KR20170110582A - 검사 장치 및 검사 방법 - Google Patents

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Abstract

검사 장치는 레이저 광원과, 레이저광을 메탈층 측으로부터 반도체 디바이스에 조사하는 레이저 마킹용 광학계와, 레이저 광원을 제어함으로써, 레이저 마킹을 제어하는 제어부와, 기판 측에 있어서, 반도체 디바이스로부터의 광을 검출하여 광학 반사상을 출력하는 2차원 카메라와, 반도체 디바이스의 패턴 화상을 생성하는 해석부를 구비하고, 제어부는, 마크 이미지가 패턴 화상에 나타날 때까지 레이저 마킹이 행해지도록, 레이저 광원을 제어한다.

Description

검사 장치 및 검사 방법{INSPECTION DEVICE AND INSPECTION METHOD}
본 발명의 일 측면은 반도체 디바이스의 검사 장치 및 검사 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스를 검사하는 기술로서, 고장 지점이 특정된 경우에, 고장 지점의 주위 몇 군데에 대해서, 레이저광의 조사에 의한 마킹을 행하는 기술이 있다. 이러한 기술은 고장 해석에 있어서의 후공정에서, 마킹에 의해서 고장 지점을 용이하게 파악할 수 있기 때문에, 매우 유효한 기술이다.
예를 들면 특허문헌 1에는 기판 및 기판 상의 메탈층으로부터 형성된 반도체 디바이스에 대해서, OBIC(Optical Beam Induced Current) 계측에 의해 고장 지점을 검출하고, 해당 고장 지점의 주위를 레이저 마킹하는 기술이 개시되어 있다. 보다 상세하게는, 특허문헌 1에는 기판 측으로부터 레이저광을 조사하여 OBIC 계측을 행한 후에, 반도체 디바이스의 메탈층 측에 배치된 레이저 마킹 광학계에 의해서, 고장 지점의 주위를 레이저 마킹하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 1에서는 기판 측으로부터 레이저 마킹이 행해진 경우에 반도체 디바이스가 파손되어 버리는 것을 억제하도록, 메탈층 측으로부터 레이저 마킹을 행하고 있다.
일본국 특개 2002-340990호 공보
여기서, 특허문헌 1에서는 미리 기판 측의 계측 광학계 및 메탈층 측의 레이저 마킹 광학계의 레이저 빔의 광축을 일치시키고 있지만, 레이저 마킹 광학계를 이동시키는 스테이지의 이동 정밀도 및 진동 등에 기인하여, 마킹이 고장 지점의 위치에 대해서 원하는 위치에 행해지지 않는 경우가 있다. 고장 해석에 있어서의 후공정에서는, 마킹 위치에 기초하여 고장 지점의 위치가 파악되어, 반도체 디바이스의 절단 등의 처리가 행해지기 때문에, 마킹이 고장 지점의 위치에 대해서 원하는 위치에 행해지지 않는 것은 큰 문제가 된다.
이에, 본 발명의 일 측면은 반도체 디바이스의 메탈층 측으로부터 레이저 마킹을 행하는 경우에서도, 기판 측으로부터 마킹 위치를 관찰 가능하게 함으로써, 고장 지점의 위치에 대한 마킹 위치를 정확하게 파악할 수 있는 검사 장치 및 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 검사 장치는, 기판 상에 메탈층이 형성된 반도체 디바이스에 레이저 마킹을 행하는 장치로서, 레이저광을 출력하는 제1 광원과, 제1 광원이 출력한 레이저광을, 메탈층 측으로부터 반도체 디바이스에 조사하는 레이저 마킹용 광학계와, 레이저 마킹을 제어하는 마킹 제어부와, 반도체 디바이스의 기판 측에 배치되어, 반도체 디바이스로부터의 광을 전달하는 관찰용 광학계와, 관찰용 광학계를 통해서 반도체 디바이스로부터의 광을 검출하여 검출 신호를 출력하는 광 검출기와, 검출 신호에 기초하여 반도체 디바이스의 패턴 화상을 생성하는 화상 처리부를 구비한다. 마킹 제어부는 레이저 마킹에 의해서 형성되는 마크 이미지가 패턴 화상에 나타날 때까지 레이저 마킹이 행해지도록, 레이저광의 조사를 제어한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 검사 방법은, 기판 상에 메탈층이 형성된 반도체 디바이스에 레이저 마킹을 행하는 방법으로서, 메탈층 측으로부터 반도체 디바이스에 레이저광을 조사하여 레이저 마킹을 행하는 스텝과, 반도체 디바이스의 기판 측에 배치된 관찰용 광학계를 이용하여, 반도체 디바이스로부터의 광을 광 검출기로 유도하는 스텝과, 반도체 디바이스로부터의 광에 따라 광 검출기로부터 출력된 검출 신호에 기초하여, 반도체 디바이스의 패턴 화상을 생성하는 스텝을 포함한다. 레이저 마킹을 행하는 스텝에서는 레이저 마킹에 의해서 형성되는 마크 이미지가 패턴 화상에 나타날 때까지, 레이저광의 조사가 실행된다.
본 검사 장치 및 검사 방법에서는, 반도체 디바이스의 메탈층 측으로부터 레이저광이 조사된다. 또한, 반도체 디바이스의 기판 측에 배치된 관찰용 광학계를 이용하여, 반도체 디바이스로부터의 광이 검출되고, 해당 검출에 관련되는 검출 신호로부터 반도체 디바이스의 패턴 화상이 생성된다. 그리고, 패턴 화상에, 레이저 마킹에 의해서 형성되는 마크 이미지가 나타날 때까지, 레이저 마킹이 실행된다. 이와 같이, 기판 측에 있어서 검출된 반도체 디바이스로부터의 광에 따른 패턴 화상에 마크 이미지가 나타날 때까지 레이저 마킹이 행해지므로, 기판 측으로부터도 마킹 위치를 확인하는 것이 가능해진다. 또한, 패턴 화상에 마크 이미지가 나타날 때까지 레이저 마킹이 행해지므로, 패턴 화상을 확인함으로써, 고장 지점의 위치에 대한 마킹 위치를 정확하게 파악할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 검사 장치에 있어서, 마킹 제어부는 레이저광이 메탈층을 관통할 때까지 레이저 마킹이 행해지도록, 레이저광의 조사를 제어해도 된다. 또한, 본 발명의 일 측면에 따른 검사 방법에 있어서, 레이저 마킹을 행하는 스텝은, 레이저광이 메탈층을 관통할 때까지 레이저 마킹을 행하는 것을 포함해도 된다. 이것에 의해, 예를 들면 고장 해석에 있어서의 후공정 즉 레이저 마킹 후에 있어서, 메탈층을 깎아 내서 고장 지점을 해석하는 경우여도, 확실히 마킹 위치를 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 검사 장치에 있어서, 화상 처리부는 레이저광에 의한 레이저 마킹이 행해지고 있는 동안에 패턴 화상을 생성해도 된다. 또한, 본 발명의 일 측면에 따른 검사 방법에 있어서, 패턴 화상을 생성하는 스텝은 레이저 마킹이 행해지고 있는 동안에 패턴 화상을 생성하는 것을 포함해도 된다. 이것에 의해, 레이저 마킹을 행하면서 마크 이미지의 형성을 확인할 수 있고, 패턴 화상에 의해 마킹 위치가 파악 가능할 때까지 레이저 마킹을 실행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 검사 장치에 있어서, 조명광을 출력하는 제2 광원을 더 구비하고, 광 검출기는 관찰용 광학계를 통해서 반도체 디바이스에 있어서 반사된 해당 조명광을 촬상하는 2차원 카메라여도 된다. 이것에 의해, 반도체 디바이스로부터의 발광 등을 검출하기 위한 광학계나 광 검출기를 이용하여, 반도체 디바이스의 패턴 화상을 취득할 수 있으므로, 패턴 화상에 있어서 고장 지점의 위치에 대한 마킹 위치를 정확하게 파악할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 검사 장치에 있어서, 광 검출기는 반도체 디바이스로부터의 열선을 촬상하는 적외선 카메라여도 된다. 적외선 카메라를 가지는 것에 의해, 발열 계측 등, 반도체 디바이스로부터의 열선을 검출하기 위한 광 검출기를 이용하여, 반도체 디바이스의 패턴 화상을 취득할 수 있으므로, 패턴 화상에 있어서 고장 지점의 위치에 대한 마킹 위치를 정확하게 파악할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 검사 장치에 있어서, 광을 출력하는 제2 광원을 더 구비한다. 관찰용 광학계는 광 주사부를 가지며, 제2 광원으로부터 출력된 광을 기판 측으로부터 반도체 디바이스에 주사하는 것과 함께, 해당 주사된 광에 따라 반도체 디바이스로부터 반사된 광을 광 검출기에 전달해도 된다. 이것에 의해, OBIC 계측 및 EOP(Electro Optical Probing) 계측 등, 반도체 디바이스에 광을 조사하기 위한 관찰용 광학계나 광 검출기를 이용하여, 반도체 디바이스의 패턴 화상을 취득할 수 있다. 이것에 의해, 패턴 화상에 있어서 고장 지점의 위치에 대한 마킹 위치를 정확하게 파악할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 검사 장치 및 검사 방법에 있어서, 레이저광의 파장은 1000나노미터 이상이며, 관찰용 광학계는 레이저광의 파장을 포함하는 광을 차단하는 광학 필터를 가져도 된다. 이것에 의해, 제1 광원으로부터 출력된 레이저광이 반도체 디바이스의 기판을 투과한 경우여도, 해당 레이저광이 관찰용 광학계에 있어서 차광되므로, 레이저광에 의해서 광 검출기가 파괴되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 검사 장치 및 검사 방법에 있어서, 레이저광의 파장은 1000나노미터 미만이어도 된다. 이것에 의해, 예를 들면 반도체 디바이스가 실리콘 기판 등의 기판에 의해 구성되어 있는 경우에는, 기판에 레이저광이 흡수되게 되므로, 레이저광에 의해 광 검출기가 파괴되는 것을 억제할 수 있다.
본 검사 장치 및 검사 방법에 의하면, 반도체 디바이스의 메탈층 측으로부터 레이저 마킹을 행하는 경우에도 기판 측으로부터 마킹 위치를 관찰 가능하게 함으로써, 고장 지점의 위치에 대한 마킹 위치를 정확하게 파악할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 검사 장치의 구성도이다.
도 2는 반도체 디바이스에의 레이저 마킹 이미지를 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 레이저 마킹된 반도체 디바이스의 이면도, (b)는 레이저 마킹된 반도체 디바이스의 표면도, (c)는 도 2(b)의 II(c)-II(c) 단면도이다.
도 3은 도 1의 검사 장치에 있어서의 마킹 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 검사 장치에 있어서의 마킹 처리의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 검사 장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 검사 장치의 구성도이다.
도 7은 제1 실시 형태의 변형예에 따른 검사 장치의 구성도이다.
도 8은 제3 실시 형태의 변형예에 따른 검사 장치의 구성도이다.
도 9는 방사상으로 연장되는 패턴의 이미지를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다.
[제1 실시 형태]
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 검사 장치(1)는 피검사 디바이스(DUT: Device Under Test)인 반도체 디바이스(D)에 있어서 고장 지점을 특정하는 등, 반도체 디바이스(D)를 검사하기 위한 장치이다. 보다 상세하게는, 검사 장치(1)는 고장 지점을 특정하는 것과 함께, 해당 고장 지점의 주위에, 해당 고장 지점을 나타내는 마킹을 행한다. 해당 마킹에 의해서, 고장 해석의 후공정에 있어서, 검사 장치(1)가 특정한 고장 지점을 용이하게 파악할 수 있다.
반도체 디바이스(D)로서는, 트랜지스터 등의 PN 접합을 가지는 집적회로(예를 들면, 소규모 집적회로(SSI: Small Scale Integration), 중규모 집적회로(MSI: Medium Scale Integration), 대규모 집적회로(LSI: Large Scale Integration), 초대규모 집적회로(VLSI: Very Large Scale Integration), 초초대규모 집적회로(ULSI: Ultra Large Scale Integration), 기가 스케일 집적회로(GSI: Giga Scale Integration)), 대전류용/고압용 MOS 트랜지스터, 바이폴러 트랜지스터 및 전력용 반도체소자(파워 디바이스) 등이 있다. 반도체 디바이스(D)는 기판 상에 메탈층이 형성되어 구성되어 있다. 반도체 디바이스(D)의 기판으로서는, 예를 들면 실리콘 기판이 이용된다. 반도체 디바이스(D)는 샘플 스테이지(40)에 재치되어 있다.
검사 장치(1)는 반도체 디바이스(D)의 고장 지점을 특정하는 고장 지점 특정 처리 및 특정한 고장 지점의 주위에 해당 고장 지점을 나타내는 마킹을 행하는 마킹 처리를 행한다. 우선, 고장 지점 특정 처리에 관련되는 검사 장치(1)의 기능 구성에 대해 설명한다.
검사 장치(1)는 고장 지점 특정 처리에 관련되는 기능 구성으로서, 테스터 유닛(11)과, 광원(12)(제2 광원)과, 관찰용 광학계(13)와, XYZ 스테이지(14)와, 2차원 카메라(15)(광 검출기)와, 계산기(21)와, 표시부(22)와, 입력부(23)를 구비하고 있다.
테스터 유닛(11)은 케이블을 통해서 반도체 디바이스(D)에 전기적으로 접속되고, 반도체 디바이스(D)에 자극 신호를 인가하는 자극 신호 인가부로서 기능한다. 테스터 유닛(11)은 전원(도시하지 않음)에 의해서 동작되어, 반도체 디바이스(D)에 소정의 테스트 패턴 등의 자극 신호를 반복해서 인가한다. 테스터 유닛(11)은 변조 전류 신호를 인가하는 것이어도 되고, CW(continuous wave) 전류 신호를 인가하는 것이어도 된다. 테스터 유닛(11)은 케이블을 통해서 계산기(21)에 전기적으로 접속되어 있고, 계산기(21)로부터 지정된 테스트 패턴 등의 자극 신호를, 반도체 디바이스(D)에 인가한다. 또한, 테스터 유닛(11)은 반드시 계산기(21)에 전기적으로 접속되어 있지 않아도 된다. 테스터 유닛(11)은 계산기(21)에 전기적으로 접속되어 있지 않은 경우에는, 단독으로 테스트 패턴 등의 자극 신호를 결정하여, 해당 테스트 패턴 등의 자극 신호를 반도체 디바이스(D)에 인가한다.
광원(12)은 전원(도시하지 않음)에 의해서 동작되어, 반도체 디바이스(D)를 조명하는 광을 출력한다. 광원(12)은 LED(Light Emitting Diode) 및 램프 광원 등이다. 광원(12)으로부터 출력되는 광의 파장은, 반도체 디바이스(D)의 기판을 투과하는 파장이다. 해당 파장은, 반도체 디바이스(D)의 기판이 실리콘인 경우, 예를 들면 1064㎚ 이상이다. 광원(12)으로부터 출력된 광은 관찰용 광학계(13)로 유도된다.
관찰용 광학계(13)는 광원(12)으로부터 출력된 광을 반도체 디바이스(D)의 기판 측, 즉 반도체 디바이스(D)의 이면(D1) 측으로부터 반도체 디바이스(D)에 조사한다. 관찰용 광학계(13)는 빔 스플리터 및 대물렌즈를 가지고 있다. 대물렌즈는 광원(12)으로부터 출력되어 빔 스플리터에 의해서 유도된 광을 관찰 영역에 집광한다. 관찰용 광학계(13)는 XYZ 스테이지(14)에 재치되어 있다. XYZ 스테이지(14)는 대물렌즈의 광축 방향을 Z축 방향으로 하면, Z축 방향, 및 Z축 방향에 직교하는 X축 방향과 Y축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. XYZ 스테이지(14)는 계산기(21)의 제어부(21b)(후술)로 제어됨으로써 상술한 3축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. XYZ 스테이지(14)의 위치에 의해서 관찰 영역이 결정된다.
관찰용 광학계(13)는 반도체 디바이스(D)의 기판을 투과하여, 조명된 광에 따라서, 반도체 디바이스(D)에 있어서 반사된 광(반사광)을, 2차원 카메라(15)에 전달한다. 구체적으로는, 관찰용 광학계(13)로부터 조사된 광은, 반도체 디바이스(D)의 기판(SiE)(도 2 참조)을 투과하여, 메탈층(ME)(도 2 참조)에서 반사된다. 그리고, 메탈층(ME)을 반사한 광은, 다시 기판(SiE)을 투과하여, 관찰용 광학계(13)의 대물렌즈 및 빔 스플리터를 통해서 2차원 카메라(15)에 입력된다. 또한, 관찰용 광학계(13)는 자극 신호의 인가에 의해서 반도체 디바이스(D)에서 발생한 발광을 2차원 카메라(15)에 전달한다. 구체적으로는, 자극 신호의 인가에 의해서 주로 반도체 디바이스(D)의 메탈층(ME)에서 발생한 발광(예를 들면, 에미션 광)이 기판(SiE)을 투과하여, 관찰용 광학계(13)의 대물렌즈 및 빔 스플리터를 통해서 2차원 카메라(15)에 입력된다.
2차원 카메라(15)는 반도체 디바이스(D)로부터의 광을 촬상하여, 화상 데이터(검출 신호)를 출력한다. 예를 들면, 2차원 카메라(15)는 반도체 디바이스(D)로부터 반사된 광을 촬상하여, 패턴 화상을 작성하기 위한 화상 데이터를 출력한다. 해당 패턴 화상에 기초하여, 마킹 위치를 파악할 수 있다. 또한, 2차원 카메라(15)는 반도체 디바이스(D)로부터의 발광을 촬상하여, 발광 화상을 생성하기 위한 화상 데이터를 출력한다. 해당 발광 화상에 기초하여, 반도체 디바이스(D)에 있어서의 발광 지점을 특정할 수 있다. 발광 지점을 특정함으로써, 반도체 디바이스(D)의 고장 지점을 특정할 수 있다. 발광을 계측하는 2차원 카메라(15)로서는, 반도체 디바이스(D)의 기판(SiE)을 투과하는 파장의 광을 검출 가능한 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서를 탑재한 카메라나, InGaAs 카메라 또는 MCT(Mercury Cadmium Telluride) 카메라 등이 이용된다. 또한, 발광 계측시, 광원(12)에 의해서 조명하는 광은 불필요하기 때문에, 광원(12)을 동작시킬 필요는 없다.
계산기(21)는 케이블을 통해서 2차원 카메라(15)에 전기적으로 접속되어 있다. 계산기(21)는 퍼스널 컴퓨터 등의 컴퓨터이다. 계산기(21)는 프로세서인 CPU(Central Processing Unit), 기록 매체인 RAM(Random Access Memory) 또는 ROM(Read Only Memory)을 포함한다. 계산기(21)는 CPU에 의해서 후술되는 화상의 생성이나 정보의 입출력을 행한다. 계산기(21)는 2차원 카메라(15)로부터 입력된 화상 데이터를 기초로 패턴 화상이나 발광 화상을 작성한다. 여기서, 상술한 발광 화상만으로는, 반도체 디바이스(D)의 패턴에 있어서의 발광 위치를 특정하는 것이 어렵다. 그래서, 계산기(21)는 반도체 디바이스(D)로부터의 반사광에 기초하는 패턴 화상과, 반도체 디바이스(D)로부터의 발광에 기초하는 발광 화상을 중첩시킨 중첩 화상을 해석 화상으로서 생성한다.
계산기(21)는 작성한 해석 화상을 표시부(22)에 출력한다. 표시부(22)는 유저에게 해석 화상 등을 나타내기 위한 디스플레이 등의 표시장치이다. 표시부(22)는 입력된 해석 화상을 표시한다. 이 경우, 유저는 표시부(22)에 표시된 해석 화상으로부터 고장 지점의 위치를 확인하여, 고장 지점을 나타내는 정보를 입력부(23)에 입력한다. 입력부(23)는 유저로부터의 입력을 접수하는 키보드 및 마우스 등의 입력장치이다. 입력부(23)는 유저로부터 접수한, 고장 지점을 나타내는 정보를 계산기(21)에 출력한다. 또한, 계산기(21), 표시부(22) 및 입력부(23)는, 태블릿 단말이어도 된다. 이상이, 고장 지점 특정 처리에 관련되는 검사 장치(1)의 기능 구성에 대한 설명이다.
이어서, 특정한 고장 지점의 주위에 해당 고장 지점을 나타내는 마킹을 행하는 마킹 처리에 관련되는 검사 장치(1)의 기능 구성에 대해 설명한다.
검사 장치(1)는 마킹 처리에 관련되는 기능 구성으로서, 상술한 고장 특정 처리에 관련되는 각 기능 구성에 더하여, 레이저 광원(31)(제1 광원)과, 레이저 마킹용 광학계(32)와, XYZ 스테이지(33)와, 촬상 장치(34)와, 조명광원(35)을 더 구비하고 있다. 또한, 계산기(21)는 조건 설정부(21a)와, 제어부(21b)(마킹 제어부)와, 해석부(21c)(화상 처리부)를 가지고 있다.
마킹 처리에 있어서는, 고장 지점 특정 처리에서 특정된 고장 지점의 주위에, 레이저 마킹이 행해진다. 도 2(a)(b)에 나타내는 바와 같이, 고장 지점(fp)의 주위, 예를 들면 4개소에, 마킹 지점(mp)이 설정된다. 레이저 마킹이 완료된 상태에 있어서는, 도 2(c)에 나타내는 바와 같이, 반도체 디바이스(D)의 메탈층(ME)을 관통하도록, 레이저 마킹이 행해져 있다. 레이저 마킹은 레이저 마킹에 의해 형성되는 구멍이 메탈층(ME)과 기판(SiE)의 경계면(ss)에 이르고, 기판(SiE)에 있어서의 메탈층(ME)에 접하는 면이 노출하는 정도까지 행해진다.
또한, 마킹 처리에 있어서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 레이저 광원(31)에 의해서 출력된 레이저광이, 레이저 마킹용 광학계(32)를 통해서 반도체 디바이스(D)의 마킹 지점(mp)에 조사된다. 즉, 반도체 디바이스(D)의 메탈층(ME) 측으로부터 마킹 지점(mp)에 레이저광이 조사된다. 그리고, 반도체 디바이스(D)의 기판(SiE) 측에 있어서, 광원(12)에서 생성된 광이 반도체 디바이스(D)에 조사되고, 반도체 디바이스(D)로부터의 반사광이 관찰용 광학계(13)를 통해서 2차원 카메라(15)에 검출된다. 이와 같이, 마킹 처리에서는, 마킹 지점(mp)으로의 레이저광의 조사를 메탈층(ME) 측에서 행하면서, 반도체 디바이스(D)의 반사광의 검출을 기판(SiE) 측에서 행한다. 이하, 마킹 처리에 관련되는 검사 장치(1)의 기능 구성의 상세한 내용에 대하여 설명한다.
도 1로 돌아와, 계산기(21)의 조건 설정부(21a)는 입력부(23)로부터 입력된 고장 지점(fp)을 나타내는 정보에 기초하여, 마킹 지점(mp)을 설정한다. 마킹 지점(mp)은 특정된 고장 지점(fp)의 주위 몇 군데에 설정된다. 몇 군데란 예를 들면 4개소이다. 조건 설정부(21a)는 예를 들면 고장 지점(fp)을 나타내는 정보가 입력되면, 해당 고장 지점(fp)을 중심으로 하여, 해당 고장 지점(fp)의 주위 4개소에, 자동적으로 마킹 지점(mp)을 설정한다. 구체적으로는, 예를 들면 평면시(平面視)에 있어서, 고장 지점(fp)을 중심으로 한 십자 형상으로 마킹 지점(mp)이 설정된다(도 2(a)(b) 참조). 또한, 마킹 지점(mp)은 표시부(22)에 표시된 해석 화상을 본 유저로부터의 마킹 지점(mp)을 나타내는 정보의 입력을 입력부(23)가 접수함으로써 설정되어도 된다. 이 경우, 조건 설정부(21a)는 마킹 지점(mp)을 자동으로 설정하는 일 없이, 입력부(23)로부터 입력되는 마킹 지점(mp)을 나타내는 정보에 기초하여, 마킹 지점(mp)을 설정한다. 조건 설정부(21a)는 고장 지점(fp) 및 마킹 지점(mp)을 나타낸 표시를 해석 화상에 부가한 레퍼런스 화상을 생성하고, 해당 레퍼런스 화상을 계산기(21) 내에 보존한다.
XYZ 스테이지(14, 33)의 좌표계는 기준 위치가 합치되도록 설정되어 있다. 계산기(21)의 제어부(21b)는 XYZ 스테이지(14, 33)를 제어함으로써, XYZ 스테이지(14, 33)를 3축 방향으로 이동시킨다. 구체적으로는, 제어부(21b)는 조건 설정부(21a)에 의해 설정된 마킹 지점(mp)에 레이저 마킹이 행해지도록, 레이저 마킹용 광학계(32)를 재치하는 XYZ 스테이지(33)를 이동시킨다. 제어부(21b)는 마킹 지점(mp)이 다수 있는 경우에는, 모든 마킹 지점(mp)에의 레이저 마킹이 순서대로 행해지도록 제어한다. 즉, 제어부(21b)는 하나의 마킹 지점(mp)에의 레이저 마킹이 완료되면, 다음의 마킹 지점(mp)의 레이저 마킹이 행해지도록, XYZ 스테이지(33)를 이동시킨다. 제어부(21b)는 XYZ 스테이지(33)의 이동이 완료되면, 레이저 광원(31)에 출력 개시 신호를 출력한다. 또한, 조건 설정부(21a)에 의해 마킹 지점(mp)이 설정된 후는, 제어부(21b)는 XYZ 스테이지(14)를 이동시키지 않아도 된다.
레이저 광원(31)은 전원(도시하지 않음)에 의해서 동작되어, 반도체 디바이스(D)에 조사되는 레이저광을 출력한다. 레이저 광원(31)은 제어부(21b)에 의해서 출력 개시 신호가 입력되면, 레이저광의 출력을 개시한다. 레이저 광원(31)으로서는, 고체 레이저 광원이나 반도체 레이저 광원 등을 이용할 수 있다. 레이저 광원(31)으로부터 출력되는 광의 파장은, 250나노미터에서 2000나노미터이다.
레이저 마킹용 광학계(32)는 레이저 광원(31)이 출력한 레이저광을, 반도체 디바이스(D)의 메탈층(ME) 측, 즉 반도체 디바이스(D)의 표면(D2) 측으로부터 반도체 디바이스(D)의 마킹 지점(mp)에 조사한다. 레이저 마킹용 광학계(32)는 전환부 및 대물렌즈를 가지고 있다. 전환부는 레이저 광원(31) 및 촬상 장치(34)(후술)의 광로를 전환한다. 대물렌즈는 레이저 광원(31)으로부터의 레이저광을 마킹 지점(mp)에 집광한다. 또한, 대물렌즈는 반도체 디바이스(D)의 표면으로부터의 광을 촬상 장치(34)에 도광(導光)한다. 레이저 마킹용 광학계(32)는 XYZ 스테이지(33)에 재치되어 있다. XYZ 스테이지(33)는 대물렌즈의 광축 방향을 Z축 방향으로 하면, Z축 방향, 및 Z축 방향에 직교하는 X축 방향과 Y축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. XYZ 스테이지(33)는 제어부(21b)로 제어됨으로써 상술한 3축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 또한, XYZ 스테이지(33) 대신에 레이저 마킹용 광학계(32)가 광 주사부(예를 들면 갈바노 미러나 MEMS 미러 등의 광 주사 소자)를 가지고, 반도체 디바이스(D)의 표면(D2) 상의 마킹 지점(mp)에 집광시키도록 해도 된다. 또한, 레이저 마킹용 광학계(32)가 셔터를 구비하고, 제어부(21b)로부터의 제어에 의해 레이저 광원(31)으로부터의 레이저광을 통과시키거나 차단하거나 함으로써, 레이저광의 출력을 제어해도 된다.
촬상 장치(34)는 반도체 디바이스(D)의 표면(D2) 측으로부터, 반도체 디바이스(D)의 메탈층(ME)을 촬상한다. 촬상 장치(34)가 촬상한 촬상 화상은, 계산기(21)에 출력되고, 표시부(22)에 표시된다. 유저는 해당 촬상 화상을 확인함으로써, 반도체 디바이스(D)의 표면(D2) 측에서 본 레이저 마킹 상황을 파악할 수 있다. 촬상 장치(34)로 촬상할 때에 조명광원(35)을 이용하여 반도체 디바이스(D)를 조명한다.
마킹 처리 중에 있어서는, 2차원 카메라(15)에 의해서, 반도체 디바이스(D)의 기판(SiE) 측 즉 이면(D1) 측으로부터, 반도체 디바이스(D)의 모습이 파악될 수 있다. 즉, 마킹 처리 중에 있어서, 광원(12)은 반도체 디바이스(D)의 이면(D1) 측에 조사되는 광을 출력한다. 그리고, 관찰용 광학계(13)는 광원(12)으로부터 출력된 광을 반도체 디바이스(D)의 이면(D1)에 조사한다. 또한, 상술한 바와 같이, 고장 지점이 특정되어 마킹 지점이 조건 설정부(21a)에 의해 설정된 후는, XYZ 스테이지(14)가 고정되므로, 반도체 디바이스(D)의 이면(D1)에 있어서의 관찰 영역의 위치는 변하지 않는다. 관찰용 광학계(13)는 조사된 광에 따른 반도체 디바이스(D)로부터의 반사광을, 반도체 디바이스(D)로부터의 광으로서 2차원 카메라(15)에 전달한다. 그리고, 2차원 카메라(15)는 관찰용 광학계(13)를 통해서 전달된 반사광을 검출하고, 화상 데이터(검출 신호)를 생성한다. 2차원 카메라(15)는 화상 데이터를 계산기(21)에 출력한다.
계산기(21)의 해석부(21c)는 2차원 카메라(15)에 의해서 생성된 화상 데이터에 기초하여 패턴 화상을 생성한다. 해석부(21c)는 레이저 광원(31)이 출력한 레이저광에 의한 레이저 마킹과 병행하여, 패턴 화상을 순서대로 생성한다. 여기서, 레이저 마킹에 의해서, 마킹 지점(mp)의 메탈층(ME)에는 구멍이 형성된다. 해당 구멍이 얕을 때, 즉 레이저 마킹에 의해 형성되는 구멍이 메탈층(ME)에만 형성되고 기판(SiE)에까지 도달하고 있지 않을 때에는, 마킹 위치에서의 반사광의 강도 변화가 작아 광학 반사상(反射像)의 변화도 작다. 그래서, 패턴 화상에도 레이저 마킹의 영향은 나타나지 않는다. 한편, 구멍이 깊게 되면, 구체적으로는, 구멍이 메탈층(ME)과 기판(SiE)의 경계면(ss)에 이르는 정도로 깊게 되면, 이면(D1) 측의 광의 굴절률, 투과율, 및 반사율의 적어도 어느 하나의 변화가 크게 되므로, 마킹 위치에서의 반사광의 강도 변화가 크게 되어, 패턴 화상에는 마킹 지점을 나타내는 마크 이미지가 나타난다.
해석부(21c)는 예를 들면 상술한 레퍼런스 화상과, 패턴 화상을 비교하여, 화상의 차이가 미리 정한 규정치 보다도 크게 되어 있는 경우에, 마크 이미지가 나타났다고 판단한다. 해당 규정치를 미리 설정해 둠으로써, 마크 이미지가 나타났다고 판단되는 타이밍을 결정할 수 있다. 해당 규정치로서, 메탈층(ME)이 관통될 때까지 레이저 마킹이 행해진 경우에 마크 이미지가 나타났다고 판단하는 관통 임계치가 설정된다.
또한, 해석부(21c)는 유저로부터의 입력 내용에 따라서, 마크 이미지가 나타났는지 여부를 판단해도 된다. 이 경우, 표시부(22)에 패턴 화상이 표시된다. 그리고, 해당 패턴 화상을 눈으로 확인한 유저에 의해서, 패턴 화상에 마크 이미지가 나타나 있는지 여부의 정보가 입력부(23)에 입력된다. 입력부(23)는 마크 이미지가 나타나 있는지 여부의 정보를 계산기(21)에 출력한다. 해석부(21c)는 마크 이미지가 나타나 있는지 여부의 정보에 기초하여, 마크 이미지가 나타났는지 여부를 판단한다.
또한, 해석부(21c)는 마크 이미지가 나타났다고 판단한 경우에 있어서, 레퍼런스 화상과 패턴 화상을 비교하여, 패턴 화상의 마크 형성 지점이 레퍼런스 화상의 마킹 지점(mp)과 어긋나 있는 경우에는, 마크 형성 시프트가 생겨 있다고 판단한다. 이 경우, 제어부(21b)에 의해서, XYZ 스테이지(14, 33)의 위치 이동이 행해져, 올바른 마킹 지점(mp)에 마크가 형성되도록 제어되어도 된다.
제어부(21b)는 레이저 광원(31)을 제어함으로써, 레이저 마킹을 제어한다. 제어부(21b)는 해석부(21c)에 의해서 마크 이미지가 나타났다고 판단되면, 레이저 광원(31)에 대해서 출력 정지 신호를 출력한다. 레이저 광원(31)은 출력 정지 신호가 입력되면, 레이저광의 출력을 정지한다. 이를 위해, 레이저 광원(31)은 제어부(21b)에 의해서 출력 개시 신호가 입력되고 나서 출력 정지 신호가 입력될 때까지 동안 레이저광을 출력한다. 이상으로부터, 제어부(21b)는 레이저 마킹에 의해서 형성되는 마크 이미지가 패턴 화상에 나타날 때까지 레이저 마킹이 행해지도록, 레이저 광원(31)을 제어한다. 또한, 상술한 관통 임계치가 설정되어 있으므로, 제어부(21b)는 레이저광이 메탈층(ME)을 관통할 때까지 레이저 마킹이 행해지도록, 레이저 광원(31)을 제어한다.
해석부(21c)는 마크 이미지를 포함하는 패턴 화상에 발광 화상을 중첩시켜, 마킹 화상을 작성한다. 작성된 마킹 화상은 계산기(21) 내에 보존된다. 또한, 해석부(21c)는 마킹 화상을 표시부(22)에 표시한다. 마킹 화상에 의해, 유저는 후공정에 있어서, 고장 지점의 위치에 대한 마킹 위치를 정확하게 파악할 수 있다. 또한, 해석부(21c)는 마킹 위치와 고장 지점 위치의 거리나 고장 지점 위치로부터의 마킹 위치의 방위 등 고장 지점 위치에 대한 마킹 위치를 파악하기 위해서 필요한 마킹 정보를 취득한다. 취득된 마킹 정보는 리스트로서 표시하거나, 마킹 화상에 부가되어 표시되어도 된다. 또한, 이들 정보를 종이 매체로 출력해도 된다.
다음으로, 검사 장치(1)의 마킹 처리에 대해 도 4를 이용하여 설명한다.
마킹 처리가 행해지는 전제로서, XYZ 스테이지(14, 33)의 좌표계의 기준 위치가 합치되도록 설정한다(스텝 S0). 구체적으로는, 샘플 스테이지(40) 상에 표시가 기록된 차트(Ct)를 배치하고, 촬상 장치(34) 및 2차원 카메라(15)로 차트(Ct)를 촬상한다. 취득된 화상에 기초하여, XYZ 스테이지(14, 33)의 좌표계가 합치(동기화(synchro))되도록 설정한다. 차트(Ct)는, 도 9와 같이, 유리판이나 실리콘판의 한쪽 면에 기준점(bp)을 중심으로 방사상으로 연장되는 패턴이 마련되어 있다. 이 패턴은 예를 들면, 알루미늄의 박막에 의해서 작성된다. 유리판이나 실리콘판은, 반도체 디바이스(D)의 기판(SiE)을 투과하는 파장의 광을 투과하기 위해, 조명광원(35)이나 광원(12)으로부터 출력되는 광도 투과한다. 그래서, 유리판이나 실리콘판의 일면에 마련된 패턴의 상(像)을 촬상 장치(34)와 2차원 카메라(15)로 취득할 수 있다. 또한, 후술하는 열선 관찰의 경우, 열선이 유리판에 의해서 흡수되는 일이 있기 때문에, 패턴을 마련한 면이 관찰용 광학계(13) 측이 되도록 차트(Ct)를 샘플 스테이지(40) 상에 배치한다. 또한, 패턴은 판의 양면에 마련되어도 된다.
이어서, 반도체 디바이스(D)의 고장 지점이 특정된다(스텝 S1). 구체적으로는, 우선, 관찰하고 싶은 영역에 관찰용 광학계(13)의 시야가 위치하도록, XYZ 스테이지(14)를 제어한다. 그리고, 관찰하고 싶은 영역에 대물렌즈의 초점이 맞도록, XYZ 스테이지(14)를 제어한다. 관찰하고 싶은 영역에 관찰용 광학계(13)의 시야가 위치하면, 광원(12)에 의해서 출력된 광이 관찰용 광학계(13)에 의해서 반도체 디바이스(D)의 이면(D1) 측으로부터 반도체 디바이스(D)에 조사되고, 2차원 카메라(15)에 의해서 생성된 광학 반사상을 취득한다. 이어서, 테스터 유닛(11)을 이용하여, 반도체 디바이스(D)에 자극 신호를 인가하고, 2차원 카메라(15)에 의해서 발광상(發光像)을 취득한다. 그리고, 취득된 광학 반사 화상과 발광 화상을 중첩시켜, 해석 화상을 작성하고, 그 해석 화상에 기초하여 고장 지점(fp)을 특정한다.
이어서, 고장 지점(fp)의 위치에 따라 마킹 지점(mp)이 설정되고, 계산기(21)의 제어부(21b)에 의해 해당 마킹 지점(mp)에 따른 위치로 XYZ 스테이지(33)가 이동하게 된다. 이것에 의해, XYZ 스테이지(33)에 재치된 레이저 마킹용 광학계(32)는, 마킹 지점(mp)에 따른 적절한 위치로 이동한다(스텝 S2).
이어서, 레이저 광원(31)에 의해서 레이저광이 출력되어 마킹 지점(mp)에의 레이저 마킹이 실행되는 것과 함께, 해석부(21c)에 의해서 패턴 화상이 생성된다(스텝 S3). 그리고, 해석부(21c)에 의해서 패턴 화상 상에 마크 이미지가 나타났는지 여부가 판정된다(스텝 S4).
S4에 있어서 패턴 화상 상에 마크 이미지가 나타나 있지 않다고 판정된 경우에는, 재차 S3의 처리가 실행된다. 한편, S4에 있어서 마크 이미지가 나타났다고 판정된 경우에는, 레이저 마킹을 행하고 있지 않은 마킹 지점(mp)이 있는지 여부가 판정된다(스텝 S5). S5에 있어서, 레이저 마킹을 행하지 않은 마킹 지점(mp)이 있다고 판정된 경우에는, 재차 S2의 처리가 실행된다. 한편, S5에 있어서, 레이저 마킹을 행하지 않은 마킹 지점(mp)이 없다고 판정된 경우에는, 마킹 처리가 완료된다.
다음으로, 검사 장치(1)의 작용 효과에 대해 설명한다.
검사 장치(1)에서는, 레이저 광원(31)으로부터 출력된 레이저광이, 반도체 디바이스(D)의 메탈층(ME) 즉 표면(D2)의 마킹 지점(mp)에 조사된다. 또한, 반도체 디바이스(D)의 기판(SiE) 측 즉 이면(D1) 측에 있어서, 반도체 디바이스(D)로부터의 반사광이 2차원 카메라(15)에 의해서 검출되어, 광학 반사상이 생성된다. 그리고, 해석부(21c)에 의해서, 해당 광학 반사상에 기초하여 패턴 화상이 생성된다.
해당 패턴 화상에 마크 이미지가 나타났다고 해석부(21c)로 판단될 때까지는, 제어부(21b)에 의해서, 레이저 마킹이 행해지도록 레이저 광원(31)이 제어된다. 이와 같이, 반도체 디바이스(D)의 기판(SiE) 측에 있어서 검출된 반사광에 따른 패턴 화상에 마크 이미지가 나타날 때까지 레이저 마킹이 행해지므로, 레이저광이 조사되는 메탈층(ME) 측만이 아니라, 기판(SiE) 측으로부터도 마킹 위치가 확인 가능해진다. 이것에 의해서, 고장 해석에 있어서의 후공정에서, 메탈층(ME) 측 및 기판(SiE) 양방으로부터 고장 지점을 용이하게 파악할 수 있다.
또한, 패턴 화상에 마크 이미지가 나타날 때까지 레이저 마킹이 행해지므로, 패턴 화상을 확인함으로써, 고장 지점에 대한 마킹 위치를 정확하게 파악할 수 있다.
또한, 제어부(21b)는 레이저광이 메탈층(ME)을 관통할 때까지 레이저 마킹이 행해지도록, 레이저 광원(31)에 의한 레이저광의 조사를 제어한다. 이 때문에, 예를 들면 고장 해석에 있어서의 후공정 즉 레이저 마킹 후에 있어서, 메탈층(ME)을 깎아 내서 고장 지점을 해석하는 경우여도, 확실히 마킹 위치를 확인할 수 있다.
또한, 해석부(21c)는 레이저광에 의한 레이저 마킹이 행해지고 있는 동안에 패턴 화상을 생성한다. 이것에 의해, 패턴 화상에 의해서 마킹 위치가 파악 가능할 때까지 레이저 마킹을 실행할 수 있다.
또한, 조명광을 출력하는 광원(12)을 구비하고, 2차원 카메라(15)가 반도체 디바이스(D)에 있어서 반사된 해당 조명광을 촬상함으로써, 발광 계측 등, 반도체 디바이스(D)로부터의 발광을 검출하는 수법을 이용할 수 있다. 해당 수법을 이용함으로써, 마크 이미지를 확실히 확인할 수 있다.
또한, 광원(12)을 구비하고, 관찰용 광학계(13)는 광원(12)으로부터 출력된 광을 기판(SiE) 측으로부터 반도체 디바이스(D)에 조사하는 것과 함께, 조사된 광에 따라 반도체 디바이스(D)로부터 반사된 광을 2차원 카메라(15)에 전달하고 있다. 이것에 의해, 반도체 디바이스(D)에 광을 조사하여 패턴 화상을 생성하는 수법을 이용할 수 있다. 해당 수법을 이용함으로써, 마크 이미지를 확실히 확인할 수 있다.
[제1 실시 형태의 변형예]
다음으로, 도 7을 참조하여, 제1 실시 형태의 변형예에 따른 검사 장치(1C)에 대해 설명한다. 또한, 본 실시 형태의 설명에서는 상술한 제1 실시 형태와 다른 점에 대해 주로 설명한다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 제1 실시 형태의 변형예에 따른 검사 장치(1C)는, 검사 장치(1)와 비교하여 광원(12)(제2 광원)을 구비하지 않고, 2차원 카메라(15) 대신에 적외선 카메라(15B)(광 검출기)를 구비하고 있는 점에서 다르다. 또한 광원(12)을 구비하지 않기 때문에, 관찰용 광학계(13C)는 빔 스플리터를 구비하지 않아도 된다. 적외선 카메라(15B)는 반도체 디바이스(D)로부터의 열선을 촬상하여, 측정 화상을 생성한다. 해당 측정 화상에 따른 적외선 화상에 의해, 반도체 디바이스(D)에 있어서의 발열 지점을 특정할 수 있다. 발열 지점을 특정함으로써, 반도체 디바이스(D)의 고장 지점을 특정할 수 있다. 열선을 계측하는 경우에는, 적외선 카메라(15B)로서 InSb 카메라 등이 이용된다. 또한, 열선은 파장 2㎛~10㎛의 광이다. 또한, 반도체 디바이스(D)로부터의 열선을 촬상함으로써, 반도체 디바이스(D)의 복사율의 분포를 나타내는 화상을 취득할 수 있다.
계산기(21C)의 해석부(21z)는 상술한 측정 화상에 기초하여 적외선 화상을 생성한다. 또한, 해석부(21z)는 검출 신호에 기초하여 패턴상을 생성한다. 그리고, 해석부(21z)는 패턴상에 적외선 화상을 중첩시킨 중첩 화상을 해석 화상으로서 생성한다. 해석 화상으로부터 고장 지점을 특정하는 처리에 대해서는, 제1 실시 형태와 같다.
적외선 카메라(15B)에 의해서 반도체 디바이스(D)로부터의 열선을 계측하고, 해석부(21z)에 있어서 적외선 화상을 생성하는 절차의 상세한 내용에 대하여 설명한다. 우선, 테스터 유닛(11)에 의해서 테스트 패턴 등의 자극 신호가 인가되어 있는 상태에서, 적외선 카메라(15B)에 의해서 반도체 디바이스(D)의 발열을 포함하는 제1 측정 화상이 취득된다. 이 제1 측정 화상은 소정의 노광 시간에서 연속적으로 촬상된 복수 매의 화상 데이터가 계산기(21C)로 보내지고, 해석부(21z)에 있어서 해당 복수 매의 화상 데이터가 가산됨으로써 생성된다. 제1 측정 화상은 반도체 디바이스(D)의 발열과 반도체 디바이스(D)를 형성하는 소자의 형상의 정보를 겸비한다. 다음으로, 테스터 유닛(11)에 의한 자극 신호의 인가가 정지된 상태에서, 적외선 카메라(15B)에 의해서 반도체 디바이스(D)를 형성하는 소자의 형상의 정보만을 포함하는 제2 측정 화상이 취득된다. 제2 측정 화상도, 제1 측정 화상과 같이, 소정의 노광 시간에서 연속적으로 촬상된 복수 매의 화상 데이터가 계산기(21C)로 보내지고, 해석부(21z)에 있어서 해당 복수 매의 화상 데이터가 가산됨으로써 생성된다. 제2 측정 화상은 반도체 디바이스(D)를 형성하는 소자의 형상의 정보만을 가진다. 그리고, 해석부(21z)에 있어서 제1 측정 화상으로부터 제2 측정 화상을 차분(差分) 처리함으로써, 반도체 디바이스(D)의 발열만을 포함하는 적외선 화상을 생성한다. 해석부(21z)는 제2 측정 화상에 적외선 화상을 중첩시킨 중첩 화상 또는 제1 측정 화상을 해석 화상으로 하고, 제2 측정 화상을 패턴상으로 하여 생성한다. 해석 화상으로부터 고장 지점을 특정하는 처리에 대해서는, 제1 실시 형태와 같다.
마킹 처리 중에 있어서는, 관찰용 광학계(13)는 반도체 디바이스(D)로부터의 열선을 적외선 카메라(15B)에 전달한다. 적외선 카메라(15B)는 열선을 검출하여 화상 데이터(검출 신호)를 계산기(21C)에 출력한다. 그리고, 해석부(21z)는 상술한 바와 같이, 화상 데이터에 기초하여 패턴 화상을 생성한다. 패턴 화상을 생성한 후의 처리에 대해서는, 제1 실시 형태와 같다.
[제2 실시 형태]
다음으로, 도 5를 참조하여, 제2 실시 형태에 따른 검사 장치(1A)에 대해 설명한다. 또한, 본 실시 형태의 설명에서는 상술한 제1 실시 형태와 다른 점에 대해 주로 설명한다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 제2 실시 형태에 따른 검사 장치(1A)에서는, 반도체 디바이스(D)에 대해서 전원(51)으로부터 전압이 인가되어 있다. 그리고, 광원(12A)으로부터 광이 출력되고, 해당 광이 관찰용 광학계(13A)를 통해서 반도체 디바이스(D)의 기판(SiE) 즉 이면(D1)에 조사된다.
광원(12A)으로부터 출력되는 광은, 레이저광과 같은 코히런트(coherent)한 광이어도 된다. 코히런트한 광을 출력하는 광원(12A)으로서는, 고체 레이저 광원이나 반도체 레이저 광원 등을 이용할 수 있다. OBIRCH(Optical Beam Induced Resistance Change) 화상이나 SDL(Soft Defect Localization) 화상을 취득하는 경우의 광원(12A)은, 반도체 디바이스(D)가 전하(캐리어)를 발생시키지 않는 파장대의 레이저광을 출력한다. 예를 들면 반도체 디바이스(2)가 실리콘을 재료로 하는 것인 경우의 광원(12A)은, 1200㎚보다 크고, 예를 들면 1300㎚정도의 파장대의 레이저광을 출력한다. 또한, OBIC 화상이나 LADA(Laser Assisted Device Alteration) 화상을 취득하는 경우의 광원(12A)은, 반도체 디바이스(2)가 전하(캐리어)를 발생시키는 파장역의 광을 출력할 필요가 있고, 1200㎚ 이하의 광을 출력하며, 예를 들면 1064㎚정도의 파장대의 레이저광을 출력한다. 광원(12A)으로부터 출력되는 광은, 인코히런트(incoherent, 비(非)코히런트)한 광이어도 된다. 인코히런트한 광을 출력하는 광원(12A)으로서는, SLD(Super Luminescent Diode), ASE(Amplified Spontaneous Emission), 및 LED(Light Emitting Diode) 등을 이용할 수 있다. 광원(12A)으로부터 출력된 광은, 편광 보존 싱글 모드 광 커플러(도시하지 않음) 및 프로브광용 편광 보존 싱글 모드 광 파이버를 통해서 관찰용 광학계(13A)에 유도되어, 반도체 디바이스(D)에 조사된다. 관찰용 광학계(13A)는 광 주사부(16) 및 대물렌즈를 가지고 있다. 광 주사부(16)는 반도체 디바이스(D)의 이면(D1) 상의 조사 스폿(spot)을 주사한다. 광 주사부(16)는 예를 들면 갈바노 미러나 MEMS 미러 등의 광 주사 소자에 의해서 구성되어 있다. 대물렌즈는 광 주사부(16)에 의해서 유도된 광을 조사 스폿에 집광한다.
반도체 디바이스(D)에 전기적으로 접속된 전기신호 검출기(52)에서는, 레이저광에 따라 반도체 디바이스(D)에서 생긴 전기신호가 검출된다. 전기신호 검출기(52)는 검출한 전기신호에 따른 전기신호 특성치를 계산기(21A)에 출력한다. 또한, 광 센서(15A)(광 검출기)는 레이저광에 따른 반도체 디바이스(D)의 반사광을 검출하고, 검출 신호를 계산기(21A)에 출력한다. 광 센서(15A)는, 예를 들면, 포토다이오드, 애벌란시(avalanche) 포토다이오드, 광전자 증배관, 또는 영역(area) 이미지 센서 등이다.
계산기(21A)의 해석부(21x)는 전기신호 특성치를, 제어부(21b)가 제어하는 광 주사부(16)에 따른 레이저광의 주사 위치에 관련지어 화상화(畵像化)한 전기신호 화상을 생성한다. 또한, 해석부(21x)는 검출 신호에 기초하여 광학 반사상을 생성한다. 그리고, 해석부(21x)는 광학 반사상에 전기신호 화상을 중첩시킨 중첩 화상을 해석 화상으로서 생성한다. 해석 화상으로부터 고장 지점을 특정하는 처리에 대해서는, 제1 실시 형태와 같다.
전기신호 화상이란, 예를 들면, 광 기전류(光起電流) 화상인 OBIC 화상, 전기량 변화 화상인 OBIRCH 화상, 정오(正誤) 정보 화상인 SDL 화상 및 LADA 화상 등이다. OBIC 화상이란, 레이저 조사에 의해서 생긴 광 기전류를 검출하여, 광 기전류의 전류치 또는 전류 변화치를 전기신호 특성치로서 화상화한 화상이다. OBIRCH 화상이란, 반도체 디바이스(D)에 일정한 전류를 인가한 상태에서 레이저 조사함으로써, 반도체 디바이스(D)에 있어서의 조사 위치의 저항값을 변화시켜, 해당 저항값의 변화에 따른 전압치 또는 전압의 변화치를 전기신호 특성치로서 화상화한 화상이다. 또한, OBIRCH 화상은, 반도체 디바이스(D)에 일정한 전압을 인가한 상태에서 레이저 조사함으로써, 반도체 디바이스(D)에 있어서의 조사 위치의 저항값을 변화시켜, 해당 저항값의 변화에 따른 전류의 변화치를 전기신호 특성치로서 화상화한 화상이어도 된다. SDL 화상은, 반도체 디바이스(D)에 테스트 패턴 등의 자극 신호를 인가한 상태에서 캐리어가 여기(勵起)되지 않는 파장의 레이저를 조사하여 오동작 상태를 검출하고, 해당 오작동 상태에 관련되는 정보(예를 들면 PASS/FAIL 신호)를 전기신호 특성치로서 휘도 카운트로 변환하여, 정보 화상화한 화상이다. LADA 화상은, 반도체 디바이스(D)에 테스트 패턴 등의 자극 신호를 인가한 상태에서 캐리어를 여기하는 파장의 레이저를 조사하여 오동작 상태를 검출하고, 해당 오작동 상태에 관련되는 정보(예를 들면 PASS/FAIL 신호)를 전기신호 특성치로서 휘도 카운트로 변환하여, 정보 화상화한 화상이다.
마킹 처리 중에 있어서는, 광원(12A)이 반도체 디바이스(D)의 이면(D1) 측에 조사되는 광을 출력한다. 그리고, 관찰용 광학계(13)는 광원(12A)으로부터 출력된 광을 반도체 디바이스(D)의 이면(D1)에 조사한다. 관찰용 광학계(13)는 조사된 광에 따른 반도체 디바이스(D)로부터의 반사광을 광 센서(15A)에 전달한다. 광 센서(15A)는 반사광을 검출하여 검출 신호를 계산기(21A)에 출력한다. 그리고, 해석부(21x)는 검출 신호에 기초하여 광학 반사상인 패턴 화상을 생성한다. 패턴 화상을 생성한 후의 처리에 대해서는, 제1 실시 형태와 같다.
[제3 실시 형태]
다음으로, 도 6을 참조하여, 제3 실시 형태에 따른 검사 장치(1B)에 대해 설명한다. 또한, 본 실시 형태의 설명에서는 상술한 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태와 다른 점에 대해 주로 설명한다.
제3 실시 형태에 따른 검사 장치(1B)는 EOP 또는 EOFM(Electro-Optical Frequency Mapping)이라고 칭해지는 광 프로빙 기술에 의해 고장 위치를 특정한다.
제3 실시 형태에 따른 검사 장치(1B)에서는, 광원(12A)으로부터의 광이 반도체 디바이스(D)에 주사되고, 반도체 디바이스(D)로부터의 반사광이 광 센서(15A)에 검출된다. 해당 반사광이 계산기(21B)에 출력되고, 해석부(21y)에 의해서 광학 반사상이 생성된다. 다음으로, 테스터 유닛(11)으로부터 반도체 디바이스(D)에 대해서 테스트 패턴 등의 자극 신호가 반복해서 인가된 상태에 있어서, 표시부(22)에 표시된 광학 반사상에 기초하여 유저가 선택해서 입력부(23)에 의해 입력된 조사 스폿에, 광원(12A)으로부터 출력된 광이 조사된다. 광원(12A)으로부터 출력되는 광의 파장은, 예를 들면 530㎚ 이상이며, 예를 들면 1064㎚ 이상이다. 그리고, 반도체 디바이스(D) 내의 소자의 동작에 따라 변조된 반사광이 광 센서(15A)에 있어서 검출되고, 검출 신호로서 계산기(21B)에 출력된다. 해석부(21y)에서는 검출 신호에 기초하여 신호 파형이 생성되고, 표시부(22)에 해당 신호 파형이 표시된다. 그리고, 상술한 광학 반사상에 기초하여 조사 스폿을 바꾸면서 관찰한 해당 신호 파형으로부터 고장 지점을 찾음으로써, 상술한 광학 반사상을 해석 화상으로서 이용할 수 있다.
또한, 해석부(21y)는 검출 신호와 테스트 패턴 등의 자극 신호와의 위상차 정보를, 조사 위치에 관련지어 화상화한 전기 광학 주파수 매핑 화상(EOFM 화상)을 생성해도 된다. 이 경우, 위상차 정보는 검출 신호로부터 추출한 AC 성분으로부터 구할 수 있다. 또한, AC 성분과 동시에 추출한 DC 성분을 조사 위치에 관련지어 화상화함으로써 광학 반사상을 얻을 수 있다. 그리고, 광학 반사상에 EOFM 화상을 중첩시킨 중첩 화상을 해석 화상으로서 이용할 수 있다.
[제3 실시 형태의 변형예]
다음으로, 도 8을 참조하여, 제3 실시 형태의 변형예에 따른 검사 장치(1D)에 대해 설명한다. 또한, 본 실시 형태의 설명에서는 상술한 제3 실시 형태와 다른 점에 대해 주로 설명한다.
제3 실시 형태의 변형예에 따른 검사 장치(1D)는, 광 자기 프로빙 기술에 의해 고장 위치를 특정한다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 제3 실시 형태의 변형예에 따른 검사 장치(1D)는, 검사 장치(1B)와 비교하여, 자기 광학 결정(MO결정)(17)을 구비하고, 또한, 관찰용 광학계(13B)가 광 분할 광학계(18)를 구비하고 있는 점에서 다르다. 자기 광학 결정(17)은 반도체 디바이스(D)에 대해서 임의로 배치 가능한 구성으로 되어 있다. 처음에, 검사 장치(1D)에서는, 자기 광학 결정(17)을 대물렌즈 및 반도체 디바이스(D)의 사이에 배치하지 않은 구성으로 전환하여, 제2 실시예나 제3 실시 예와 같이, 광학 반사상을 생성할 수 있다. 다음으로, 자기 광학 결정(17)을 대물렌즈 및 반도체 디바이스(D)의 사이에 배치하는 구성으로 전환하여, 테스트 패턴 등의 자극 신호가 인가되어 있는 반도체 디바이스(D)에 자기 광학 결정(17)을 당접(當接)시킨다. 그리고, 광원(12A)으로부터의 광이 광 분할 광학계(18) 및 광 주사부(16)를 통해서 자기 광학 결정(17)에 조사되고, 그 반사광이 광 센서(15A)에 검출된다. 반도체 디바이스(D)에서는, 테스트 패턴 등의 자극 신호의 인가에 의해서 전류가 흐르면, 주위의 자계가 변화하여 자기 광학 결정(17)에서 반사되는 광의 편광 상태가 변화한다. 편광 상태의 변화에 따라 강도가 변화한 광은, 광 분할 광학계(18)를 통해서 광 센서(15A)에 입력된다. 이와 같이, 편광 상태의 변화에 따라 강도가 변화한 광이 광 센서(15A)에 의해서 검출되고, 검출 신호로서 계산기(21B)에 출력됨으로써, 자기 광학 화상이 생성된다. 그리고, 광학 반사상에 자기 광학 화상을 중첩시킨 중첩 화상을 해석 화상으로서 이용해도 된다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되지 않는다.
예를 들면, 레이저광이 메탈층(ME)을 관통하여, 기판(SiE)에 있어서의 메탈층(ME)에 접하는 면이 노출하는 정도까지 레이저 마킹이 행해진다고 하여 설명했지만 이것으로 한정되지 않고, 레이저 마킹에 의한 구멍의 깊이는 마크 이미지가 패턴 화상에 나타나는 정도이면 된다. 구체적으로는, 예를 들면, 메탈층(ME)을 관통하여 기판(SiE)에 있어서의 메탈층(ME)에 접하는 면이 노출된 후에도 레이저 마킹이 더 행해져도 된다. 예를 들면 메탈층(ME)의 두께가 10㎛, 기판(SiE)의 두께가 500㎛인 경우에, 기판(SiE)에 있어서의 메탈층(ME)에 접하는 면으로부터 1㎛정도 더 깊게, 레이저 마킹에 의한 구멍이 형성되어도 된다. 또한, 레이저 마킹은 반드시 메탈층(ME)을 관통하도록 행해지지 않아도 된다. 예를 들면 메탈층(ME)의 두께가 10㎛, 기판(SiE)의 두께가 500㎛인 경우에, 레이저 마킹에 의한 구멍이 형성된 지점의 메탈층(ME)의 두께가 50㎚정도로 되어, 구멍이 기판(SiE)에 있어서의 메탈층(ME)에 접하는 면에 도달 하지 않아도 된다.
또한, 패턴 화상의 생성은 레이저 마킹이 행해지고 있는 동안에 행해진다고 하여 설명했지만 이것으로 한정되지 않는다. 즉, 예를 들면, 레이저광의 출력이 정지하고 있을 때, 패턴 화상이 생성되어도 된다. 이 경우, 레이저광의 출력과, 레이저광의 정지 즉 패턴 화상의 생성이, 소정의 간격으로 번갈아 행해져도 된다.
또한, 레이저 광원(31)으로부터 출력되는 레이저광의 파장이 1000나노미터 이상의 경우는, 관찰용 광학계(13)(13A, 13B)는 해당 파장의 레이저광만을 차단하는 광학 필터를 가져도 된다. 이 때문에, 레이저 광원(31)으로부터 출력된 레이저광이 반도체 디바이스(D)의 기판(SiE)을 투과한 경우여도, 해당 레이저광이 관찰용 광학계(13)에 있어서 차광되므로, 레이저광에 의해서 2차원 카메라(15) 등의 광 검출기가 파괴되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 레이저 광원(31)으로부터 출력되는 레이저광의 파장이 1000나노미터 미만이어도 된다. 이 경우, 예를 들면 반도체 디바이스(D)가 실리콘 기판 등의 기판에 의해 구성되어 있는 경우에는, 기판에 레이저광이 흡수되게 되므로, 상기 광학 필터 등을 구비하는 일 없이, 2차원 카메라(15) 등의 광 검출기가 레이저광에 의해 파괴되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 테스터 유닛(11)을 이용하여 반도체 디바이스(D)에 자극 신호를 인가하는 것에 한정하지 않고, 반도체 디바이스(D)에 전압이나 전류를 인가하는 장치를 자극 신호 인가부로서 이용하여 반도체 디바이스(D)에 자극 신호를 인가해도 된다.
1, 1A, 1B, 1C, 1D…검사 장치, 12,12A…광원(제2 광원),
13, 13A, 13B…관찰용 광학계, 15…2차원 카메라(광 검출기),
15A…광 센서(광 검출기), 15B…적외선 카메라(광 검출기),
21B…제어부(마킹 제어부),
21C, 21x, 21y, 21z…해석부(화상 처리부),
31…레이저 광원(제1 광원), 32…레이저 마킹용 광학계,
D…반도체 디바이스, ME…메탈층,
SiE…기판.

Claims (13)

  1. 기판 상에 메탈층이 형성된 반도체 디바이스에 레이저 마킹을 행하는 검사 장치로서,
    레이저광을 출력하는 제1 광원과,
    상기 제1 광원이 출력한 레이저광을, 상기 메탈층 측으로부터 상기 반도체 디바이스에 조사하는 레이저 마킹용 광학계와,
    상기 제1 광원을 제어함으로써, 상기 레이저 마킹을 제어하는 마킹 제어부와,
    상기 반도체 디바이스의 상기 기판 측에 배치되어, 상기 반도체 디바이스로부터의 광을 전달하는 관찰용 광학계와,
    상기 관찰용 광학계를 통해서, 상기 반도체 디바이스로부터의 광을 검출하여 검출 신호를 출력하는 광 검출기와,
    상기 검출 신호에 기초하여 상기 반도체 디바이스의 패턴 화상을 생성하는 화상 처리부를 구비하고,
    상기 마킹 제어부는, 상기 레이저 마킹에 의해서 형성되는 마크 이미지가 상기 패턴 화상에 나타날 때까지 상기 레이저 마킹이 행해지도록, 상기 레이저광의 조사를 제어하는 검사 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 마킹 제어부는, 상기 레이저광이 상기 메탈층을 관통할 때까지 상기 레이저 마킹이 행해지도록, 상기 레이저광의 조사를 제어하는 검사 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 화상 처리부는 상기 레이저광에 의한 상기 레이저 마킹이 행해지고 있는 동안에 상기 패턴 화상을 생성하는 검사 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    조명광을 출력하는 제2 광원을 더 구비하고,
    상기 광 검출기는 상기 반도체 디바이스에 있어서 반사된 상기 조명광을 촬상하는 2차원 카메라인 검사 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 검출기는 상기 반도체 디바이스로부터의 열선을 촬상하는 적외선 카메라인 검사 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    광을 출력하는 제2 광원을 더 구비하고,
    상기 관찰용 광학계는 광 주사부를 가지며, 상기 제2 광원으로부터 출력된 광을 상기 기판 측으로부터 상기 반도체 디바이스에 주사하는 것과 함께, 해당 주사된 광에 따라 상기 반도체 디바이스로부터 반사된 광을 상기 광 검출기에 전달하는 검사 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 광원은 파장이 1000나노미터 이상의 상기 레이저광을 출력하고,
    상기 관찰용 광학계는 상기 레이저광의 파장을 포함하는 광을 차단하는 광학 필터를 가지는 검사 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 광원은 파장이 1000나노미터 미만의 상기 레이저광을 출력하는 검사 장치.
  9. 기판 상에 메탈층이 형성된 반도체 디바이스에 레이저 마킹을 행하는 검사 방법으로서,
    상기 메탈층 측으로부터 상기 반도체 디바이스에 레이저광을 조사하여 레이저 마킹을 행하는 스텝과,
    상기 반도체 디바이스의 상기 기판 측에 배치된 관찰용 광학계를 이용하여 상기 반도체 디바이스로부터의 광을 광 검출기로 유도하는 스텝과,
    상기 반도체 디바이스로부터의 광에 따라 상기 광 검출기로부터 출력된 검출 신호에 기초하여, 상기 반도체 디바이스의 패턴 화상을 생성하는 스텝을 포함하고,
    상기 레이저 마킹을 행하는 스텝에서는 상기 레이저 마킹에 의해서 형성되는 마크 이미지가 상기 패턴 화상에 나타날 때까지, 상기 레이저광의 조사가 실행되는 검사 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 레이저 마킹을 행하는 스텝은 상기 레이저광이 상기 메탈층을 관통할 때까지 상기 레이저 마킹을 행하는 것을 포함하는 검사 방법.
  11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 패턴 화상을 생성하는 스텝은 상기 레이저 마킹이 행해지고 있는 동안에 상기 패턴 화상을 생성하는 것을 포함하는 검사 방법.
  12. 청구항 9 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저광은 파장이 1000나노미터 이상이며,
    상기 관찰용 광학계는 상기 레이저광의 파장을 포함하는 광을 차단하는 광학 필터를 가지는 검사 방법.
  13. 청구항 9 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저광은 파장이 1000나노미터 미만인 검사 방법.
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