JP6457546B2 - 解析装置及び解析方法 - Google Patents

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Description

本発明は、計測対象物の内部に発生した熱源の位置を特定する装置及び方法に関する。
従来より、計測対象物の故障個所を解析する装置として、計測対象物の熱源の位置を解析する装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１の装置は、変調電流の印加により故障個所に熱源が発生することを利用して、計測対象物に変調電流を印加するとともに、該計測対象物内部の熱源から発生する発熱を赤外線カメラにより計測し、熱源（故障個所）の位置を解析している。
特開２０１３ー５２６７２３号公報
ここで、計測対象物に複数種類の金属が含まれている場合には、計測対象物に変調電流が印加されると、ペルチェ効果により金属間で熱の移動（吸収又は放出）が起こる。これにより、実際の故障個所とは異なる位置に熱源からの熱が移動してしまい、故障個所に対応した熱源の位置を高精度に特定できないおそれがある。
そこで本発明は、故障個所に対応した熱源位置を特定することができる解析装置及び解析方法を提供することを目的とする。
本発明の解析装置は、計測対象物の内部の熱源位置を特定する解析装置であって、計測対象物に交流信号を印加する印加部と、交流信号に応じた計測対象物からの光を検出し、検出信号を出力する光検出部と、検出信号に基づいて熱源位置を特定する解析部と、を備える。
本発明の解析方法は、計測対象物の内部の熱源位置を特定する解析方法であって、計測対象物に交流信号を印加する工程と、交流信号に応じた計測対象物からの光を検出し、検出信号を出力する工程と、検出信号に基づいて熱源位置を特定する工程と、を含む。
この解析装置及び解析方法では、計測対象物に交流信号が印加され、該交流信号に応じた計測対象物からの光が検出される。計測対象物に故障個所がある場合、計測対象物に変調電流が印加されることによって該故障個所に熱源が発生する。熱源が発生した箇所が、異なる金属の接合面付近である場合には、ペルチェ効果により異なる金属間で熱の移動が起こり、故障個所とは異なる位置に熱源からの熱が移動してしまうおそれがある。この点、本発明では、計測対象物に交流信号が印加されるので、計測対象物に印加される電流の向きが周期的に変化する（反対向きに入れ替わる）。より具体的には、交流信号は半導体デバイスＳＤの基準電圧に対して双方に流れる電流量が等しくなるように調整されているため、ペルチェ効果の影響が相殺され、故障個所と異なる位置に熱源からの熱が移動してしまう事態を抑制することができる。そして、計測対象物からの光は熱源位置に応じて変化するため、当該光に基づいて熱源位置を解析することにより、故障個所に対応した熱源位置の特定を適切に行うことができる。
また、本発明の解析装置及び解析方法では、所定のロックイン周期のトリガ信号に応じて交流信号を印加し、ロックイン周期のオフ期間にはロックイン周期のオン期間よりも小さい振幅の交流信号を印加してもよい。ロックイン周期のオフ期間における交流信号の振幅を小さくすることによって、ロックイン計測を適切に行うことができる。
また、本発明の解析装置及び解析方法では、ロックイン周期のオフ期間において、交流信号の振幅を０としてもよい。これにより、ロックイン計測をより適切に行うことができる。
また、本発明の解析装置及び解析方法では、複数のロックイン周期の交流信号が積算された際に、交流信号の振幅が相殺されるように、ロックイン周期毎に交流信号の位相を変動させてもよい。これにより、積算された交流信号により熱源位置の解析結果が影響される事態を抑制することができる。
また、本発明の解析装置及び解析方法では、交流信号の周波数をトリガ信号の周波数よりも高くしてもよい。交流信号の周波数を高くすることにより、計測対象物に印加される電流の向きが頻繁に入れ替わることとなり、ペルチェ効果によって熱源からの熱が移動する事態をより抑制できる。
また、本発明の解析装置及び解析方法では、トリガ信号に対する検出信号の位相遅延量を導出することにより熱源位置を特定してもよい。トリガ信号に対する検出信号の位相遅延量は、計測対象物からの光に応じて変化する。このため、検出信号の位相遅延量を導出することによって熱源位置を特定することができる。位相遅延量の導出は簡易に行うことができ、また、位相遅延量と計測対象物からの光とは密接な対応関係にあるため、検出信号の位相遅延量を導出することにより簡易且つ高精度に熱源位置を特定することができる。
また、本発明の解析装置では、光検出部が、計測対象物からの光として熱源からの赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。赤外線カメラを用いることによって、簡易な構成により適切に光（赤外線）を検出することができる。
また、本発明の解析装置では、計測対象物に対して計測点を設定する設定部と、計測対象物に光を照射する光照射部と、を更に備え、光検出部が、計測対象物からの光として、光照射部からの光の照射に応じて計測点で反射された光を検出する光検出器であってもよい。光検出器を用いることによって、時間分解能を向上させることができ、計測対象物の内部における熱源位置の特定をより高精度に行うことができる。
本発明によれば、故障個所に対応した熱源位置を解析することができる解析装置及び解析方法を提供することができる。
本発明の第１実施形態に係る解析装置の構成図である。 タイミングトリガ信号の波形を示す図である。 交流信号の波形の一例を示す図である。 交流信号の波形の一例を示す図である。 ロックイン計測に不備が出る交流信号の波形の一例を示す図である。 ペルチェ効果による熱源移動が発生する半導体デバイスの例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る解析装置の構成図である。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［第１実施形態］
図１に示すように、第１実施形態に係る解析装置１は、被検査デバイス（ＤＵＴ：Device Under Test）である半導体デバイスＳＤ（計測対象物）などの内部の熱源位置を特定する解析装置である。熱源とは半導体デバイスＳＤ内部の発熱箇所である。半導体デバイスＳＤに信号が印加された際に半導体デバイスＳＤ内部に例えば短絡（ショート）箇所などがあると、当該ショート箇所が発熱し熱源となる。すなわち、解析装置１は、熱源位置を特定することにより半導体デバイスＳＤ内部のショート箇所などの異常を解析する故障解析装置である。
被検査デバイスとしては、例えば、トランジスタ等のＰＮジャンクションを有する集積回路（例えば、小規模集積回路（ＳＳＩ：Small Scale Integration）、中規模集積回路（ＭＳＩ：Medium Scale Integration）、大規模集積回路（ＬＳＩ：Large Scale Integration）、超大規模集積回路（ＶＬＳＩ：Very Large Scale Integration）、超々大規模集積回路（ＵＬＳＩ：Ultra Large Scale Integration）、ギガ・スケール集積回路（ＧＳＩ：Giga Scale Integration））、大電流用／高圧用ＭＯＳトランジスタ及びバイポーラトランジスタ等、メモリ・ストレージデバイスを用いることができる。
解析装置１は、赤外線カメラ１０（光検出部）と、テスタ１１（印加部）と、処理部１４と、コンピュータ１５と、表示部２８と、入力部２９と、を備えて構成されている。コンピュータ１５は、データ解析部１５ａ（解析部）と、条件設定部１５ｃ（設定部）と、制御部１５ｂと、を有している。なお、半導体デバイスＳＤは、ステージ２５に載置されている。
テスタ１１は、処理部１４より入力されるタイミングトリガ信号（トリガ信号）に応じて、半導体デバイスＳＤに交流信号を印加する。交流信号は、半導体デバイスＳＤの基準電圧に対して所定の正負の振幅で周期的に電圧が変動する信号である（図２（ａ）参照）。交流信号の周期または周波数や振幅は任意に調整することができる。これにより、交流信号の電圧は、半導体デバイスＳＤの基準電圧に対して周期的に高くなったり低くなったり変動するので、双方に流れる電流量が等しくなるように調整されている。また、半導体デバイスＳＤの内部にショート箇所が含まれている場合には、交流信号が印加されることにより当該ショート箇所が発熱し熱源となる。タイミングトリガ信号は、ロックイン計測における所定のロックイン周期ｒ１をもった、矩形波の信号である（図２（ｂ）参照）。タイミングトリガ信号は、周期的にオンとオフの２値に変動している（図２（ｂ）参照）。
テスタ１１は、ロックイン周期のオフ期間には、ロックイン周期のオン期間よりも小さい振幅の交流信号を、半導体デバイスＳＤに印加する。具体的には、テスタ１１は、ロックイン周期のオフ期間において、交流信号の振幅を０か又は０に近似する程度に小さい値とする。以下では、ロックイン周期のオフ期間における交流信号の振幅が０であるとして説明する。また、テスタ１１は、交流信号の周波数を、タイミングトリガ信号の周波数よりも高くする。具体的には、タイミングトリガ信号の周波数をＦとすると、テスタ１１がある一点でタイミングトリガがＮ回来るのを待つ場合に、Ｍを奇数として、交流信号の周波数はＦ×（Ｎ＋Ｍ）／Ｎとする。交流信号の周波数の上限は、熱源に交流信号が到達する上限によって決まるため、半導体デバイスＳＤに依存する。
テスタ１１から半導体デバイスＳＤに対して交流信号が印加されることにより、熱源位置が金属の接合面付近である場合であっても、ペルチェ効果による熱の移動を抑制することができる（詳細は後述）。ここで、交流信号が印加された半導体デバイスＳＤでは、熱源から、交流信号に応じた赤外線が発せられる。そして、当該赤外線を検出した赤外線カメラ１０によって検出信号が出力される。つづいて、データ解析部１５ａによりタイミングトリガ信号の周期（ロックイン周期）で検出信号の積算処理が行われ、積算後の検出信号について、タイミングトリガ信号に対する位相遅延量が算出される。そして、データ解析部１５ａにより当該位相遅延量から熱源位置が特定される。検出信号が積算されると、当該検出信号に含まれる交流信号も同様に積算されることとなる。このため、テスタ１１から印加される交流信号と、ロックイン周期をもつタイミングトリガ信号との位相差が常に一定である場合には、積算後において交流信号が大きく増幅されることとなる。このことにより、積算後の検出信号の位相遅延量の値が変化し、熱源位置の特定精度が低下するおそれがある。
そこで、本実施形態では、複数のロックイン周期の検出信号に含まれる交流信号が積算された際に、交流信号の振幅が相殺されるように（好ましくは完全に相殺されるように）、テスタ１１が、ロックイン周期毎に交流信号の位相を変動させている。例えば、ロックイン周期毎ごとに位相はｎ度ずつ変動させてもよい(ｎは３６０の約数のうちの３６０を除く任意の値)。より具体的には、テスタ１１は、図３（ａ）に示すように、ロックイン周期のオン期間に振幅Ｖ´、オフ期間に振幅０となるように振幅変調させた交流信号を印加する場合において、１周期毎に交流信号の位相を１８０度変動させるように、交流信号の周波数を調整する。すなわち、テスタ１１は、２周期目のオン期間の交流信号ａ２の位相が、１周期目のオン期間の交流信号ａ１の位相から１８０度変動するように、交流信号の周波数を調整する。１周期毎に交流信号の位相が１８０度変動するので、３周期目のオン期間の交流信号ａ３の位相は、１周期目のオン期間の交流信号ａ１の位相と同じになる。この場合、２周期で交流信号の振幅が相殺されるので、ロックイン周期の検出信号を積算した際に、交流信号の振幅を相殺することができる。
また、テスタ１１は、図３（ｂ）に示すように、１周期毎に交流信号の位相を９０度変動させるように、交流信号の周波数を調整してもよい。この場合、１周期目のオン期間の交流信号ｂ１に対して２周期目のオン期間の交流信号ｂ２の位相が９０度変動し、交流信号ｂ２に対して３周期目のオン期間の交流信号ｂ３の位相が９０度変動し、交流信号ｂ３に対して４周期目のオン期間の交流信号ｂ４の位相が９０度変動する。この場合、４周期で交流信号の振幅が相殺されるので、ロックイン周期の交流信号を積算した際に、交流信号の振幅を相殺することができる。
また、テスタ１１は、図４に示すように、２周期毎に交流信号の位相を１８０度変動させるように、交流信号の周波数を調整してもよい。この場合、１周期目のオン期間の交流信号ｃ１及び２周期目のオン期間の交流信号ｃ２は、互いに同じ位相とされる。そして、３周期目のオン期間の交流信号ｃ３及び４周期目のオン期間の交流信号ｃ４は、いずれも交流信号ｃ１，ｃ２の位相から１８０度変動した位相とされる。この場合、２周期で交流信号の振幅が相殺されるので、ロックイン周期の交流信号を積算した際に、交流信号の振幅を相殺することができる。なお、位相を変動させる方法は上記に限定されず、積算された交流信号の振幅が最終的に相殺されるように、３周期毎や４周期毎に位相が１８０度変動されてもよく、２周期毎に位相が９０度ずつ変動されてもよい。
また、必ずしも積算された交流信号の振幅が完全に相殺される必要はない。例えば、ロックイン周期の９９周期に亘って交流信号の位相を０度変動させ、１００周期に亘って交流信号の位相を１８０度変動させるように調整する場合においては、積算時に交流信号の振幅が完全には相殺されないものの、積算後における交流信号の振幅が十分に無視できる程度であると考えられるため、許容される。すなわち、完全に相殺されていない場合であっても、積算後の交流信号の振幅が計測誤差程度である場合には許容される。
なお、テスタ１１は、ロックイン計測に不備がでないよう、ロックイン周期のオンオフを逸脱しない範囲の交流信号を印加する。よって、たとえ積算後の交流信号の振幅が相殺される場合であっても、図５のようにロックイン周期ｒ２のオフ期間にロックイン周期のオン期間と同程度の振幅の交流信号が印加されるものであってはならない。
図１に戻り、赤外線カメラ１０は、交流信号に応じて半導体デバイスＳＤから出力された光を検出し、検出信号を出力する。赤外線カメラ１０は、半導体デバイスＳＤから出力された光として熱源からの赤外線を検出（撮像）する。より詳細には、赤外線カメラ１０は、熱源からの黒体放射を検出する。赤外線カメラ１０により出力される検出信号は、検出された赤外線、すなわち発熱量に応じた信号である。発熱量は熱源からの距離（半導体デバイスＳＤの深さ方向の距離）に応じて時間変化するので、検出信号は熱源からの距離に応じた信号となる。赤外線カメラ１０が出力した検出信号は、処理部１４に入力される。
処理部１４は、タイミングトリガ信号をテスタ１１及びデータ解析部１５ａに出力する。また、処理部１４は、検出信号が入力されると、データ解析部１５ａに当該検出信号を出力する。
コンピュータ１５は、検出信号及びタイミングトリガ信号に基づいて半導体デバイスＳＤの熱源位置を特定するデータ解析部１５ａ、半導体デバイスＳＤに印加する交流信号や計測位置を設定する条件設定部１５ｃ、赤外線カメラ１０、処理部１４、テスタ１１、ステージ２５を制御する制御部１５ｂを有している。また、コンピュータ１５には、解析結果や半導体デバイスＳＤのパターン画像などの画像を表示する表示部２８や解析条件を入力する入力部２９が接続されている。
条件設定部１５ｃは、テスタ１１で生成する交流信号や、処理部１４で生成するタイミングトリガ信号の条件（周波数、振幅など）を設定する。また、導体デバイスＳＤの所望の位置を計測するためにステージ２５の座標も設定する。具体的にはユーザーが半導体デバイスＳＤの表示部２８を見ながら入力部２９を用いて指示する。
制御部１５ｂは、条件設定部１５ｃで設定された信号の条件や座標などに基づいて、テスタ１１や処理部１４、ステージ２５を制御する。
データ解析部１５ａは、処理部１４から入力された検出信号をタイミングトリガ信号の周期（すなわちロックイン周期）で積算する。データ解析部１５ａは、積算後の検出信号に基づいて、半導体デバイスＳＤの熱源位置を解析する。ここで、熱源位置のうち、熱源の深さを考慮しない二次元の位置については、単に赤外線カメラ１０からの検出信号（撮像画像）から特定が可能である。一方、熱源の深さ方向の位置については、タイミングトリガ信号に対する検出信号の位相遅延量が導出されることにより特定（解析）される。検出信号の位相は熱源位置（半導体デバイスＳＤにおける熱源の深さ）に応じて変化するので、タイミングトリガ信号に対する検出信号の位相遅延量も、熱源位置に応じて変化する。具体的には、検出信号の位相遅延量は、半導体デバイスＳＤにおける熱源の深さに比例して大きくなる。
データ解析部１５ａは、導出した位相遅延量より、熱源の深さを求める。より詳細には、データ解析部１５ａは、導出した位相遅延量と半導体デバイスＳＤに応じて決まる熱伝搬速度とを掛け合わせることにより、熱源の深さを導出する。なお、v(m/s):熱伝搬速度、f(kHz):変調電流の周波数、K(W/m/k):半導体デバイスＳＤの熱伝導率、q(J/g/k):半導体デバイスＳＤの比熱、ρ(kg/m-3): 半導体デバイスＳＤの密度とすると、熱伝搬速度vは下記（１）式により求めることができる。
Figure 0006457546
なお、データ解析部１５ａは、位相遅延量と熱源の深さとの対応関係を規定したテーブルを予め記憶しておき、導出した位相遅延量と当該テーブルとに基づいて、熱源の深さを導出してもよい。このようにして、熱源の二次元の位置、及び深さ方向の位置が特定され、半導体デバイスＳＤにおける熱源位置が一意に特定される。
次に、本実施形態に係る解析装置１の作用効果について説明する。
故障個所（例えば短絡箇所）がある計測対象物（半導体デバイス）に対して変調電流が印加されると、当該故障個所に熱源が発生する。従来から、当該熱源からの発熱を赤外線カメラにより計測し熱源の位置を特定することによって、故障個所を特定する技術が知られている。ここで、熱源が発生した箇所が、異なる金属の接合面付近である場合には、ペルチェ効果により、変調電流に応じて異なる金属間で熱の移動が起こり、故障個所とは異なる位置に熱源が計測されてしまうおそれがある。
ペルチェ効果により熱が移動してしまう例について、図６を参照しながら説明する。図６（ａ）に示す半導体デバイスＳＤ１では、２つのポリシリコン層Ｐ−Ｓｉの間に、ニッケルシリコン層Ｎｉ−Ｓｉが配置されている。このような半導体デバイスＳＤ１を作成する際に、ニッケルシリコン層Ｎｉ−ＳｉからニッケルＮｉが析出してしまう場合がある。この状態で半導体デバイスＳＤ１に電流が流れると、ニッケルＮｉの析出箇所で熱源が発生するが、ニッケルＮｉとポリシリコン層Ｐ−Ｓｉとのペルチェ係数の差が一定以上あるため、熱源に対してペルチェ効果の影響が現れ、熱が移動してしまう。
また、図６（ｂ）に示す半導体デバイスＳＤ２では、シリコン貫通電極構造（ＴＳＶ：Through-Silicon Via）の集積回路においてタングステンＷによって形成された貫通電極が配置されている。半導体デバイスＳＤ２では、貫通電極の両端にアルミニウムＡｌの配線が形成されている。貫通電極を形成する際にタングステンＷの中に空気が混入すると、電流が流れた際に当該空気の混入箇所において熱源が発生する。このとき、アルミニウムＡｌとタングステンＷのペルチェ係数の差が一定以上であるので、熱源に対してペルチェ効果の影響が現れ、熱が移動してしまう。このように、熱源の発生要因は様々であるが、熱源位置が異なる金属の接合面付近である場合には、ペルチェ効果により熱が移動してしまう。
この点、解析装置１では、テスタ１１から半導体デバイスＳＤに交流信号が印加されるので、半導体デバイスＳＤに印加される電流の向きが周期的に変化する（反対向きに入れ替わる）。より具体的には、交流信号は半導体デバイスＳＤの基準電圧に対して双方に流れる電流量が等しくなるように調整されているため、ペルチェ効果の影響が相殺され、故障個所と異なる位置に熱が移動してしまう事態を抑制することができる。そして、半導体デバイスＳＤからの赤外線は熱源位置に応じて変化するため、当該赤外線に基づいて熱源位置を解析することにより、故障個所に対応した熱源位置の特定を適切に行うことができる。
また、テスタ１１は、所定のロックイン周期のタイミングトリガ信号に応じて交流信号を印加し、ロックイン周期のオフ期間にはロックイン周期のオン期間よりも小さい振幅の交流信号を印加する。より好ましくは、テスタ１１は、ロックイン周期のオフ期間において、交流信号の振幅を０にする。これにより、ロックイン周期に従い、適切にロックイン計測を行うことができる。
また、テスタ１１は、複数のロックイン周期の検出信号に含まれる交流信号が積算された際に、交流信号の振幅が相殺されるように、ロックイン周期毎に交流信号の位相を変動させる。これにより、積算された交流信号により熱源位置の特定結果が影響される事態を抑制することができる。
また、テスタ１１は、交流信号の周波数をタイミングトリガ信号の周波数よりも高くする。これにより、交流信号によって半導体デバイスＳＤに印加される電流の向きが頻繁に入れ替わることとなり、ペルチェ効果によって熱が移動する事態をより抑制できる。
また、データ解析部１５ａはタイミングトリガ信号に対する検出信号の位相遅延量を導出することにより熱源位置を特定している。タイミングトリガ信号に対する検出信号の位相遅延量は、半導体デバイスＳＤから出力される赤外線に応じて変化する。このため、検出信号の位相遅延量を導出することによって熱源位置を解析することができる。位相遅延量の導出は簡易に行うことができ、また、位相遅延量と半導体デバイスＳＤから出力される赤外線とは密接な対応関係にあるため、検出信号の位相遅延量を導出することにより簡易且つ高精度に熱源位置を特定することができる。
また、半導体デバイスＳＤから出力された光として熱源からの赤外線を検出する赤外線カメラ１０を用いることにより、簡易な構成により適切に光（赤外線）を検出することができる。
［第２実施形態］
次に、図７を参照して、第２実施形態に係る解析装置１Ａについて説明する。なお、本実施形態の説明では上述した第１実施形態と異なる点について主に説明する。
図７に示すように、第２実施形態に係る解析装置１Ａでは、赤外線カメラではなく光検出器１３（光検出部）によって半導体デバイスＳＤからの反射光が検出される。また、解析装置１Ａは、半導体デバイスＳＤに光を照射する光源１２（光照射部）を備えている。また、設定した計測点に光を照射する光スキャナ２６や、半導体デバイスＳＤで発生した赤外線が光検出器１３へ向かうことを防ぐショートパスフィルタ２７も備えている。
光源１２は、半導体デバイスＳＤに光（照射光）を照射する。光源１２はＳＬＤ（Super Luminescent Diode）で構成されている。なお、光源１２は、ＬＤ（Laser Diode）等のレーザー光源やＬＥＤ（Light Emitting Diode）、又はランプ光源を用いた光源等であってもよい。また、照射光はＣＷ光でもパルス光であってもよい。照射光の波長は例えば１．３μｍ程度であり、主にシリコンで構成された計測対象物での屈折率は３．５程度である。
光源１２から出力された照射光は、ピンホール１６及びレンズ１７を経て偏光子１８に入力される。偏光子１８は特定方向に偏光した照射光のみを透過し、偏光子１８を透過した照射光は偏向ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳ：Polarization Beam Splitterと記載）１９に入力される。ＰＢＳ１９は、特定方向に偏光した光を透過し、特定方向に偏光した光を反射する。ＰＢＳ１９は偏光子１８を透過した照射光を光スキャナ２６方向に反射する。光スキャナ２６は、例えば、ガルバノミラースキャナやポリゴンミラースキャナなどであり、ＰＢＳ１９からの光を半導体デバイスＳＤの所望の位置に照射するように制御される。なお、偏光子１８は不要ならば削除してもよい。
光スキャナ２６から出力された照射光は、ショートパスフィルタ２７を透過し、λ／４板２０及びレンズ２１を経て半導体デバイスＳＤに照射される。より詳細には、照射光は半導体デバイスＳＤに対して設定された計測点に照射される。
照射光に応じて計測点で反射された光（反射光）は、再びレンズ２１、ショートパスフィルタ２７（赤外線遮光部）、λ／４板２０、及び光スキャナ２６を経て、ＰＢＳ１９に入力される。この時、ショートパスフィルタ２７により計測対象物ＭＯで発生した赤外線を遮光することができる。また、ＰＢＳ１９に入力される光は、λ／４板２０に二回透過することにより、偏光方向が傾くため、ＰＢＳ１９は反射光を透過する。反射光は、レンズ２２及びピンホール２３を経て光検出器１３に入力される。このように、本実施形態の光学系はコンフォーカル光学系が用いられ、限られた焦点範囲からの反射光が検出できるように構成されている。なお、本実施形態ではピンホール１６，２３を用いているが、光ファイバを用いてコア及びクラッドの屈折率差を利用することによってコンフォーカル光学系を実現してもよい。
光検出器１３は、照射光に応じて半導体デバイスＳＤにおいて反射された反射光を検出する。また、光検出器１３は、検出した反射光をアナログ信号である検出信号に変換し出力する。光検出器１３は、ＡＰＤ（Avalanche PhotoDiode）やＰＤ（PhotoDiode）、ＰＭＴ（PhotoMultiplier Tube）等である。ここで、熱源が発生している状態においては、熱源からの熱に応じて半導体デバイスＳＤの材料屈折率が変化し、反射光の反射率が変わる。このような反射光の反射率の時間変化は、光検出器１３から出力される検出信号の時間変化として表れる。すなわち、光検出器１３から出力される検出信号の時間変化は、計測点が熱源から受ける熱応答の早さに応じて変化する。なお、計測点が熱源から受ける熱応答の早さは、当然に、計測点が熱源から近いほど早くなる。光検出器１３が出力した検出信号は、処理部１４に入力される。処理部１４における処理は、第１実施形態と同様である。
コンピュータ１５Ａは、検出信号及びタイミングトリガ信号に基づいて半導体デバイスＳＤの熱源位置を特定するデータ解析部１５ａ、半導体デバイスＳＤに印加する交流信号や計測点を設定する条件設定部１５ｃ、光検出器１３、処理部１４、光スキャナ２６、テスタ１１、及びステージ２５を制御する制御部１５ｂを有している。また、コンピュータ１５Ａには、解析結果や半導体デバイスＳＤのパターン画像などの画像を表示する表示部２８や解析条件を入力する入力部が接続されている。
条件設定部１５ｃは、テスタ１１で生成する交流信号や、処理部１４で生成するタイミングトリガ信号の条件（周波数、振幅など）を設定する。また、半導体デバイスＳＤに対して計測点を設定し、具体的には、ユーザーが半導体デバイスＳＤのパターン画像が表示された表示部２８を見ながら入力部２９を用いて、少なくとも１つの計測点を指示する。パターン画像としては、例えば、ＬＳＭ画像などである。条件設定部１５ｃは、指示された計測点の位置情報を基に計測対象物ＭＯの表面における位置情報（ｘ座標及びｙ座標）を設定する。
制御部１５ｂは、条件設定部１５ｃで設定された信号の条件や計測点の位置情報に基づいて、テスタ１１や処理部１４、光スキャナ２６を制御する。
データ解析部１５ａは、第１実施形態同様、積算された検出信号に基づいて半導体デバイスＳＤの熱源位置を特定する。データ解析部１５ａは、導出した、計測点から熱源までの距離に基づいて、熱源位置を特定する。具体的には、データ解析部１５ａは、条件設定部１５ｃで設定された半導体デバイスＳＤの３点の計測点それぞれにおいて、検出信号の位相遅延量を導出し計測点から熱源までの距離を導出する。そして、３点の計測点それぞれにおける熱源までの距離に基づいて、３次元の熱源位置を一意に特定する。
なお、データ解析部１５ａは、計測点が４点以上設定された場合、熱源位置が存在する領域を絞り込みながら計測してもよい。例えば、半導体デバイスＳＤに対して４点以上の計測点をランダムに設定し、それぞれの計測点と熱源位置の距離を導出し、比較することで熱源位置が存在する領域を推定することが可能になる。そして、推定領域に再び計測点を再設定し、熱源領域が存在する領域を絞っていき、最終的に、少なくとも３点の計測点を設定することで、データ解析部１５ａが熱源位置を特定することができる。また、データ解析部１５ａは、例えば３点の計測点における位相遅延量から熱源位置を特定する場合に、各計測点の位相遅延量を二次元マッピングすることにより熱源位置を解析してもよい。この場合、例えば熱源が２点以上あるような場合であっても、二次元マップから視覚的に熱源位置を把握し易くなる。
本実施形態に係る解析装置１Ａでは、光が照射される半導体デバイスＳＤに交流電流が印加される。当該交流電流により熱源が発生している状態において、照射光に応じて計測点で反射された反射光が検出され、検出信号が出力される。熱源が発生している状態においては、当該熱源からの熱に応じて反射光の反射率が変化する。熱源からの熱応答は、熱源からの距離に反比例して早くなるため、熱源からの熱に応じて反射率が時間変化した反射光の検出信号を解析することによって、計測点から熱源までの距離を推定することが可能となる。このように、半導体デバイスＳＤの反射光に応じた検出信号を解析する光プロービングによって熱源位置を特定することにより、時間分解能を向上させることができる。時間分解能が向上することによって、計測対象物の厚みが薄く熱応答が早い場合であっても、当該熱応答を適切に測定することができ、熱源位置の解析精度を向上させることができる。具体的には、プローブ光強度が一定以上確保できれば、時間分解能がサブナノ秒精度となり、熱源位置の特定誤差を１００ｎｍ以下とすることができる。
以上、本発明の好適な実施形態について記載したが本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、処理部１４でトリガ信号を生成せず、テスタ１１で交流信号とともにトリガ信号を生成し、半導体デバイスＳＤにはトリガ信号に応じた交流信号を印加しつつ、処理部１４を経由させてデータ解析部１５ａに出力するようにしてもよい。また、半導体デバイスＳＤは、テスタ１１により印加された交流信号によって駆動されてもよい。例えば、光検出部として赤外線カメラ及び光検出器を例示したがこれに限定されず、計測対象物からの光を検出する機能を有した他の構成であってもよい。
１，１Ａ…解析装置、１０…赤外線カメラ、１１…テスタ、１２…光源、１３…光検出器、１５，１５Ａ…コンピュータ、１５ａ…データ解析部、１５ｃ…条件設定部、ＳＤ…半導体デバイス。

Claims (12)

  1. 計測対象物の内部の熱源位置を特定する解析装置であって、
    前記計測対象物に交流信号を印加する印加部と、
    前記交流信号に応じた前記計測対象物からの光を検出し、検出信号を出力する光検出部と、
    前記検出信号に基づいて前記熱源位置を特定する解析部と、を備え、
    前記印加部は、所定のロックイン周期のトリガ信号に応じて前記交流信号を印加し、前記ロックイン周期のオフ期間には前記ロックイン周期のオン期間よりも小さい振幅の前記交流信号を印加する、解析装置。
  2. 前記印加部は、前記ロックイン周期のオフ期間において、前記交流信号の振幅を０とする、請求項１記載の解析装置。
  3. 前記印加部は、複数の前記ロックイン周期の前記交流信号が積算された際に、前記交流信号の振幅が相殺されるように、前記ロックイン周期毎に前記交流信号の位相を変動させる、請求項１又は２記載の解析装置。
  4. 前記印加部は、前記交流信号の周波数を前記トリガ信号の周波数よりも高くする、請求項１〜３のいずれか一項記載の解析装置。
  5. 前記解析部は、前記トリガ信号に対する前記検出信号の位相遅延量を導出することにより前記熱源位置を特定する、請求項１〜４のいずれか一項記載の解析装置。
  6. 前記光検出部は、前記計測対象物からの光として前記熱源からの赤外線を検出する赤外線カメラである、請求項１〜５のいずれか一項記載の解析装置。
  7. 前記計測対象物に対して計測点を設定する設定部と、
    前記計測対象物に光を照射する光照射部と、を更に備え、
    前記光検出部は、前記計測対象物からの光として、前記光照射部からの光の照射に応じて前記計測点で反射された光を検出する光検出器である、請求項１〜５のいずれか一項記載の解析装置。
  8. 計測対象物の内部の熱源位置を特定する解析方法であって、
    前記計測対象物に交流信号を印加する工程と、
    前記交流信号に応じた前記計測対象物からの光を検出し、検出信号を出力する工程と、
    前記検出信号に基づいて前記熱源位置を特定する工程と、を含み、
    前記印加する工程では、所定のロックイン周期のトリガ信号に応じて前記交流信号を印加し、前記ロックイン周期のオフ期間には前記ロックイン周期のオン期間よりも小さい振幅の前記交流信号を印加する、解析方法。
  9. 前記印加する工程では、前記ロックイン周期のオフ期間において、前記交流信号の振幅を０とする、請求項８記載の解析方法。
  10. 前記印加する工程では、複数の前記ロックイン周期の前記交流信号が積算された際に、前記交流信号の振幅が相殺されるように、前記ロックイン周期毎に前記交流信号の位相を変動させる、請求項８又は９記載の解析方法。
  11. 前記印加する工程では、前記交流信号の周波数を前記トリガ信号の周波数よりも高くする、請求項８〜１０のいずれか一項記載の解析方法。
  12. 前記特定する工程では、前記トリガ信号に対する前記検出信号の位相遅延量を導出することにより前記熱源位置を特定する、請求項８〜１１のいずれか一項記載の解析方法。
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