JP2003232749A

JP2003232749A - 半導体デバイス故障解析装置

Info

Publication number: JP2003232749A
Application number: JP2002030036A
Authority: JP
Inventors: Shinjiro Matsui; 信二郎松井; Hirotoshi Terada; 浩敏寺田; Shigehisa Oguri; 茂久小栗
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2002-02-06
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2003-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】本発明の半導体デバイス故障解析装置１
ａは、波長可変の光を用いて半導体デバイス７を裏面側
から落射照明し、反射光像を撮像する。異なる波長の照
明光を用いて反射光像のコントラストを繰り返し測定
し、反射光像のコントラストを最大にする波長を求め
る。この波長選択はコンピュータ４ａが自動的に行う。
コンピュータ４ａは、この波長の照明光を用いて撮像装
置３ａに反射光像を撮像させ、撮像データを用いてパタ
ーン像データを生成する。反射光像のコントラストに基
づいて最適な照明光波長を決定するので、鮮明なパター
ン像を取得できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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）。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図７】自動波長調節の流れを示すフローチャートであ
る。

【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。

【図９】半導体の透過特性を示すグラフである。

【符号の説明】

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。

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】波長可変光源を有する落射照明手段と、前記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、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。
【請求項２】前記半導体デバイスの撮像距離を定める
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。
【請求項３】前記落射照明手段は、可変光量の落射照
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。
【請求項４】前記コントラストを評価する指標は、ヒ
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。
【請求項５】前記コントラストを評価する指標は、前
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。
【請求項６】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、前記落射照明装置および前記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。
【請求項７】半導体デバイスを載せて撮像距離を変更
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。