数を５１２×５１２、１回のテストに要する時間を１秒と想定する。この場合、１枚の２次元画像を得るのに要する時間は、１秒×５１２画素×５１２画素＝２６２１４４秒≒７３時間となる。これは、到底実用的とは言い難い時間である。

このような時間を短縮する方法として、いくつかの方法が知られている。

第１の例として、単純に上記２次元画像の画素数を減らす、という方法が挙げられる。これは例えば、５１２×５１２の画素数を１２８×１２８の画素数に減らす、という事に相当する。この場合、測定時間は単純に１６分の１に短縮される。しかしながら、微細な故障を検出しようとする場合には、２次元画像の画素数を減らす分だけレーザの照射範囲を減らす必要がある。よって、１２８×１２８の場合に５１２×５１２の場合と同じ領域を測定しようとすると、１６分の１の時間の測定を１６回繰り返す必要があり、１２８×１２８の場合のトータル測定時間は、５１２×５１２の場合のトータル測定時間と同じになってしまう。そのため、２次元画像の画素数を減らすという方法は、測定すべき領域が既に絞り込まれている場合にしか有効ではない。

一方、第２の例として、レーザ照射と良否判定との同期を完全には行わない、という方法が挙げられる。この方法では、実際に故障がある箇所と不良と判定される箇所とが多少ずれてもよい、と考えるのである。この方法では、レーザの照射位置がテスト中に大きくずれると、実際に故障がある箇所と不良と判定される箇所とが大きくずれる事になる。よって、この方法は、１回のテスト中にレーザが移動する距離が短い場合にしか採用する事ができず、採用できる場面が限定的である。逆に言えば、この方法では、１回のテスト中にレーザが移動する距離が短くなるよう、測定条件を設定する必要がある。このような測定条件を設定しようとすると、１回のテスト中にレーザが移動できる距離は、高々数画素程度に限定され、その時間短縮効果は、非常に限定されたものとなる。
米国特許第７，０６２，３９９号公報

本発明は、半導体装置の検査システム、検査方法、及び検査装置に関し、半導体装置の検査に要する時間を短縮することを課題とする。

本発明の実施例は例えば、半導体装置にビームを照射する照射装置と、前記半導体装置のテスト期間に前記半導体装置の良否を判定するテスト装置と、前記半導体装置の各テスト期間に得られた良否値を、各テスト期間の開始から終了までに前記ビームが照射された照射領域、の良否値として設定し、良値領域又は否値領域が前記ビームの走査方向の直交方向に連続する連続数に基づいて、前記半導体装置の故障領域を特定する情報処理部と、前記ビームの照射位置と前記半導体装置の故障領域とが関連付けられた２次元画像を表示する表示部とを備えることを特徴とする、半導体装置の検査システムである。

本発明の実施例は例えば、半導体装置にビームを照射し、前記半導体装置のテスト期間に前記半導体装置の良否を判定し、前記半導体装置の各テスト期間に得られた良否値を、各テスト期間の開始から終了までに前記ビームが照射された照射領域、の良否値として設定し、良値領域又は否値領域が前記ビームの走査方向の直交方向に連続する連続数に基づいて、前記半導体装置の故障領域を特定し、前記ビームの照射位置と前記半導体装置の故障領域とが関連付けられた２次元画像を表示することを特徴とする、半導体装置の検査方法である。

本発明の実施例は例えば、半導体装置にビームを照射する照射装置と、前記半導体装置のテスト期間に前記半導体装置の良否を判定するテスト装置と、に接続可能な検査装置であって、前記半導体装置の各テスト期間に得られた良否値を、各テスト期間の開始から終了までに前記ビームが照射された照射領域、の良否値として設定し、良値領域又は否値領域が前記ビームの走査方向の直交方向に連続する連続数に基づいて、前記半導体装置の故障領域を特定する情報処理部と、前記ビームの照射位置と前記半導体装置の故障領域とを関連付けられた２次元画像を表示する表示部とを備えることを特徴とする、半導体装置の検査装置である。

本発明は、半導体装置の検査システム、検査方法、及び検査装置に関し、半導体装置の検査に要する時間を短縮することを可能にする。

図１は、本実施例の検査システム１０１のシステム構成図である。図１の検査システム１０１は、半導体装置の検査システムであり、ＤＬＳ（Dynamic Laser Stimulation）法による半導体装置の検査を実行する。図１の検査システム１０１は、照射装置の例であるＬＳＭ（Laser Scanning Microscope：レーザ走査顕微鏡）１１１と、テスト装置の例であるテスタ１１２と、半導体装置の検査装置の例である計算機１１３とを備える。

ＬＳＭ１１１は、半導体装置にビームの例であるレーザ光を照射する装置である。図１には、ＬＳＭ１１１にセットされた半導体装置（Ｓ）と、ＬＳＭ１１１により発せされたレーザ光（Ｌ）とが図示されている。ＬＳＭ１１１は、レーザ光源１２１と、対物レンズ１２２と、偏向装置１２３と、偏向装置制御部１２４と、カメラステージ１２５と、試料ステージ１２６と、信号ケーブル１２７とを備える。

テスタ１１２は、半導体装置のテスト期間に半導体装置の良否（ｐａｓｓ／ｆａｉｌ）を判定する装置である。テスタ１１２は、テスト期間の開始を示すｔｅｓｔ ｓｔａｒｔ信号、テスト期間の終了を示すｔｅｓｔ ｅｎｄ信号、テスト期間における良否の判定値を示すｐａｓｓ／ｆａｉｌ信号を出力する。

計算機１１３は、半導体装置の検査に関する種々の情報処理を行う装置であり、ＬＳＭ１１１及びテスタ１１２に有線又は無線で接続可能である。計算機１１３は例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）又はワークステーション（ＷＳ）である。計算機１１３は、ここではＬＳＭ１１１と別個の機器であるが、ＬＳＭ１１１の一部でも構わない。計算機１１３は、計算機本体１３１と、表示装置１３２と、記憶装置１３３と、入力装置１３４とを備える。

計算機本体１３１には、制御部１４１と、情報処理部１４２と、表示部１４３等の機能ブロックが存在する。制御部１４１は、ＬＳＭ１１１及びテスタ１１２の制御を行うブロックである。情報処理部１４２は、種々の情報処理を行うブロックである。表示部１４３は、表示装置１３２への画面表示を行うブロックである。これら機能ブロックは例えば、コンピュータプログラム（検査プログラム）により実現される。

図１の検査システム１０１では、レーザ光Ｌが、レーザ光源１２１から発せられ、対物レンズ１２２によって収束され、半導体装置Ｓ上に照射される。偏向装置１２３は、偏向装置制御部１２４による制御の下、レーザ光Ｌを偏向させ、レーザ光Ｌで半導体装置Ｓ上を走査する。ＬＳＭ１１１では、半導体装置Ｓから反射された反射光により、半導体装置Ｓを観察する。なお、レーザ光Ｌは、半導体装置Ｓの表面に照射してもよいが、ここでは半導体装置Ｓの裏面に照射する。

レーザ光源１２１、対物レンズ１２２、及び偏向装置１２３は、カメラステージ１２５に固定されている。これにより、ＬＳＭ１１１では、レーザ光Ｌの焦点調整や、レーザ光Ｌの照射位置の移動が可能になっている。一方、半導体装置Ｓは、試料ステージ１２６にセットされており、信号ケーブル１２７によりテスタ１１２と電気的に接続されている。これにより、図１の検査システム１０１では、テスタ１１２による半導体装置Ｓの電気的なテストが可能になっている。

計算機１１３は、ＬＳＭ１１１を制御する事、及びテスタ１１２からｔｅｓｔ ｓｔａｒｔ信号、ｔｅｓｔ ｅｎｄ信号、ｐａｓｓ／ｆａｉｌ信号を受け取る事が可能となっている。計算機１１３は更に、レーザ光の照射位置とｐａｓｓ／ｆａｉｌの判定値とを関連付けて、２次元画像（ｐａｓｓ／ｆａｉｌ画像）として表示する事が可能である。計算機１１３は更に、ＬＳＭ画像及びｐａｓｓ／ｆａｉｌ画像を複数記憶する事が可能であり、画像間の演算を行う事も可能である。ＬＳＭ画像を記憶するメモリは、ＬＳＭ１１１にも設けてもよい。

以下、半導体装置の検査方法について説明する。

計算機１１３は、半導体装置の各テスト期間に得られた良否値（ｐａｓｓ値／ｆａｉｌ値）を、テスタ１１２から取得する。そして計算機１１３は、半導体装置の各テスト期間に得られた良否値を、各テスト期間の開始から終了までにレーザが照射された照射領域、の良否値として設定する。この場合に得られる２次元画像（ｐａｓｓ／ｆａｉｌ画像）の例を、図２に示す。図２において、領域Ａは良値領域（ｐａｓｓ領域）を表し、領域Ｂは否値領域（ｆａｉｌ領域）を表す。

ここでは、図２の画像の画素数を５０×５０とし、図２の横方向及び縦方向をそれぞれレーザの走査方向及びレーザの走査方向の直交方向とする。ここではまた、１回のテスト中にレーザの照射位置が移動する距離を、図２の画像の１５画素分とする。図２に示す各領域は、１回のテストの開始から終了までにレーザが照射される照射領域に相当し、１５画素分の領域となっている。

この場合、１回の良否判定が、１５画素分の領域が走査される間に行われる事になる。即ち、１つの良否値が、１５画素分の領域が走査される間に得られる事になる。本実施例では、この良否値を、この１５画素全てを代表する良否値とする。即ち、この良否値を、この領域全体の良否値とする。図２には、このようにして設定された良値領域と否値領域とが図示されている。良値領域は１５個の良値画素により構成され、否値画素は１５個の否値画素により構成される。

ここで、ＤＬＳ観測について説明することにする。ＤＬＳ観測では、精密な観測を行うべく、テストの条件として、ｐａｓｓ／ｆａｉｌの状態が不安定になるような条件を設定する事が多い。そのため、ＤＬＳ観測では、故障箇所がない場合でもｆａｉｌが現れる事がある。

図２では、故障箇所は領域Ｘであるとする。にもかかわらず、図２では、画像内の様々な箇所にｆａｉｌ領域が現れている。これらは、故障箇所以外にｆａｉｌ領域が現れた例に相当する。図２の画像の周辺部では、ｐａｓｓ領域とｆａｉｌ領域が、縦方向に１画素又は２画素ごとに交互に現れている。

計算機１１３は、図２のようなｐａｓｓ／ｆａｉｌ画像を一旦、記憶装置１３３に保存する。続いて、計算機１１３は、当該画像内の各画素の良否値を調べ、ｆａｉｌ画素が縦方向に３画素以上連続する領域が存在するか否かを判断する。続いて、計算機１１３は、ｆａｉｌ画素が縦方向に３画素以上連続しない領域をｐａｓｓ画素に書き換え、ｆａｉｌ画素が縦方向に３画素以上連続する領域をｆａｉｌ画素に書き換える。こうして得られる画像を、図３に示す。

上述のように、図２には、故障箇所でないにもかかわらず、ｆａｉｌ領域となっている領域が存在する。しかし、このような領域は、縦方向に何画素も連続する可能性は極めて少ない。従って、上記の書き換え処理によれば、半導体装置の故障箇所をおおまかに特定する事ができる。実際、図２の画像の周辺部では、ｐａｓｓ領域とｆａｉｌ領域は縦方向に１画素又は２画素ごとに交互に現れており、ｆａｉｌ領域が３画素以上連続する領域は存在しない。そのため、これらのｆａｉｌ領域は全て、図３ではｐａｓｓ領域に書き換えられている。

従って、計算機１１３は、図２の画像を図３の画像に書き換え、図３の画像のｆａｉｌ領域を半導体装置の故障領域とする。即ち、計算機１１３は、ｆａｉｌ領域（ｆａｉｌ画素）が縦方向に連続する連続数に基づいて、半導体装置の故障領域を特定する。図２から図３への書き換えにおいては、ｆａｉｌ領域（ｆａｉｌ画素）が縦方向に３画素以上連続している領域が、故障領域として特定されている。図３には、このようにして特定された故障領域Ｙが図示されている。そして、計算機１１３は、図３の画像を表示装置１３２に表示する。即ち、計算機１１３は、レーザの照射位置と半導体装置の故障領域とが関連付けられた２次元画像を表示装置１３２に表示する。これにより、ユーザは、半導体装置の故障箇所をおおまかに把握する事ができる。

以上のように、本実施例では、故障箇所がどの位置に存在するかを示す画像ではなく、故障箇所がどの範囲に含まれるかを示す画像が得られる。即ち、本実施例では、故障箇所そのものを特定する画像ではなく、故障箇所の存在領域である故障領域を特定する画像が得られる。

このように、本実施例では、ＤＬＳ反応が現れて欲しい範囲より広い範囲にＤＬＳ反応が現れてしまう。しかし、本実施例によれば、故障箇所そのものを特定するよりも遥かに短い時間で、故障箇所をある程度絞り込む事ができる。本実施例では更に、絞り込まれた範囲を詳細に観測する事で、必要に応じて故障箇所そのものを特定する事もできる。この場合、絞り込まれた範囲のみについて観測を行えばよいため、観測に要する時間は短くて済む。

なお、上記の説明では、非故障箇所が「ｆａｉｌ」と判定される例について説明した。このような場合には、上記のように、ｆａｉｌ画素が縦方向に３画素以上連続しない領域をｐａｓｓ画素に書き換え、ｆａｉｌ画素が縦方向に３画素以上連続する領域をｆａｉｌ画素に書き換えるような処理が望ましい。

一方、実際のＤＬＳ測定では、故障箇所が「ｐａｓｓ」と判定される場合もある。このような場合、計算機１１３は、ｐａｓｓ画素が縦方向に３画素以上連続しない領域をｆａｉｌ画素に書き換え、ｐａｓｓ画素が縦方向に３画素以上連続する領域をｐａｓｓ画素に書き換えてもよい。この場合、計算機１１３は、ｐａｓｓ領域（ｐａｓｓ画素）が縦方向に連続する連続数に基づいて、半導体装置の故障領域を特定する。上記のような画像書き換えでは、ｐａｓｓ領域（ｐａｓｓ画素）が縦方向に３画素以上連続していない領域が、故障領域として特定される。

本実施例では、１回のテスト中にレーザ光の照射位置が移動する距離を、１５画素分としている。すなわち、１回のテストの開始から終了までにレーザ光が照射される照射領域のサイズを、１５画素分としている。本実施例では、当該照射領域のサイズは、１５画素分以外のサイズでも構わない。

本実施例では更に、上記照射領域のサイズは、表示装置１３２の操作画面上でユーザが設定可能としてもよい。このような操作画面の例を、図４に示した。ユーザは、操作装置１３４を操作して、操作画面上のボックスＢ１内に上記照射領域のサイズを入力する事ができる。そして、計算機１１３の制御部１４１は、上記照射領域のサイズを、操作画面で入力されたサイズに基づいて設定する。制御部１４１は、ＬＳＭ１１１又はテスタ１１２を制御して、上記照射領域のサイズを制御するとする。

なお、計算機１１３の情報処理部１４２は、図２や図３の画像を作成する際、照射領域のサイズのデータを必要とする。情報処理部１４２は、サイズがユーザにより設定される場合には、照射領域のサイズのデータとして、ユーザにより設定されたサイズのデータを利用可能である。その他の場合には、情報処理部１４２は、照射領域のサイズを、例えばｔｅｓｔ ｓｔａｒｔ信号及びｔｅｓｔ ｅｎｄ信号から自動的に算出する。

また、本実施例では、ｆａｉｌ画素が縦方向に３画素（基準連続数）以上連続している領域が、故障領域として特定されている。本実施例では、当該基準連続数は、３画素以外の数でも構わない。これは、ｐａｓｓ画素が縦方向に３画素（基準連続数）以上連続していない領域を、故障領域として特定する場合も同様である。

本実施例では更に、上記基準連続数は、表示装置１３２の操作画面上でユーザが設定可能としてもよい。このような操作画面の例は既に、図４に示されている。ユーザは、操作装置１３４を操作して、操作画面上のボックスＢ２内に上記基準連続数を入力する事ができる。そして、情報処理部１４２は、半導体装置の故障箇所を特定するための基準となる上記基準連続数を、操作画面で入力された基準連続数に基づいて設定する。そして、情報処理部１４２は、図２の画像を図３の画像に書き換える際、当該基準連続数を参酌する。

以上のように、本実施例では、１回のテスト中にレーザの照射位置が移動する距離を、１５画素分としている。本実施例では、図２の画像を図３の画像に変換するが、この変換処理に要する時間はごく僅かである。従って、本実施例では、テスト中にはレーザの照射位置を動かさない場合と比べて、観測時間が１／１５程度に短縮される。このように、本実施例は、半導体装置の検査に要する時間を短縮する事ができる。

図５は、本実施例の検査方法に関するフローチャート図である。

本実施例では先ず、ＬＳＭ１１１によるレーザ照射と、テスタ１１２による良否判定とが行われる。そして、情報処理部１４２は、各テスト期間に得られた良否値を、対応する照射領域の良否値として設定する。即ち、情報処理部１４２は、図２のような画像を作成する（Ｓ１１）。続いて、情報処理部１４２は、半導体装置の故障領域を特定する。即ち、情報処理部１４２は、図２のような画像を図３のような画像に変換する（Ｓ１２）。そして本実施例では、表示部１４３が、例えば操作装置１３４による表示操作に応じて、図３のような画像を表示装置１３２に表示する（Ｓ１３）。なお、当該画像表示（及び図４の操作画面の画面表示）は、ローカル表示ではなく、リモート表示でも構わない。

本実施例の検査システムのシステム構成図である。 書き換え前のｐａｓｓ／ｆａｉｌ画像の例である。 書き換え後のｐａｓｓ／ｆａｉｌ画像の例である。 操作画面の例である。 本実施例の検査方法に関するフローチャート図である。

符号の説明

１０１ 検査システム
１１１ ＬＳＭ
１１２ テスタ
１１３ 計算機
１２１ レーザ光源
１２２ 対物レンズ
１２３ 偏向装置
１２４ 偏向装置制御部
１２５ カメラステージ
１２６ 試料ステージ
１２７ 信号ケーブル
１３１ 計算機本体
１３２ 表示装置
１３３ 記憶装置
１３４ 入力装置
１４１ 制御部
１４２ 情報処理部
１４３ 表示部

Claims (5)

1. 半導体装置にビームを照射する照射装置と、
   前記半導体装置のテスト期間に前記半導体装置の良否を判定するテスト装置と、
   前記半導体装置の各テスト期間に得られた良否値を、各テスト期間の開始から終了までに前記ビームが照射された照射領域、の良否値として設定し、良値領域又は否値領域が前記ビームの走査方向の直交方向に連続する連続数に基づいて、前記半導体装置の故障領域を特定する情報処理部と、
   前記ビームの照射位置と前記半導体装置の故障領域とが関連付けられた２次元画像を表示する表示部とを備えることを特徴とする、半導体装置の検査システム。
2. 前記情報処理部は、前記半導体装置の故障箇所を特定するための基準となる基準連続数を、操作画面で入力された基準連続数に基づいて設定することを特徴とする、請求項１に記載の検査システム。
3. 前記照射装置又は前記テスト装置を制御して前記照射領域のサイズを制御する制御部を備え、前記制御部は、前記照射領域のサイズを、操作画面で入力されたサイズに基づいて設定することを特徴とする、請求項１に記載の検査システム。
4. 半導体装置にビームを照射し、
   前記半導体装置のテスト期間に前記半導体装置の良否を判定し、
   前記半導体装置の各テスト期間に得られた良否値を、各テスト期間の開始から終了までに前記ビームが照射された照射領域、の良否値として設定し、良値領域又は否値領域が前記ビームの走査方向の直交方向に連続する連続数に基づいて、前記半導体装置の故障領域を特定し、
   前記ビームの照射位置と前記半導体装置の故障領域とが関連付けられた２次元画像を表示することを特徴とする、半導体装置の検査方法。
5. 半導体装置にビームを照射する照射装置と、前記半導体装置のテスト期間に前記半導体装置の良否を判定するテスト装置と、に接続可能な検査装置であって、
   前記半導体装置の各テスト期間に得られた良否値を、各テスト期間の開始から終了までに前記ビームが照射された照射領域、の良否値として設定し、良値領域又は否値領域が前記ビームの走査方向の直交方向に連続する連続数に基づいて、前記半導体装置の故障領域を特定する情報処理部と、
   前記ビームの照射位置と前記半導体装置の故障領域とを関連付けられた２次元画像を表示する表示部とを備えることを特徴とする、半導体装置の検査装置。

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