JP6484051B2 - 検査方法及び検査装置 - Google Patents

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Description

本発明は、計測対象物の検査方法及び検査装置に関する。
計測対象物を検査する技術として、光源から出射された光を計測対象物に照射し、計測対象物からの計測光（反射光）を光センサにより検出して検出信号を取得する光プロービング技術がある。このような光プロービング技術では、磁気光学（ＭＯ：Magneto-Optical）結晶を計測対象物の光照射面に対向して配置し、ＭＯ結晶の磁気光学効果に応じた反射光を検出することにより検出信号を取得する方法が知られている（例えば特許文献１）。
特表２０１３−５４４３５２号公報
上述した特許文献１では、検出した反射光の振幅（反射光の強度）を示す振幅（強度）像に基づいて金属表面の電流経路を取得し、金属上の故障箇所を特定している。ここで、反射光の振幅は、磁気光学結晶の厚さのムラ及び磁気光学結晶の傷などのノイズ成分の影響によって変化しやすい。そのため、振幅像から電流経路を取得する方法では、電流経路を精度よく取得することができない場合がある。そこで、本発明は、電流経路を精度よく取得することができる検査方法及び検査装置を提供することを目的とする。
一側面に係る検査方法は、計測対象物に対して刺激信号を印加することにより計測対象物に生じる電流の経路を取得する方法であって、計測対象物に刺激信号を印加するステップと、計測対象物に対向して配置された磁気光学結晶に対して光を照射するステップと、照射された光に応じて磁気光学結晶から反射された光を検出し、検出信号を出力するステップと、刺激信号に基づいて生成される参照信号と検出信号との位相差に基づいて、位相差を示す位相成分を含んだ位相画像データを生成するステップと、位相画像データに基づいて、電流の経路を示す画像を生成するステップと、を含む。
また、一側面に係る検査装置は、計測対象物に対して刺激信号を印加することにより計測対象物に生じる電流の経路を取得する装置であって、計測対象物に刺激信号を印加する信号印加部と、計測対象物に対向して配置される磁気光学結晶と、光を出力する光源と、光源から出力された光を磁気光学結晶に対して照射する照射光学系と、照射光学系に照射された光に応じて磁気光学結晶から反射された光を検出し、検出信号を出力する光検出器と、刺激信号に基づいて生成される参照信号と検出信号との位相差に基づいて、位相差を示す位相成分を含んだ位相画像データを生成する解析部と、位相画像データに基づいて、電流の経路を示す画像を生成する、電流経路画像生成部と、を備える。
この検査方法及び検査装置では、計測対象物に刺激信号が印加されている。また、計測対象物に対向して配置された磁気光学結晶から反射された光に基づいて検出信号が出力されている。そして、刺激信号に基づく参照信号と検出信号との位相差に基づく位相画像データから、電流の経路を示す画像が生成されている。例えば計測対象物に刺激信号が印加されると、計測対象物内の電流経路に電流が流れ、当該電流に応じた磁場が発生する。磁気光学結晶は、計測対象物の磁場に応じて反射光の偏光状態を変化させる。そのため、計測対象物における電流経路の反射光の偏光状態と、その他の箇所の反射光の偏光状態とは異なる。よって、電流経路の反射光に係る検出信号と、その他の箇所の反射光に係る検出信号とで、参照信号との位相差が異なる。ここで、電流経路の反射光に係る検出信号と参照信号との位相差は、特定の値となる。具体的には、当該特定の値は、実質的に、電流に応じて発生した磁場が磁気光学結晶を貫く方向の正負に応じた２値のいずれかとなる。一方で、その他の箇所の反射光に係る検出信号と参照信号との位相差は、特定の値とはならずランダムな値となる。このため、位相差に基づく位相画像データには、位相差が特定の２値のいずれかである箇所と、ランダムな値である箇所とが含まれる。よって、当該位相画像データに基づいて生成される電流の経路を示す画像には、電流の経路を示す箇所すなわち位相差が特定の２値のいずれかである箇所と、電流の経路でない箇所すなわち位相差がランダムな値である箇所とが明確に区別して示され、電流の経路が精度よく取得される。更に、このような位相差の情報は、信号の有無という形でデジタル化されることと同等であり、磁気光学結晶の厚さのムラ及び磁気光学結晶の傷などのノイズ成分の影響によって変化しにくい。また、電流の経路を示す箇所の位相差は特定の２値のいずれかとされるので、電流経路の特定が容易であり、特定精度が向上する。以上より、振幅像に応じて電流経路を取得する場合と比較して、電流経路を精度よく取得することができる。
また、一側面に係る検査方法において、電流の経路を示す画像を生成するステップは、位相画像データに基づいて位相成分の統計値を示す統計値画像データを生成するステップを含み、統計値画像データに基づいて電流の経路を示す画像を生成してもよい。また、一側面に係る検査装置において、電流経路画像生成部は、位相画像データに基づいて、位相成分の統計値を示す統計値画像データを生成し、統計値画像データに基づいて電流の経路を示す画像を生成してもよい。電流経路箇所では位相差が特定の２値となる。すなわち電流経路箇所では位相差が偏る。一方、その他の箇所では位相差がランダムな値となる。すなわちその他の箇所では位相差がばらつく。このため、統計的処理を行うことによって、電流経路とその他の箇所との差異をより明確にすることができ、電流経路を精度よく取得することができる。
また、一側面に係る検査方法及び検査装置において、統計値は、分散、歪度、及び尖度のうちいずれか1つであってもよい。これにより、電流経路とそれ以外の箇所との差異をより明確にすることができ、電流経路を精度よく取得することができる。
また、一側面に係る検査方法において、電流の経路を示す画像を生成するステップは、位相画像データに基づいて、正弦成分を示す正弦画像データ、及び、余弦成分を示す余弦画像データを生成するステップを含み、正弦画像データ及び余弦画像データに基づいて、電流の経路を示す画像を生成してもよい。また、一側面に係る検査装置において、電流経路画像生成部は、位相画像データに基づいて、正弦成分を示す正弦画像データ、及び、余弦成分を示す余弦画像データを生成し、正弦画像データ及び余弦画像データに基づいて、電流の経路を示す画像を生成してもよい。位相差が-πである場合と+πである場合とは、実際には互いに連続的につながった値であるものの、位相成分として示した場合には互いに輝度値が遠い値となる。この点、位相成分の正弦成分又は余弦成分を示した画像データでは、互いに連続的につながっている位相差に係る位相成分の輝度値を互いに近い値とすることができる。これにより、位相画像データに基づいて、電流経路を精度よく取得することができる。更に、正弦成分及び余弦成分の双方の画像データを生成しているので、いずれか一方のみの場合と比較して電流の経路を示す画像を生成するための情報量を増やすことができる。これによって、電流経路をより精度よく取得することができる。
また、一側面に係る検査方法において、電流の経路を示す画像を生成するステップは、正弦画像データ及び余弦画像データに対して、加算、乗算、及び二乗和平方根のいずれか１つの演算を行うステップを含んでいてもよい。また、一側面に係る検査装置において、電流経路画像生成部は、正弦画像データ及び余弦画像データに対して、加算、乗算、及び二乗和平方根のいずれか１つの演算を行ってもよい。これらの演算を行うことにより、正弦画像データ及び余弦画像データの双方のデータを相乗的に用いて、電流の経路を示す画像を適切に生成することができる。
また、一側面に係る検査方法において、電流の経路を示す画像を生成するステップは、正弦画像データに基づいて、正弦成分の統計値を示す正弦統計値画像データを生成するステップと、余弦画像データに基づいて、余弦成分の統計値を示す余弦統計値画像データを生成するステップと、を含み、正弦統計値画像データ及び余弦統計値画像データに基づいて電流の経路を示す画像を生成してもよい。また、一側面に係る検査装置において、電流経路画像生成部は、正弦画像データに基づいて、正弦成分の統計値を示す正弦統計値画像データを生成し、余弦画像データに基づいて、余弦成分の統計値を示す余弦統計値画像データを生成し、正弦統計値画像データ及び余弦統計値画像データに基づいて電流の経路を示す画像を生成してもよい。これにより、電流経路を精度よく取得することができる。
また、一側面に係る検査方法及び検査装置において、参照信号は、計測対象物に刺激信号を印加する信号印加部から出力されてもよい。これにより、刺激信号に基づく参照信号を容易且つ確実に出力することができる。
また、一側面に係る検査方法及び検査装置において、参照信号は、計測対象物から出力されてもよい。これにより、刺激信号に基づく参照信号を容易且つ確実に出力することができる。
また、一側面に係る検査方法及び検査装置において、参照信号は、刺激信号と位相及び周期が等しい信号であってもよい。これにより、参照信号と検出信号との位相差を求めることによって、刺激信号と検出信号との位相差を容易に求めることができる。
この検査方法及び検査装置によれば、電流経路を精度よく取得することができる。
本発明の第１実施形態に係る検査装置の構成図である。 図１の検査装置における光分割光学系を説明するための図である。 位相差を説明するための図である。 位相差のＩ軸及びＱ軸への投影を説明するための図である。 位相像（位相画像データ）から電流経路を推定する手順を説明するための図である。 位相像（位相画像データ）から電流経路を推定する手順を説明するための図である。 位相像（位相画像データ）から電流経路を推定する手順を説明するための図である。 位相像（位相画像データ）から電流経路を推定する手順を説明するための図である。 位相像（位相画像データ）から電流経路を推定する手順を説明するための図である。 仕上げ処理を説明するための図である。 仕上げ処理を説明するための図である。 仕上げ処理を説明するための図である。 変形例に係る検査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付し、重複する説明を省略する。
図１に示されるように、本実施形態に係る検査装置１は、計測対象物であって被検査デバイス（ＤＵＴ：Device Under Test）である半導体デバイスＤにおいて異常発生箇所を特定する等、半導体デバイスＤを検査するための装置である。より詳細には、検査装置１は、半導体デバイスＤに対して刺激信号を印加することにより半導体デバイスＤに生じる電流の経路を取得し、半導体デバイスＤにおける異常発生箇所の特定等を行う。
半導体デバイスＤとしては、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、電力用半導体素子（パワーデバイス）等がある。また、計測対象物は半導体デバイスＤだけでなく、例えばガラス面上に形成されたアモルファストランジスタ、ポリシリコントランジスタ、有機トランジスタ等のような薄膜トランジスタ（ＴＦＴ:Thin Film Transistor）や、半導体デバイスを含むパッケージ、更には複合基板であってもよい。
半導体デバイスＤには、デバイス制御ケーブルを介してテスタユニット１１（信号印加部）が電気的に接続されている。テスタユニット１１は、電源（図示せず）によって動作させられ、半導体デバイスＤに所定の変調電流信号（刺激信号）を印加する。半導体デバイスＤでは、当該変調電流信号に伴い変調磁場が発生する。変調磁場に応じた光信号が後述する光検出器２２に検出されることによって、特定の周波数における計測光を検出することが可能となる。なお、テスタユニット１１からの変調電流信号を半導体デバイスＤに印加しながら、検出周波数に応じた光を光源１３（後述）から発生させることによりロックイン検出を行うものであってもよく、この場合Ｓ／Ｎを向上させることができる。テスタユニット１１は、タイミング信号ケーブルを介して周波数解析部１２に電気的に接続されている。なお、刺激信号として変調電圧信号を印加してもよい。
検査装置１は、光源１３を備えている。光源１３は、電源（図示せず）によって動作させられ、後述するＭＯ結晶１８（磁気光学結晶）及び半導体デバイスＤに照射されるＣＷ光またはパルス光を発生し出力する。光源１３から出力される光は、インコヒーレント（非コヒーレント）な光でもよいし、レーザ光のようなコヒーレントな光であってもよい。インコヒーレントな光を出力する光源１３としては、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）やＡＳＥ（Amplified SpontaneousEmission）、ＬＥＤ（LightEmitting Diode）等を用いることができる。光源１３から出力される光がインコヒーレントな光である場合には、ＭＯ結晶１８における反射光と、半導体デバイスＤにおける反射光との間で生じる干渉ノイズを低減することができる。ＭＯ結晶１８における反射光には、ＭＯ結晶１８の光入射面における反射光、及びＭＯ結晶１８の光反射面における反射光の双方が含まれる。なお、ＭＯ結晶１８の光入射面における反射光の影響は、光入射面に反射防止加工を施すことにより低減される。
また、コヒーレントな光を出力する光源１３としては、固体レーザ光源や半導体レーザ光源等を用いることができる。光源１３から出力される光の波長は、５３０ｎｍ以上であり、好ましくは１０６４ｎｍ以上である。光源１３から出力された光は、偏光保存シングルモード光カプラ（図示せず）、及び、プローブ光用の偏光保存シングルモード光ファイバを介して光分割光学系１４に導かれる。光分割光学系１４の詳細については後述する。光源１３から光分割光学系１４に導かれた光は、更に光スキャナ１５及び対物レンズ１６を含む照射光学系に導かれる。照射光学系である光スキャナ１５及び対物レンズ１６は、光源１３から出力された光をＭＯ結晶１８に対して照射する。
光スキャナ１５は、ＭＯ結晶１８の光入射面上の照射スポットを走査する。より詳細には、光スキャナ１５は、後述するコンピュータ２４によって制御されることにより、照射スポットを走査する。光スキャナ１５は、例えばガルバノミラーやＭＥＭＳ（micro electro mechanical system）ミラー等の光走査素子によって構成されている。
対物レンズ１６は、光スキャナ１５によって導かれた光をＭＯ結晶１８に集光する。対物レンズ１６は、ターレット（不図示）等により、低倍率対物レンズと高倍率対物レンズとを切替可能に構成されている。低倍率対物レンズの倍率は例えば５倍であり、高倍率対物レンズの倍率は例えば５０倍である。対物レンズ１６には、対物レンズ駆動部１７が連結されている。対物レンズ駆動部１７が光源１３からの光の光軸方向ＯＤに移動することにより、対物レンズ１６の焦点位置を調整することができる。
ＭＯ結晶１８は、半導体デバイスＤに対向して配置される。ＭＯ結晶１８は、磁気光学効果により、半導体デバイスＤで発生した磁界に応じて屈折率が変化し、入力された光の偏光状態（偏光方向）を変化させる。例えば、半導体デバイスＤの故障時等において、半導体デバイスＤに変調電流信号が印加されると、故障個所に応じたリーク電流が流れる電流経路が発生する場合がある。この場合、リーク電流が流れる電流経路が発生した箇所はリーク電流が流れる電流経路が発生していない箇所とは異なる磁界となる。ＭＯ結晶１８は、このような磁界の変化に応じて、偏光方向が変化した反射光を出力する。当該反射光の偏光方向の相違は、後述する光検出器２２によって取得される光の強度の相違として表れる。ＭＯ結晶１８における反射光は、対物レンズ１６及び光スキャナ１５を介して光分割光学系１４に戻され、戻り光用の光ファイバを介して光検出器２２に導かれる。
ここで、ＭＯ結晶１８には、可とう性部材２１を介して、ＭＯ結晶１８を保持するホルダ１９が連結されている。可とう性部材２１は、例えばゴムやバネ等を含んで構成されたリング状の弾性部材である。また、可とう性部材２１は、形状が変形する部材であればよく、必ずしも弾性部材でなくてもよい。可とう性部材２１は、光軸方向ＯＤから見てＭＯ結晶１８の外縁の少なくとも一部を覆うように、ＭＯ結晶１８に固着されている。可とう性部材２１は、ＭＯ結晶１８の光入射面側に固着されている。また、ホルダ１９は、例えばリング状であって、光軸方向ＯＤから見て可とう性部材２１の外縁を覆うように、可とう性部材２１に固着されている。よって、可とう性部材２１は、一面がＭＯ結晶１８に固着され、他面がホルダ１９に固着されている。リング状の可とう性部材２１がＭＯ結晶１８の外縁を覆い、リング状のホルダ１９が可とう性部材２１の外縁を覆っているので、光軸方向ＯＤから見ると、ＭＯ結晶１８の光入射面上には、対物レンズ１６からの光が入力されるための開口が形成されている。ホルダ１９には、ホルダ駆動部２０が連結されている。
ホルダ駆動部２０は、光軸方向ＯＤに移動することにより、ホルダ１９を光軸方向ＯＤに移動させる。ホルダ駆動部２０が光軸方向ＯＤに移動することにより、ホルダ１９と半導体デバイスＤとの距離が縮められ、ＭＯ結晶１８が半導体デバイスＤに押し付けられる。つまり、ＭＯ結晶１８は、半導体デバイスＤに当接可能とされている。ＭＯ結晶１８への光照射は、ＭＯ結晶１８が半導体デバイスＤに当接した状態で行われる。なお、ＭＯ結晶１８への光照射は、半導体デバイスＤに当接した状態で行われることに限らず、ＭＯ結晶１８と半導体デバイスＤの間に所定の間隔を持った状態で行われてもよい。
ここで、ＭＯ結晶１８が半導体デバイスＤに当接する際、例えば、半導体デバイスＤが、光軸に直交する面に対して傾いた状態とされている場合がある。この場合において、ＭＯ結晶１８の光入射面が光軸に直交する面に対して傾きがない、又は、無視できる程度の傾き状態であるとすると、ＭＯ結晶は、その一部が他の部分に先行して半導体デバイスＤに当接することとなる。この状態において、対物レンズ駆動部１７が更に同一方向に移動すると、可とう性部材２１がたわみ、ＭＯ結晶１８の他の部分も半導体デバイスＤの傾斜に倣うようにして半導体デバイスＤに押圧されることとなる。なお、たわむとは、曲がったり、歪んだり、伸びたりすることによって、変形することをいう。すなわち、可とう性部材２１がたわむことによって、ＭＯ結晶１８の光入射面を光軸に直交する面に対して傾斜可能とされている。これにより、半導体デバイスＤとＭＯ結晶１８とを接した状態、又は近接した状態とすることができ、ＭＯ結晶１８を利用して、半導体デバイスＤで発生した磁場特性を適切に計測できる。なお、可とう性部材２１は、たわむことによってＭＯ結晶１８の光入射面を傾斜させる場合であっても、光軸に直交する面に対するＭＯ結晶１８の光入射面の傾き角度が、対物レンズ１６の開口角以下となるように、厚さ及び硬度等が選択されている。これにより、ＭＯ結晶１８で反射した光を対物レンズ１６において確実に検出することができる。
なお、対物レンズ駆動部１７とホルダ駆動部２０とは一体型の構成とされていてもよい。この場合、当該一体型の構成は、対物レンズ１６及びホルダ１９をそれぞれ個別に移動させる機構を有していてもよい。すなわち、対物レンズ１６及びホルダ１９を共に移動させる機構と切り離して、それぞれを個別に移動させる、例えばスライド機構を有していてもよい。ＭＯ結晶１８と半導体デバイスＤとが接触した後においては、焦点合わせなどのために対物レンズ１６を光軸方向ＯＤに移動させる必要がある。しかしながら、接触した後において対物レンズ１６及びホルダ１９を共に光軸方向ＯＤに移動させると、ＭＯ結晶１８及び半導体デバイスＤに過度な力が加わるおそれがある。この点、ＭＯ結晶１８と半導体デバイスＤとが接触した後に、対物レンズ１６の移動とホルダ１９の移動とを切り離すことにより、ＭＯ結晶１８に対して対物レンズ１６を相対的に移動させることができる。
光検出器２２は、照射された光に応じて、半導体デバイスＤに当接したＭＯ結晶１８における反射光を検出し、検出信号を出力する。光検出器２２は、例えば、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、光電子増倍管、又はエリアイメージセンサ等である。光検出器２２は、少なくとも１つの検出器を有しており、当該検出器に入力された光の強度を検出する。
ここで、光分割光学系１４について図２も参照しながら説明する。光分割光学系１４は、コリメータ１４１，１４６と、シャッタ１４２と、偏向ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳ：Polarization Beam Splitterと記載）１４３、ファラデーローテータ（以下、ＦＲ：Faraday Rotatorと記載）１４４と、を含んで構成されている。図２に示されるように、光源１３からの光が光スキャナ１５を介してＭＯ結晶１８に照射される際には、まず、光源１３からの光がコリメータ１４１を介してシャッタ１４２に入力される。シャッタ１４２は光のＯＮ／ＯＦＦを制御できるものであればよい。そして、シャッタ１４２から出力された光が、ＰＢＳ１４３に入力される。ＰＢＳ１４３は、偏光成分が０度の光を透過し９０度の光を反射するように設定されている。また、ＰＢＳ１４３は、シャッタ１４２からの光の偏光に合わせて設定されている。そのため、ＰＢＳ１４３はシャッタ１４２からの光を透過する。ＰＢＳ１４３を透過した偏光成分が０度の光は、入力光の偏光面を２２．５度傾ける（回転させる）ＦＲ１４４に入力され、その偏光成分が２２．５度となる。ＦＲ１４４を透過した光は、偏光成分が２２．５度の光として光スキャナ１５に入力される。当該光は、ＭＯ結晶１８に照射される。
ＭＯ結晶１８からの反射光は、半導体デバイスＤに印加される変調電流信号で発生した磁界（磁場強度）に比例したカー効果に応じて、偏光面が回転している。当該反射光は、ＦＲ１４４により偏光面を２２．５度傾けられ、ＰＢＳ１４３に入力される。当該反射光は、ＰＢＳ１４３によって偏光成分が９０度の光及び０度の光に分割される。偏光成分が９０度の光は、ＰＢＳ１４３にて反射しコリメータ１４６を介して光検出器２２の光検出器に入力される。このように、光検出器２２は、半導体デバイスＤで発生した磁界（磁場強度）に応じた偏光面の変化を、光強度として検出し、当該光強度に応じた強度（振幅）の検出信号をアンプ２３に出力する。なお、光分割光学系１４として、ＰＢＳ１４３が1つのみ備わっており、直交する直線偏光のうち偏光成分が９０度の光のみ検出する構成を説明したが、これに限定されない。すなわち、光分割光学系１４は、ＰＢＳ１４３及びＦＲ１４４の間に入力光の偏光面を４５度傾けるＦＲと、偏光成分が４５度の光を透過し１３５度の光を反射するようなＰＢＳと、コリメータとを更に備え、直交する直線偏光の双方、すなわち偏光成分が９０度の光及び０度の光を捉えて差動検出する構成であってもよい。また、光の利用効率は落ちるが、光分割光学系１４は、ハーフミラーを備えていてもよい。
図１に戻り、アンプ２３は、光検出器２２によって出力された検出信号を増幅して出力する。当該増幅後の検出信号は、周波数解析部１２に入力される。周波数解析部１２としては、ロックインアンプやスペクトラムアナライザ、クロス・ドメイン・アナライザ（登録商標）等が用いられる。周波数解析部１２は、増幅後の検出信号における計測周波数成分を抽出する。計測周波数は、例えば半導体デバイスＤに印加される変調電流信号の変調周波数に基づいて設定される。また、周波数解析部１２は、半導体デバイスＤに印加される変調電流信号と周期が同じ参照信号を取得する。当該参照信号は、例えば、テスタユニット１１から出力されて周波数解析部１２に入力される。
周波数解析部１２は、計測周波数成分を抽出した検出信号と、取得した参照信号との位相差を導出する。上述したように、検出信号の振幅は、半導体デバイスＤで発生した磁界（磁場強度）に応じて変化する。そして、振幅と位相との間には相関関係がある。そのため、周波数解析部１２は、検出信号の振幅に基づいて、検出信号と参照信号との位相差を特定することができる。ここで、電流経路箇所の反射光に係る検出信号と参照信号との位相差は、特定の値となる。具体的には、当該特定の値は、実質的に、電流に応じて発生した磁場がＭＯ結晶１８を貫く方向の正負に応じた、２値のいずれかとなる。図３に示されるように、参照信号は、周波数解析部１２により刺激信号と同じ周期とされる。また、電流経路箇所の検出信号と参照信号との位相差（以下、電流位相差と記載する場合がある）は、複数周期に亘って一定となる。具体的には、電流位相差は、参照信号と刺激信号との位相差θ１と、刺激信号と検出信号との位相差θ２とを加算した値となる。位相差θ１は、参照信号を生成する周波数解析部１２の設定によって変化させることができる。電流位相差をより簡易に求めるべく、参照信号の位相と刺激信号の位相とが等しくされ、位相差θ１が０とされることが好ましい。位相差θ２は、電流に応じて発生した磁場がＭＯ結晶を貫く方向の正負に応じて、１８０度（π）異なる２値のいずれかとなる。すなわち、磁場方向が正である電流経路箇所の検出信号と刺激信号との位相差θ２と、磁場方向が負である電流経路箇所の検出信号と刺激信号との位相差θ２とは、１８０度（π）異なっている。一方で、半導体デバイスＤにおける電流経路箇所以外の検出信号と参照信号との位相差は、特定の値とならず、ランダムな値となる。よって、位相差が特定の２値であるか否かに基づいて、電流経路であるか否かを推定（取得）することができる（詳細は後述）。周波数解析部１２は、特定した位相差を示す情報を含んだ解析信号をコンピュータ２４（解析部、電流経路画像生成部）に出力する。
コンピュータ２４は例えばＰＣ等である。コンピュータ２４には、ユーザから計測条件等が入力されるキーボードやマウス等の入力装置２６と、ユーザに計測結果等を示すためのディスプレイ等の表示装置２５とが接続されている。コンピュータ２４は、光源１３、光スキャナ１５、対物レンズ駆動部１７、テスタユニット１１、光検出器２２、及び周波数解析部１２等を制御する機能を有している。また、コンピュータ２４は、周波数解析部１２から出力された解析信号に基づいて、半導体デバイスＤにおける電流経路を推定（取得）する。具体的には、コンピュータ２４は、解析信号に含まれた、参照信号と検出信号との位相差に基づいて、位相差を示す位相成分を含んだ位相画像データを生成する。更に、コンピュータ２４は、当該位相画像データに基づいて電流の経路を示す画像（電流経路画像）を生成することにより、電流経路を推定する。
コンピュータ２４は、まず、解析信号に含まれた位相差（位相成分）、及びＭＯ結晶１８の光入射面上の照射スポットの情報に基づいて、照射スポット毎に位相成分をマッピングし、位相像を生成する。位相像とは、位相差を、位相差に応じた所定の輝度値でマッピングした画像（位相画像）である。位相差と輝度値との対応関係は、例えば位相差が−πである場合に輝度値が０a.u.とされ、位相差が０である場合に輝度値が１６０００a.u.とされ、位相差が＋πである場合に輝度値が３２０００a.u.とされる。コンピュータ２４は、各照射スポットに対応する位相成分が含まれた位相画像データを生成する。位相画像データにおいては、各照射スポットの位置を考慮した画像中の位置に、各照射スポットに対応する位相成分がマッピングされている。
コンピュータ２４は、生成した位相画像データに基づいて、位相成分の統計値を示す統計値画像データを生成し、当該統計値画像データに基づいて電流経路画像を生成する。統計値とは、例えば分散、歪度、尖度等である。位相画像データにおいては、電流経路箇所以外の輝度値はランダムな値であるのに対し、電流経路箇所の輝度値は特定の２値となる。すなわち、電流経路箇所では輝度値が偏り、電流経路箇所以外では輝度値がばらつくこととなる。このため、位相成分の統計値である分散、歪度、及び尖度等を算出すると、電流経路箇所と電流経路箇所以外との差異を明確化することができる。よって、コンピュータ２４は、位相画像データに基づいて位相成分の統計値を算出する。なお、以下では、コンピュータ２４が、統計値として歪度を算出する例を説明する。
位相成分の歪度を算出するためには、位相画像データ中における所定のエリア（所定のエリア中の所定数の画素）の平均輝度値を求める必要がある（詳細は後述）。ここで、位相差が−πである場合と＋πである場合とは、位相差としては互いに連続的な値であるものの、位相像として示した場合には、輝度値が大きく異なる値となる。すなわち、位相差が−πである場合には輝度値が０a.u.とされ、位相差が＋πである場合に輝度値が３２０００a.u.とされる。このように、位相差として近い値であるにもかかわらず、輝度値が大きく異なる値となる場合があるため、単に位相成分から平均輝度値を求めた場合には、実際の位相差に応じた位相成分の歪度を算出することができない場合がある。そこで、コンピュータ２４は、位相成分に含まれる同位相成分（余弦成分、Ｉ軸成分）を示すＩ軸画像（余弦画像データ）と直交位相成分（正弦成分、Ｑ軸成分）を示すＱ軸画像（正弦画像データ）とを生成する。すなわち、図４に示されるように、位相差θをＩ軸（ｃｏｓ軸）とＱ軸（ｓｉｎ軸）に射影したＩ軸画像とＱ軸画像を生成する。位相差θをＩ軸又はＱ軸に射影するとは、位相差θ及び強度成分（振幅）ｒからＩ軸成分及びＱ軸成分を求めることをいう。なお、強度成分ｒとしては、例えば規格化された定数１を用いてもよいし、実際に検出された振幅の値を用いてもよい。コンピュータ２４は、Ｉ軸画像及びＱ軸画像のそれぞれについて、統計値画像データを生成し、電流経路画像を生成する。
位相画像データから電流経路を推定する手順について、図５〜図９を参照しながら説明する。図５（ａ）には、位相画像データに基づいて作成された位相画像が示されている。詳細すると、図５（ａ）の位相画像は、各照射スポットに対応する位相成分を輝度値としてマッピングした画像である。コンピュータ２４は、当該位相画像データの画素毎（すなわち、取得した各照射スポットの輝度値（位相成分）毎）に、位相成分のＩ軸成分及びＱ軸成分を求め、Ｉ軸画像（図５（ｂ））及びＱ軸画像（図５（ｃ））を生成する。更に、コンピュータ２４は、図６（ａ）及び（ｂ）に示されるように、Ｉ軸画像の画素毎に、各画素の近傍の画素の輝度値を平均した平均輝度値を算出し、各画素の平均輝度値をマッピングしたＩ軸平均画像を生成する。同様に、コンピュータ２４は、図６（ｃ）及び（ｄ）に示されるように、Ｑ軸画像の画素毎に、各画素の近傍の画素の輝度値を平均した平均輝度値を算出し、各画素の平均輝度値をマッピングしたＱ軸平均画像を生成する。各画素の近傍の画素とは、各画素を中心とした微小領域のエリアに含まれる画素であり、例えば各画素を中心とした９×９画素に含まれる画素である。なお、微小領域のエリアは９×９画素に限定されず、任意のｎ×ｎ画素（ｎは２以上の整数）であってもよい。この場合、ｎが奇数にされることによって、平均輝度値を求めたい画素を中心とすることができるがこれに限定されず、ｎが偶数であってもよい。
更に、コンピュータ２４は、Ｉ軸画像に基づいてＩ軸成分の統計値を示すＩ軸統計値画像データを生成するとともに、Ｑ軸画像に基づいてＱ軸成分の統計値を示すＱ軸統計値画像データを生成し、Ｉ軸統計値画像データ及びＱ軸統計値画像データに基づいて、電流経路画像を生成する。具体的には、図７に示されるように、Ｉ軸画像及びＩ軸平均画像から、各画素の歪度を算出し、各画素の歪度がマッピングされたＩ軸歪度画像（Ｉ軸統計値画像データ）を生成する。同様に、コンピュータ２４は、図８に示されるように、Ｑ軸画像及びＱ軸平均画像から、各画素の歪度を算出し、各画素の歪度がマッピングされたＱ軸歪度画像（Ｑ軸統計値画像データ）を生成する。例えば各画素の歪度を算出する手順として、I（Ｑ）軸画像の微小領域のエリアに含まれる画素の輝度値と、I（Ｑ）軸画像の微小領域の中心画素に対応するI（Ｑ）軸平均画像の平均輝度値から歪度を算出してもよい。
最後に、コンピュータ２４は、図９に示されるように、Ｉ軸歪度画像及びＱ軸歪度画像から、歪度画像（図９（ｃ））を生成する。当該歪度画像が、電流経路画像である。なお、当該歪度画像が生成されることなく、Ｉ軸歪度画像及びＱ軸歪度画像のみが生成され、当該Ｉ軸歪度画像及びＱ軸歪度画像から電流の経路が推定されてもよい。この場合、当該Ｉ軸歪度画像及びＱ軸歪度画像が電流経路画像である。具体的には、コンピュータ２４は、Ｉ軸歪度画像及びＱ軸歪度画像を乗算することにより、歪度画像を生成する。Ｉ軸歪度画像及びＱ軸歪度画像を乗算するとは、以下の（１）式に示されるように、Ｉ軸歪度画像の各画素の輝度値istatと、当該各画素に対応するＱ軸歪度画像の各画素の輝度値qstatとを乗算することをいう。
なお、コンピュータ２４は、Ｉ軸歪度画像及びＱ軸歪度画像を加算することにより、歪度画像を生成してもよい。Ｉ軸歪度画像及びＱ軸歪度画像を加算するとは、以下の（２）式に示されるように、Ｉ軸歪度画像の各画素の輝度値istatと、当該各画素に対応するＱ軸歪度画像の各画素の輝度値qstatとを加算することをいう。
また、コンピュータ２４は、Ｉ軸歪度画像及びＱ軸歪度画像の二乗和平方根を算出することにより、歪度画像を生成してもよい。Ｉ軸歪度画像及びＱ軸歪度画像の二乗和平方根を算出するとは、以下の（３）式に示されるように、Ｉ軸歪度画像の各画素の輝度値istatと、当該各画素に対応するＱ軸歪度画像の各画素の輝度値qstatとの二乗和平方根を算出することをいう。さらにｘが正（ｘ＞０）ならば＋１を、ｘが負（ｘ＜０）ならば−１を、ｘ＝０ならば０を返す符号関数ｓｇｎ（ｘ）を用いて、以下の（４）式に示されるような場合も二乗和平方根を算出することしてもよい。

コンピュータ２４は、電流経路画像（すなわち、歪度画像、又はＩ軸歪度画像及びＱ軸歪度画像）に対して、適宜、シェーディング除去、２値化、画像中のごみの除去、平滑化、及び細線化等の仕上げ処理を行うことにより、計測者の視認性を向上し、より好適に電流経路を推定できるようにしてもよい。コンピュータ２４による仕上げ処理について、図１０〜図１２も参照しながら説明する。
シェーディング除去とは、輝度ムラのある画像から輝度ムラを低減する処理である。図９（ｃ）に示されるように、シェーディング除去前の電流経路画像は、エッジ近傍の画素の輝度値が小さくなり（輝度の落ち込みが生じ）、輝度ムラが生じる場合がある。この場合、２値化した際に電流経路と他の部分とが明確に区別し難くなってしまう。そこで、コンピュータ２４は、各画素の近傍（例えば、各画素を中心としたｎ×ｎ画素）に含まれる画素のうち輝度値が最小である画素の輝度値を所定値だけ高くする。これにより、図１０（ａ）に示されるように、シェーディング除去前と比較して電流経路画像の輝度ムラが低減される。
２値化とは、様々な輝度の画像（濃淡画像）から白と黒の２階調に変換された２値画像を得るための処理である。２値化を行うことによって、電流経路のコントラストを向上させることができる。コンピュータ２４は、各画素を所定の閾値と比較し、閾値を上回っている画素を白色、下回っている画素を黒色で表示する。コンピュータ２４は、例えば、各画素の輝度値のうち最小値と最大値を導出し、当該最小値から最大値の範囲を１００％として４５％の輝度値を上述した所定の閾値とする。２値化により、図１０（ｂ）に示される２値画像が生成される。
画像中のごみの除去とは、電流経路とは考え難い微小面積のエリアを除去する処理であり、電流経路の推定において不要な部分を除去する処理である。コンピュータ２４は、周知の境界追跡アルゴリズムによって、例えば白く表示された画素のかたまり（エリア）を複数認識する。そして、コンピュータ２４は、各エリアのうち、幅と高さが一定値以下のエリアである微小サイズのエリアを画像中のごみとして認識し、当該画像中のごみを除去する（図１１（ａ））。
コンピュータ２４は、ごみを除去した画像を平滑化する（図１１（ｂ））。平滑化を行うフィルタとしては、例えば空間フィルタ等の平滑化フィルタを用いることができる。コンピュータ２４は、平滑化を行った画像の各画素を、再び所定の閾値と比較し２値化を行う。コンピュータ２４は、例えば、各画素の輝度値のうち最小値と最大値を導出し、当該最小値から最大値の範囲を１００％として５０％の輝度値を上述した所定の閾値とする。このように再度２値化を行うことにより、図１２（ａ）に示される２値画像が生成される。
更に、コンピュータ２４は、再度の２値化により生成された２値画像を細線化する（図１２（ｂ））。細線化とは、２値画像を例えば幅１ピクセルの線画像に変換する処理である。細線化によって電流経路と思われるラインが細くされる。細線化は、周知の細線化アルゴリズムによって行われる。なお、ごみの除去が完了した画像（図１１（ａ））に対して、上述した平滑化及び再度の２値化を行うことなく、細線化の処理を行ってもよい。ただし、上述した平滑化及び再度の２値化を行うことによって線分の滑らかさが向上する。
次に本実施形態に係る検査装置１の作用効果について説明する。
従来、光プロービング技術において、検出した反射光の振幅を示す振幅（強度）像に基づいて、計測対象物の電流経路を取得し、計測対象物の故障箇所を特定する技術がある。しかしながら、反射光の振幅は、磁気光学結晶の厚さのムラ及び磁気光学結晶の傷などのノイズ成分の影響によって変化しやすい。そのため振幅像のＳＮ比は悪化しやすい。これにより、振幅像から電流経路を取得する方法では、電流経路を精度よく取得することができない場合がある。
この点、検査装置１では、刺激信号に基づく参照信号と検出信号との位相差に基づく位相画像データから、電流の経路を示す画像が生成されている。例えば半導体デバイスＤにテスタユニット１１から刺激信号が印加されると、半導体デバイスＤの電流経路に電流が流れ、当該電流に応じた磁場が発生する。ＭＯ結晶１８は、半導体デバイスＤの磁場に応じて反射光の偏光状態を変化させる。そのため、半導体デバイスＤにおける電流経路の反射光の偏光状態と、その他の箇所（電流が流れない箇所）の反射光の偏光状態とは異なる。よって、電流経路の反射光に係る検出信号と、その他の箇所の反射光に係る検出信号とで、参照信号との位相差が異なる。
ここで、電流経路の反射光に係る検出信号と参照信号との位相差は、特定の値となる。具体的には、当該特定の値は、実質的に、電流に応じて発生した磁場がＭＯ結晶１８を貫く方向の正負に応じた２値のいずれかとなる。一方で、その他の箇所の反射光に係る検出信号と参照信号との位相差は、特定の値とはならずランダムな値となる。このため、位相差に基づく位相画像データには、位相差が特定の２値のいずれかである箇所と、ランダムな値である箇所とが含まれる。よって、当該位相画像データに基づいて生成される電流経路画像には、電流の経路を示す箇所すなわち位相差が特定の２値のいずれかである箇所と、電流の経路でない箇所すなわち位相差がランダムな値である箇所とが明確に示され、電流の経路を精度よく取得することができる。このような位相差の情報は、ＭＯ結晶１８の厚さのムラ及びＭＯ結晶１８の傷などのノイズ成分の影響によって変化しにくい。また、電流の経路を示す箇所の位相差は特定の２値のいずれかとされるので、電流経路の特定が容易であり、特定精度が向上する。以上より、振幅像に応じて電流経路を取得する場合と比較して、電流経路を精度よく取得することができる。
また、コンピュータ２４は、上記位相画像データに基づいて位相成分の統計値を示す統計値画像データを生成し、当該統計値画像データに基づいて電流経路画像を生成する。具体的には、コンピュータ２４は、統計値として分散、歪度、及び尖度のうちいずれか１つを算出する。位相画像データにおいては、電流経路箇所以外の輝度値はランダムな値であるのに対し、電流経路箇所の輝度値は特定の２値となる。すなわち、電流経路箇所では輝度値が偏り、電流経路箇所以外では輝度値がばらつくこととなる。このため、位相成分の統計値である分散、歪度、及び尖度等を算出すると、電流経路箇所と電流経路箇所以外との差異を明確化することができる。これにより、電流経路を精度よく取得することができる。
また、コンピュータ２４は、位相成分及び振幅成分における、同位相成分（余弦成分、Ｉ軸成分）を示すＩ軸画像（余弦画像データ）と直交位相成分（正弦成分、Ｑ軸成分）を示すＱ軸画像（正弦画像データ）とを生成し、当該Ｉ軸画像及びＱ軸画像に基づいて電流経路画像を生成する。位相差が-πである場合と+πである場合とは、実際には互いに連続的につながった値であるものの、位相像として示した場合には互いに輝度値が遠い値となる。この点、位相成分の正弦成分又は余弦成分を示した画像データでは、互いに連続的につながっている位相差に係る位相成分の輝度値を互いに近い値とすることができる。これにより、位相画像データに基づいて、電流経路を精度よく取得することができる。更に、正弦成分及び余弦成分の双方の画像データを生成しているので、いずれか一方のみの場合と比較して電流の経路を示す画像を生成するための情報量を増やすことができる。これによって、電流経路をより精度よく取得することができる。
また、コンピュータ２４は、Ｉ軸画像及びＱ軸画像に対して、加算、乗算、及び二乗和平方根のいずれか１つの演算を行う。これらの演算を行うことにより、Ｉ軸画像及びＱ軸画像の双方のデータを相乗的に用いて、電流経路画像を適切に生成することができる。
また、コンピュータ２４は、正弦画像データに基づいて、正弦成分（直交位相成分）の統計値を示す正弦統計値画像データを生成し、また、余弦画像データに基づいて、余弦成分（同位相）の統計値を示す余弦統計値画像データを生成して、正弦統計値画像データ及び余弦統計値画像データに基づいて電流経路画像を生成する。これによって、電流経路をより精度よく取得することができる。
また、参照信号が、半導体デバイスＤに刺激信号を印加するテスタユニット１１から出力されるので、刺激信号に基づく参照信号を容易且つ確実に出力することができる。なお、参照信号は、刺激信号と位相及び周期が等しい信号であることが好ましい。これにより、参照信号と検出信号との位相差を求めれば、刺激信号と検出信号との位相差を求めることができ、位相差の導出が容易になる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、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、参照信号はテスタユニット１１から出力されるとして説明したがこれに限定されず、半導体デバイスＤから出力されてもよい。この場合、図１３に示される検査装置１Ａのように、半導体デバイスＤは、デバイス制御ケーブルを介して周波数解析部１２に直接接続されていてもよい。また、参照信号は半導体デバイスＤからテスタユニット１１を経由して周波数解析部１２に入力されてもよい。刺激信号を印加された半導体デバイスＤから、当該刺激信号に応じた参照信号が出力され、当該参照信号が周波数解析部１２に入力される。
また、コンピュータ２４は、歪度等の統計値を算出して電流経路画像を生成するとして説明したがこれに限定されず、位相成分をマッピングした位相画像や正弦成分をマッピングした正弦画像、余弦成分をマッピングした余弦画像、正弦画像と余弦画像から生成されるＩ／Ｑ画像、位相成分の統計値をマッピングした統計値画像等を電流経路画像として生成してもよい。
また、コンピュータ２４は、電流経路画像を生成するために用いる統計値として、分散、歪度、及び尖度を例示したがこれに限定されず、電流経路箇所と電流経路箇所以外との輝度値のばらつき度合いの違いを明確化するその他の統計値を用いてもよい。
１…検査装置、１１…テスタユニット（信号印加部）、１２…周波数解析部、１３…光源、１５…光スキャナ（照射光学系）、１８…ＭＯ結晶（磁気光学結晶）、２２…光検出器、２４…コンピュータ（解析部、電流経路画像生成部）。

Claims (14)

  1. 半導体デバイスに対して刺激信号を印加することにより前記半導体デバイスに生じる電流の経路を取得する検査方法であって、
    前記半導体デバイスに刺激信号を印加するステップと、
    前記半導体デバイスに対向して配置された磁気光学結晶に対して光を照射するステップと、
    照射された前記光に応じて前記磁気光学結晶から反射された光を検出し、検出信号を出力するステップと、
    前記刺激信号に基づいて生成される参照信号と前記検出信号との位相差に基づいて、前記位相差を示す位相成分を含んだ位相画像データを生成するステップと、
    前記位相画像データに基づいて、前記電流の経路を示す画像を生成するステップと、を含み、
    前記電流の経路を示す画像を生成するステップは、前記位相画像データに基づいて、前記位相成分の統計値を示す統計値画像データを生成するステップを含み、前記統計値画像データに基づいて前記電流の経路を示す画像を生成する、検査方法。
  2. 前記電流の経路を示す画像を生成するステップは、前記位相画像データに基づいて、正弦成分を示す正弦画像データ、及び、余弦成分を示す余弦画像データを生成するステップを含み、前記正弦画像データ及び前記余弦画像データに基づいて、前記電流の経路を示す画像を生成する、請求項１記載の検査方法。
  3. 前記電流の経路を示す画像を生成するステップは、前記正弦画像データ及び前記余弦画像データに対して、加算、乗算、及び二乗和平方根のいずれか１つの演算を行うステップを含む、請求項２記載の検査方法。
  4. 前記電流の経路を示す画像を生成するステップは、前記正弦画像データに基づいて、前記正弦成分の統計値を示す正弦統計値画像データを生成するステップと、前記余弦画像データに基づいて、前記余弦成分の統計値を示す余弦統計値画像データを生成するステップと、を含み、前記正弦統計値画像データ及び前記余弦統計値画像データに基づいて前記電流の経路を示す画像を生成する、請求項２または請求項３記載の検査方法。
  5. 前記統計値は、分散、歪度、及び尖度のうちいずれか1つである、請求項１〜４のいずれか一項記載の検査方法。
  6. 前記参照信号は、前記刺激信号と位相及び周期が等しい信号である、請求項１〜５のいずれか一項記載の検査方法。
  7. 半導体デバイスに対して刺激信号を印加することにより前記半導体デバイスに生じる電流の経路を取得する検査装置であって、
    前記半導体デバイスに刺激信号を印加する信号印加部と、
    前記半導体デバイスに対向して配置される磁気光学結晶と、
    光を出力する光源と、
    前記光源から出力された光を前記磁気光学結晶に対して照射する照射光学系と、
    前記照射光学系に照射された光に応じて前記磁気光学結晶から反射された光を検出し、検出信号を出力する光検出器と、
    前記刺激信号に基づいて生成される参照信号と前記検出信号との位相差に基づいて、前記位相差を示す位相成分を含んだ位相画像データを生成する解析部と、
    前記位相画像データに基づいて、前記電流の経路を示す画像を生成する、電流経路画像生成部と、を備え、
    前記電流経路画像生成部は、前記位相画像データに基づいて、前記位相成分の統計値を示す統計値画像データを生成し、前記統計値画像データに基づいて前記電流の経路を示す画像を生成する検査装置。
  8. 前記電流経路画像生成部は、前記位相画像データに基づいて、正弦成分を示す正弦画像データ、及び、余弦成分を示す余弦画像データを生成し、前記正弦画像データ及び前記余弦画像データに基づいて、前記電流の経路を示す画像を生成する、請求項７記載の検査装置。
  9. 前記電流経路画像生成部は、前記正弦画像データ及び前記余弦画像データに対して、加算、乗算、及び二乗和平方根のいずれか１つの演算を行う、請求項８記載の検査装置。
  10. 前記電流経路画像生成部は、前記正弦画像データに基づいて、前記正弦成分の統計値を示す正弦統計値画像データを生成し、前記余弦画像データに基づいて、前記余弦成分の統計値を示す余弦統計値画像データを生成し、前記正弦統計値画像データ及び前記余弦統計値画像データに基づいて前記電流の経路を示す画像を生成する、請求項８又は９記載の検査装置。
  11. 前記統計値は、分散、歪度、及び尖度のうちいずれか1つである、請求項７〜１０のいずれか一項記載の検査装置。
  12. 前記参照信号は、前記信号印加部から出力される、請求項７〜１１のいずれか一項記載の検査装置。
  13. 前記参照信号は、前記半導体デバイスから出力される、請求項７〜１１のいずれか一項記載の検査装置。
  14. 前記参照信号は、前記刺激信号と位相及び周期が等しい信号である、請求項７〜１３のいずれか一項記載の検査装置。
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