专利名称：故障解析装置的制作方法
技术领域：
该发明涉及利用了固态浸没透镜的故障解析装置。
背景技术：
随着LSI等半导体装置的多层布线化，从半导体基片上面的评价、解析变得困难，而从从半导体基片背面着手的方法成为必须。作为从背面着手的主要故障解析方法，有通过检测从电流泄漏处发生的微弱光来进行故障解析的发光解析(也称为“放射解析”)、通过把由激光束的照射而发生的起动电流或电源电流的变化转换成像来确定故障处的OBIC(光起动电流)解析以及OBRCH(Optical Beam InducedResistance CHange)解析，并且进一步还有照射激光束并捕捉其反射光的强度或相位变化，由此观测任意位置的电位波形的激光电压探测(LVP)解析等。从这些半导体基片背面着手的故障解析(以下简单称为“背面解析”)，由于需要经厚度为100μm的半导体基片来检测在其上面形成的半导体元件，所以通常利用穿透硅的红外光。然而，采用的红外光波长为1μm，因此空间鉴别力实效为0.7μm以上，因背面解析的应用而不得不牺牲像鉴别力。
于是，作为改善空间鉴别力的技术，在非专利文献1中提出了采用由硅构成的固态浸没透镜(Solid Immersion Lens，以下有时称“SIL”)的技术方案。此技术通过使光介质的折射率增加来获得超越由光的波长所限制的衍射界限的分辨率。
根据非专利文献1中记载的技术，使大致半球状的SIL粘附在半导体基片的背面，把透过硅的光经相关SIL射入半导体基片，由此比没有SIL的情况可以飞跃性地扩大聚光角。鉴别力d用d＝λ/(2nsinθ)表示，用n sinθ表示的数值口径NA因SIL的应用理想上可提高到折射率n的平方倍。这里的θ和λ分别表示聚光角的半角和光的波长。
然而，在非专利文献1中记载的技术中，存在如果在半导体基片与SIL之间产生缝隙，则鉴别力大幅度下降的问题。于是，在专利文献1中记载了对半导体基片进行加工，在其表面形成大致半球状的凸部，并把该凸部作为SIL来使用，由此来一体形成SIL和半导体基片的技术。
在专利文献1中记载的技术中，由于一体形成了作为SIL起作用的凸部和半导体基片，因此不会在SIL与半导体基片之间产生缝隙，而与非专利文献1中记载的技术相比鉴别力得到了提高。
另外，对半导体基片的背面解析采用SIL的技术在非专利文献2、3中也有记载。
特开2002-189000号公报[非专利文献1]S.B.Ippolito et al.，“High spatial resolution subsurfacemicroscopy”，Applied Physics Letters，Vol.78，No.26，June 2001，pp.4071-4073[非专利文献2]寺田，“固态浸没透镜的有效性”，浜松ホトニクス主持，第14回半导体工厂讲演资料[非专利文献3]吉田等3人，“激光电压探测(LVP)解析的高品格化”，LSI测试讨论会/2002，平成14年，予稿集，pp.143-148发明内容通常对半导体晶片或是对从半导体晶片切出的、未进到封装内的半导体芯片进行背面解析时，在透光的台上把取样的背面侧朝下放置。然后使探头接触设置在取样上面的电极焊点以使该取样呈通电状态，经台检测来自背面的光或照射光。
然而，在非专利文献1中记载的技术中，由于在半导体基片的背面上载置大致半球状的SIL，因此，该SIL从半导体基片的背面突出，在台上难以稳定地放置取样。
另一方面，在专利文献1中记载的技术中，由于刻沟半导体基片并把其背面局部加工成部分球面状，因此与非专利文献1中记载的技术不同，SIL不从半导体基片的背面突出。因此可以在台上稳定地载置取样。然而，在专利文献1中记载的技术中，因为是加工半导体基片本身，所以不能使作为SIL起作用的凸部移动。即不能移动解析视场。
于是，本发明是为了解决上述问题而做，目的在于提供一种能在台上稳定地放置取样，并且可移动解析视场的故障解析技术。
本发明的第1故障解析装置，包括解析用板，具有放置取样的第1主面和其相反侧的第2主面；故障检测部，具有光学系统，利用所述光学系统来检测在所述取样内发生的故障，其中，在所述解析用板的所述第2主面设置有凹部，在所述凹部的底面设置有不突出出所述第2主面并作为固态浸没透镜起作用的凸部，所述故障检测部从所述解析用板的所述第2主面侧通过所述凸部对所述取样照射光，或者通过所述凸部检测来自所述取样的光。
而且，本发明的第2故障解析装置，包括固态浸没透镜；台，具有第1主面和其相反侧的第2主面，嵌入有所述固态浸没透镜；故障检测部，具有光学系统，利用所述光学系统来检测在取样内发生的故障，其中，所述固态浸没透镜表面的一部分与所述台的所述第1主面共同呈平坦状并从第1主面露出，所述取样载放在所述台的所述第1主面及所述固态浸没透镜的所述表面的一部分上，所述故障检测部从所述台的所述第2主面侧通过所述台及所述固态浸没透镜对所述取样照射光，或者通过所述固态浸没透镜及所述台检测来自所述取样的光。
图1是表示本发明实施方式1的故障解析装置结构的附图。
图2是表示本发明实施方式1的故障解析装置结构的附图。
图3是表示作为解析对象的取样1的平面图。
图4是表示本发明实施方式1的解析用板的平面图。
图5是表示本发明实施方式1的故障解析装置结构的附图。
图6是表示本发明实施方式1的故障解析装置变形例结构的附图。
图7是表示本发明实施方式2的故障解析装置结构的附图。
图8是表示本发明实施方式2的故障解析装置结构的附图。
图9是表示本发明实施方式2的故障解析装置结构的附图。
图10是表示本发明实施方式3的故障解析装置结构的附图。
图11是表示本发明实施方式3的故障解析装置结构的附图。
图12是表示本发明实施方式3的故障解析装置结构的附图。
图13是表示本发明实施方式3的故障解析装置结构的附图。
图14是表示本发明实施方式4的解析用板的平面图。
图15是表示本发明实施方式4的台的平面图。
图16是表示本发明实施方式5的故障解析装置结构的附图。
图17是表示本发明实施方式5的故障解析装置结构的附图。
图18是表示本发明实施方式5的故障解析装置结构的附图。
图19是表示本发明实施方式6的故障解析装置结构的附图。
图20是表示本发明实施方式7的故障解析装置结构的附图。
1取样，1a半导体基片，1aa、1ab、2a、2b、11a、11b主面，1b器件形成层，1c半导体芯片，2解析用板，2c凹部，2ca底面，2d凸部，2da部分球面，10、210、310、610、SIL驱动部，11台，11c凸部，20、25故障检测部，21a、26a光学系统，30取样支撑夹具，40、740探测器，42探针，60固态浸没透镜，60a平面部分，60b部分球面部分，90光，91激光，100、101、200、300、600、700故障解析装置，745探头·取样驱动部具体实施方式
实施方式1图1是表示本发明实施方式1的故障解析装置100的结构的附图，图2是把图1所示的结构部分放大进行表示的附图。如图1、2所示，本实施方式1的故障解析装置100是一种可对取样1进行发光解析的故障解析装置，包括具有SIL的解析用板2、SIL驱动部10、故障检测部20、显微镜驱动部23、取样支撑夹具30、探测器40、测试器50。在图1、2中表示出取样1、解析用板2、取样支撑夹具30，涉及后述的台11、卡盘12和探头卡41表示出了其断面构造。
图3是表示故障解析装置100的作为解析对象的取样1的结构的平面图。如图1~3所示，取样1是有多个半导体芯片1c的半导体晶片，具有半导体基片1a和在半导体基片1a的一方主面1aa上设置的器件形成层1b。在器件形成层1b形成有未图示的MOS晶体管等的半导体元件、层间绝缘膜、接触插塞、布线等。而且，半导体基片1a比如是硅基片。在此，虽然作为取样1采用了形成有多个半导体芯片1c的半导体晶片，但也可以把从半导体晶片切出的半导体芯片1c单体作为取样1。
解析用板2比如由硅构成，有主面2a和相反侧的主面2b。如图1、2所示，在解析用板2的主面2b设置有凹部2c。而且，在凹部2c的底面2ca形成有作为hemisphere型SIL起作用的球冠状凸部2d，其凸部2d的表面呈部分球面2da。该凹部2c和凸部2d通过从其主面2b刻沟解析用板2而一体形成。因此，作为SIL起作用的凸部2d不比未形成半导体基片1a的凹部2c的主面2b突出。另外，图4表示从主面2b侧看解析用板2的平面图。
取样1被放置在解析用板2的主面2a上，并且其半导体基片1a的主面1ab位于解析用板2侧。此时，取样1与解析用板2贴靠放置。由于解析用板2与取样1的半导体基片1a都由硅构成，所以作为hemisphere型SIL起作用的凸部2d的部分球面2da的中心O的位置如图2所示，被设定于在解析用板2上设置的半导体基片1a的主面1aa上。而且，解析用板2的厚度Tplate以及半导体基片1a的厚度Tsi被设定为满足下式。在此，下式中的R表示凸部2d的部分球面2da的半径。
Tplate+Tsi＞RSIL驱动部10具有台11、在其两端支撑台11的卡盘12、使卡盘12移动的卡盘驱动部13。如图2所示，台11有主面11a和其相反测的主面11b，由透光材料比如透明石英玻璃构成。而且，在台11的主面11a上放置解析用板2，并且其主面2b朝向台11侧。
解析用板2也可以将其主面2b朝下被放置在卡盘12的上面上。卡盘12与台11同样由透光材料比如透明石英玻璃构成，并通过真空吸附把解析用板2固定在台11上。具体是在卡盘12的内部设有朝向其上面开口的排气孔12a，盖住该排气孔12a把解析用板2放置到卡盘12上。然后，通过把排气孔12a内的空气排出到卡盘12的外侧来使解析用板2真空吸附在卡盘12上。其结果，解析用板2被固定在台11上。
卡盘驱动部13可使卡盘12相对台11的主面11a平行移动。并且进一步卡盘驱动部13还可使卡盘12沿垂直于台11的主面11a的方向移动。由于台11被卡盘12支撑，所以通过使卡盘12移动，台11也随其一起移动。而且，由于解析用板2被固定在台11上，所以通过使卡盘12移动，解析用板2也随其一起移动。因此，卡盘驱动部13如果使卡盘12相对台11的主面11a平行移动，则解析用板2相对其主面2a平行移动，如果使卡盘12沿垂直于台11的主面11a的方向移动，则解析用板2沿垂直于其主面2a的方向移动。
这样，解析用板2通过SIL驱动部10的动作，可以相对其主面2a平行移动，而且可以沿垂直于其主面2a的方向移动。
探测器40具有探头卡41、与其连接的探针42、探头驱动部43。探头卡41和探针42被配置在解析用板2上的取样1的上方。探头驱动部43可以使探头卡41相对解析用板2的主面2a平行移动，由此，探针42也可相对解析用板2的主面2a平行移动。而且进一步，探头驱动部43可以使探头卡41沿垂直于解析用板2的主面2a的方向移动，由此，探针42也可沿垂直于解析用板2的主面2a的方向移动。背面解析时，通过探头驱动部43使探头卡41移动，探针42接触设置在取样1的器件形成层1b的电极焊点(未图示)。
测试器50生成故障解析时需要的测试图案，并把其送到探头卡41。探头卡41经探针42把相关测试图案外加到取样1，付与取样1规定的电信号。
故障检测部20包括光学显微镜21和显示部22，其中光学显微镜21具有含物透镜等的光学系统21a及光检测部21b，并且，光学显微镜21被配置在台11的下方。
光学显微镜21的光检测部21b可以检测光子级的非常微弱的光，由光电倍增管或摄像元件等构成。而且，从取样1的器件形成层1b内的电流泄漏处发生的光90通过半导体基片1a、解析用板2、台11以及光学系统21a输入到光检测部21b。
显微镜驱动部23可以使光学显微镜21相对解析用板2的主面2a平行移动，而且进一步可以使光学显微镜21沿垂直于解析用板2的主面2a的方向移动。
取样支撑夹具30独立于解析用板2，通过真空吸附从其上面来支撑取样1。取样支撑夹具30在其内部有排气孔30a，被置于取样1的上面的端部之上且其一端由取样1堵塞。而且，通过把排气孔30a内的空气排出取样支撑夹具30的外部，取样支撑夹具30真空吸附取样1。
在此，本实施方式的故障解析装置100的结构部件中，除了卡盘驱动部13、显示部22、显微镜驱动部23、探头驱动部43以及测试器50以外，都被包含在一个壳体(未图示)内。而且，取样支撑夹具30安装在所述壳体上，在所述壳体内的其位置被固定。因此，即使在解析用板2、探针42移动时，取样支撑夹具30也不移动，从而由其支撑的取样1也不移动。
另外，卡盘驱动部13、显微镜驱动部23以及探头驱动部43基于同一XYZ正交座标系分别使卡盘12、光学显微镜21以及探头卡41移动。该XYZ正交座标系比如用与解析用板2的主面2a和台11的主面11a平行的X轴及Y轴、以及沿垂直于它们的方向延伸的Z轴来定义。而且，该XYZ正交座标系的X座标、Y座标及Z座标的值被从外部指定，卡盘驱动部13、显微镜驱动部23以及探头驱动部43分别使卡盘12、光学显微镜21以及探头卡41移动到该位置。以下把该XYZ正交座标系称为“XYZ正交座标系Q”。
接着，利用本实施方式1的故障解析装置100，来说明对取样1进行发光解析的方法。
首先，如上所述，把取样1放置到固定于台11上的解析用板2之上。然后，由卡盘驱动部13使卡盘12沿垂直于台11的主面11a的方向移动，并使取样1与取样支撑夹具30接触。由此，在取样1的上面上配置取样支撑夹具30，取样支撑夹具30的排气孔30a的一端被取样1堵塞。
接下来，把排气孔30a内的空气从其它端排出，使取样1吸附在取样支撑夹具30。由此，取样1以贴靠在解析用板2的状态被取样支撑夹具30支撑，取样1的位置被固定。
接下来，由卡盘驱动部13使卡盘12相对台11的主面11a平行移动，使解析用板2相对其主面2a平行移动。并且当作为SIL起作用的凸部2d到达进行故障解析的半导体芯片1c的规定区域的下方后，停止卡盘12的移动。
接下来，由显微镜驱动部23使光学显微镜21相对解析用板2的主面2a平行移动，并把光学系统21a及光检测部21b配置到解析用板2的凸部2d的下方。然后，由显微镜驱动部23使光学显微镜21沿垂直于解析用板2的主面2a的方向移动，以使光学系统21a与解析用板2的凸部2d成规定的距离。
接下来，由探头驱动部43使探针42接触到设置于半导体芯片1c的电极焊点(未图示)。然后，由测试器50生成规定的测试图案并送到探头卡41，探头卡41经探针42把该测试图案外加到取样1。由此，规定的电信号被外加到取样1，从而取样1成为动作状态。
接下来，由光学显微镜21通过解析用板2的凸部2d和台11检测从半导体芯片1c的器件形成层1b内的电流泄漏处发生的光90。在光学显微镜21，被输入的光90由光学系统21a聚光，并由光检测部21b的电子倍增管转换成光电子。然后，该光电子被光倍增管电子倍增，再次转换成光，并被输入到摄像元件。摄像元件把光90的发光位置以及发光强度作为检测数据输出到显示部22。显示部22以从光检测部21b接收到检测数据为基础，将从电流泄漏处发生的光90的发光位置及发光强度作为发光像在监视器(未图示)上显示。另外，此时在显示部22，预先作为数据存储的取样1的图案像也被显示在监视器上。由此，图案像与发光像被重合显示。
这样，在故障检测部20采用光学系统21a检测在器件形成层1b内发生的故障。另外，在本实施方式1中，如图2所示，把凸部2d的部分球面2da的中心O位置和针对光90的取样1内的焦点位置(aplanatic point)设定在相同位置。总之，在本实施方式1中，焦点位置位于半导体基片1a的主面1aa上。而且，由于凸部2d作为hemisphere型SIL起作用，所以如图2所示，从电流泄露处发生的光90在凸部2d的表面不折射而直向光学系统21a。
接下来，以显示部22的监视器所显示的发光像及图案像为基础，进行取样1的故障解析。具体是根据监视器所显示的发光像的位置或其亮度等，来进行故障位置的确定或故障模式的确定等。由此，可检测出取样1具有的氧化膜的缺陷或布线的断线等。而且，也可以检测出伴随电流泄露的取样1的功能故障等。
半导体芯片1c的规定区域的故障解析结束后，由探头驱动部43使探头卡41移动，以使探针42与取样1脱离接触。然后，使解析用板2相对其主面2a平行移动，使凸部2d位于同一半导体芯片1c的其它区域的下方。然后，用上述方法对相关区域进行故障解析。对一个半导体芯片1c完成了故障解析后，使解析用板2移动，接着对其它的半导体芯片1c进行故障解析。
这样，依据本实施方式1的故障解析装置100，由于独立于取样1配置了具有作为SIL起作用的凸部2d的解析用板2，所以可以使针对取样1的器件形成层1b内的解析处的凸部2d的位置移动。所以，可以移动解析视场，能够简单地进行任意位置的故障解析。
而且，由于作为SIL起作用的凸部2d未比解析用板2的主面2b突出，因此如本实施方式1，可以把解析用板2夹在其间，在台11上稳定地载放取样1。
另外，在本实施方式1中，由于取样支撑夹具30独立于解析用板2支撑取样1，所以即使在移动解析用板2的情况下，取样1也不会移动。因此，很容易进行作为SIL起作用的凸部2d的针对解析处的位置照准。
而且，在本实施方式1中，虽然在解析用板2设置了作为hemisphere型SIL起作用的凸部2d，但取而代之，如图5所示，也可以设置作为super-sphere型SIL起作用的凸部2d。这种情况下，凸部2d的部分球面2da的中心O被设置在与取样1内的焦点位置不同的位置。即如果设半导体基片1a的折射率为n，则凸部2d的部分球面2da的中心O的位置被设置在从半导体基片1a的主面1aa向其内部在厚度方向上距离R/n之处，焦点位置设置在半导体基片1a的主面1aa上。并且，由于凸部2d是作为super-sphere型SIL起作用，因此如图5所示，从电流泄露处发生的光90在凸部2d的表面折射。另外，当凸部2d作为super-sphere型SIL起作用时，解析用板2的厚度Tplate以及半导体基片1a的厚度Tsi被设定为满足下式。
Tplate+Tsi＞R(1+1/n)在本实施方式1中，虽然对进行发光解析的故障解析装置100进行了说明，但对于进行OBIC解析或OBRCH解析的故障解析装置、以及进行激光电压探测解析的故障解析装置来说，也可以应用本发明。总之，通过解析用板2的凸部2d对取样1照射激光，可以进行OBIC解析或OBRCH解析，通过解析用板2的凸部2d对取样1照射激光，通过凸部2d检测在取样1的反射光，可以进行激光电压探测解析。以下，作为在通过解析用板2的凸部2d对取样1照射光进行故障解析的装置中应用本发明的代表例，对在进行OBIC解析的故障解析装置中应用本发明的情况进行说明。
图6是表示本实施方式1变形例的故障解析装置101结构的附图。故障解析装置101是对取样1进行OBIC解析的故障解析装置，取代在图1所示的故障解析装置100中的故障检测部20，而具有故障检测部25。
故障检测部25包括光学显微镜26和连接于探针42的电流检测器27以及显示部28，其中光学显微镜26具有含物透镜等的光学系统26a及激光光源26b，并且，光学显微镜26被配置在台11的下方。而且，显微镜驱动部23可以使光学显微镜26相对解析用板2的主面2a平行移动，而且进一步可以使光学显微镜26沿垂直于解析用板2的主面2a的方向移动。关于其它结构，均与图1所示的故障解析装置100相同因此省略说明。
下面，利用故障解析装置101，来说明对取样1进行OBIC解析的方法。
首先，与上述的发光解析时一样，把取样1放置到固定于台11上的解析用板2之上，由SIL驱动部10移动解析用板2，使取样1与取样支撑夹具30接触。然后，由取样支撑夹具30支撑取样1来使取样1的位置固定。
接下来，使解析用板2移动，配置凸部2d到进行故障解析的半导体芯片1c的规定区域的下方。然后，由显微镜驱动部23使光学显微镜26移动，并把光学系统26a及激光光源26b配置到凸部2d的下方。而且，由显微镜驱动部26使光学显微镜21沿垂直于解析用板2的主面2a的方向移动，以使光学系统26a与凸部2d成规定的距离。
接下来，使探针42接触到设置于半导体芯片1c的电极焊点，把由测试器50生成的测试图案经探针42外加到取样1。
接下来，由激光光源26b发生激光91，并把所述激光91输入到光学系统26a。激光91在光学系统26a被聚光，通过台11和解析用板2的凸部2d照射到取样1的器件形成层1b。激光91照射取样1后，在器件形成层1b内产生光电电流，所述光电电流经探针42被输入到电流检测器27。电流检测器27把所输入的光电电流放大并转换成亮度信息输入到显示部28。显示部28基于接收到亮度信息在监视器(未图示)显示OBIC像。另外，此时在显示部28，预先作为数据存储的取样1的图案像也被显示在监视器上。由此，图案像与OBIC像被重合显示，由故障检测部25检测在器件形成层1b内发生的故障。
这样，不仅是如发光解析通过凸部2d检测来自器件形成层1b的光的情况，即使是如OBIC解析通过凸部2d对器件形成层1b照射光的情况下，也可应用本发明。以下，有时把在发光解析中涉及的在器件形成层1b发生的光、在激光电压探测解析中涉及的在器件形成层1b的反射光等的来自器件形成层1b的光、在OBIC解析、OBRCH解析以及激光电压探测解析中涉及的对器件形成层1b照射的光总体称为“解析光”。
实施方式2图7是表示本发明实施方式2的故障解析装置200结构的附图。本实施方式2的故障解析装置200，取代在实施方式1的故障解析装置100中采用台11，而把解析用板2作为载放取样1的台来使用，并且还取代SIL驱动部10而具有SIL驱动部210。图7中，关于取样1、解析用板2、取样支撑夹具30、探头卡41和后述的卡盘212，表示它们的断面构造。
本实施方式2的解析用板2不仅具有由SIL提高鉴别力的功能，还作为载放取样1的台使用，因此，为了提高强度而比上述实施方式1的解析用板2形成得更厚。SIL驱动部210具有在其端部支撑解析用板2的卡盘212、使卡盘212的位置移动的卡盘驱动部213。取样1不仅放置在解析用板2上，也放置在卡盘212上。
卡盘驱动部213基于XYZ正交座标系Q，可以使卡盘212相对解析用板2的主面2a平行移动或在垂直于其主面2a的方向上移动。由此，解析用板2通过SIL驱动部210的动作，可以相对其主面2a平行移动，而且可以沿垂直于其主面2a的方向移动。有关其它结构均与实施方式1的故障解析装置100相同，因此省略其说明。
下面，利用本实施方式2的故障解析装置200来说明对取样1进行发光解析的方法。
首先，把取样1放置到由卡盘212支撑的解析用板2的主面2a上和卡盘212上。此时使取样1与解析用板2相互贴靠。然后，由卡盘驱动部213使卡盘212沿垂直于解析用板2的主面2a的方向移动，并使取样1与取样支撑夹具30接触。而且通过真空排气使取样1吸附在取样支撑夹具30。由此，取样1以贴靠在解析用板2的状态被取样支撑夹具30支撑进而取样1的位置被固定。
接下来，由卡盘驱动部213使卡盘212移动，使解析用板2相对其主面2a平行移动。当作为SIL起作用的凸部2d到达进行故障解析的半导体芯片1c的规定区域的下方后，停止卡盘212的移动。之后，与在实施方式1说明的解析方法相同，由显微镜驱动部23使光学显微镜21移动到规定位置，并把由测试器50生成的测试图案外加到取样1。
接下来，由光学显微镜21通过解析用板2的凸部2d检测从半导体芯片1c的器件形成层1b内的电流泄漏处发生的光90。并且，用光学显微镜21检测出的结果由显示部22接收，显示部22以此为基础，将从电流泄漏处发生的光90的发光位置及发光强度作为发光像在监视器(未图示)上显示。另外，此时在显示部22，预先作为数据存储的取样1的图案像也被显示在监视器上。由此，图案像与发光像被重合显示，由故障检测部20检测在器件形成层1b内发生的故障。然后，以在显示部22的监视器上显示的发光像以及图案像为基础，进行取样1的故障解析。
这样，在本实施方式2的故障解析装置200中，具有SIL的解析用板2被用于载放取样1的台，因此与实施方式1不同，不需要设置独立于解析用板2的台11。所以，不仅可以把取样1稳定地放在台上，同时可以减少故障解析装置200的材料成本。而且，由于不会发生在台11主面11a、11b的解析光的反射，因而背面解析时的光的利用效率得到改善。
另外，作为本实施方式2的解析用板2采用了由硅构成的板，但也可以采用比如透明石英玻璃构成的板。在这种情况下，作为SIL起作用的凸部形成在实施方式1中使用的石英玻璃台11的主面11b，与替代本实施方式2的解析用板2而使用相关台11的情况等效。
图8是表示本实施方式2的解析用板2由石英玻璃构成的情况下的故障解析装置200的部分放大结构的附图。另外，在图8中，有关解析用板2以及取样1，示出了其断面构造。
在解析用板2由石英玻璃构成的情况下，因为解析用板2和取样1的半导体基片1a是由相互不同的材料构成，所以来自器件形成层1b的光90在半导体基片1a与解析用板2的界面折射。因此，与解析用板2和半导体基片1a由相同材料构成的情况不同，有必要把作为hemisphere型SIL起作用的凸部2d的部分球面2da的中心O的位置设置在与焦点位置不同的位置。例如，当解析用板2的厚度Tplate为2000μm，半导体基片1a的厚度Tsi为300μm，由石英玻璃构成的解析用板2的折射率为1.52，由硅构成的半导体基片1a的折射率为3.5时，凸部2d的部分球面2da的半径R被设定成1675μm，其中心O的位置被设置在从半导体基片1a的主面1aa向其内部在厚度方向上距离185μm之处。
另外，把作为super-sphere型SIL起作用的凸部2d设置在由石英玻璃构成的解析用板2的情况也一样，如图9所示，来自器件形成层1b的光90在半导体基片1a与解析用板2的界面折射。因此，与解析用板2和半导体基片1a由相同材料构成的情况不同，作为super-sphere型SIL起作用的凸部2d的部分球面2da的中心O的位置不被设置在从半导体基片1a的主面1aa向其内部在厚度方向上距离R/n之处。
例如，当解析用板2的厚度Tplate为2000μm，半导体基片1a的厚度Tsi为300μm，由石英玻璃构成的解析用板2的折射率为1.52，由硅构成的半导体基片1a的折射率为3.5时，凸部2d的部分球面2da的半径R被设定成1145μm，其中心O的位置被设置在从半导体基片1a的主面1aa向其内部在厚度方向上距离930μm之处。然而，在这种条件下，当解析用板2和半导体基片1a都由硅构成时，凸部2d的部分球面2da的中心O的位置被设置在从半导体基片1a的主面1aa向其内部在厚度方向上距离327μm(≈1145μm÷3.5)之处。
这样，在解析用板2由石英玻璃构成的情况下，与由硅构成的情况相比解析用板2的折射率小，因此基于SIL的鉴别力改善效果降低，但由于石英玻璃比硅透过率高，所以背面解析时的解析光利用效率得到提高。
实施方式3图10是表示本发明实施方式3的故障解析装置300的结构的附图，图11是表示图10所示的部分结构放大的附图。本实施方式3的故障解析装置300，基本上是在上述实施方式1的故障解析装置100中取代解析用板2而具有hemisphere型的SIL60，并且还取代SIL驱动部10而具有台11和SIL驱动部310。另外，图10、11中，关于取样1、SIL60、取样支撑夹具30、台11、探头卡41和后述的卡盘312，表示它们的断面构造。
SIL60是球冠状，比如由硅构成。SIL60的表面由平面部分60a和与其连接的部分球面部分60b组成。SIL60的部分球面部分60b向台11的主面11b侧嵌入到台11，其平面部分60a与台11的主面11a共同呈平坦状并从该主面11a露出。
把取样1放置到台11的主面11a上和SIL60的平面部分60a上，并使其半导体基片1a的主面1ab位于台11侧。这时，使SIL60与取样1相互贴靠。而且，SIL60的部分球面部分60b的中心O的位置如图11所示，被固定在台11上的半导体基片1a的主面1aa上。
SIL驱动部310具有在其端部支撑嵌入有SIL60的台11的卡盘312、使卡盘312的位置移动的卡盘驱动部313。而且，取样1不仅被放置在台11上及SIL60上，也被放置在卡盘312上。
卡盘驱动部313基于XYZ正交座标系Q，可以使卡盘312相对台11的主面11a平行移动或在垂直于其主面11a的方向上移动。由此，台11及SIL60通过SIL驱动部310的动作，可以相对台11的主面11a平行移动，而且可以沿垂直于其主面11a的方向移动。另外，本实施方式3的取样支撑夹具30独立于台11及卡盘312，通过真空吸附从其上面支撑取样1。有关其它结构均与实施方式1的故障解析装置100相同，因此省略其说明。
下面，利用本实施方式3的故障解析装置300来说明对取样1进行发光解析的方法。
首先，把取样1放置到台11的主面11a、嵌入其中的SIL60的平面部分60a以及卡盘312上。此时使取样1与SIL60相互贴靠。然后，由卡盘驱动部313使卡盘312沿垂直于台11的主面11a的方向移动，并使取样1与取样支撑夹具30接触。并且通过真空排气使取样1吸附在取样支撑夹具30。由此，取样1以贴靠在SIL60的状态被取样支撑夹具30支撑进而取样1的位置被固定。
接下来，由卡盘驱动部313使卡盘312移动，使台11相对其主面11a平行移动。当SIL60到达进行故障解析的半导体芯片1c的规定区域的下方后，停止卡盘312的移动。之后，与在实施方式1说明的解析方法相同，由显微镜驱动部23使光学显微镜21移动到规定位置，并把由测试器50生成的测试图案外加到取样1。
接下来，由光学显微镜21通过SIL60和台11检测从半导体芯片1c的器件形成层1b内的电流泄漏处发生的光90。并且，用光学显微镜21检测出的结果由显示部22接收，显示部22以此为基础，将从电流泄漏处发生的光90的发光位置及发光强度作为发光像在监视器(未图示)上显示。另外，此时在显示部22，预先作为数据存储的取样1的图案像也被显示在监视器上。由此，图案像与发光像被重合显示，由故障检测部20检测在器件形成层1b内发生的故障。然后，以在显示部22的监视器上显示的发光像以及图案像为基础，进行取样1的故障解析。
半导体芯片1c的规定区域故障解析结束后，由探头驱动部43使探头卡41移动，以使探针42与取样1脱离接触。然后，使台11相对其主面2a平行移动，使SIL60位于同一半导体芯片1c的其它区域的下方。然后，用上述方法对相关区域进行故障解析。对一个半导体芯片1c完成了故障解析后，使台11移动，接着对其它的半导体芯片1c进行故障解析。
这样，在本实施方式3的故障解析装置300，由于SIL60嵌入到台11中，所以可以使针对器件形成层1b内的解析处的SIL60的位置移动。所以，可以移动解析视场，能够简单地进行任意位置的故障解析。
而且，由于SIL60从台11的露出面即其平面部分60a与台11的主面11a共同呈平坦状，因此可以在台11上及SIL60上稳定地载放取样1。
而且，在本实施方式3中，由于通过取样支撑夹具30，独立于台11及SIL60支撑取样1，所以即使在移动台11的情况下，取样1也不会移动。因此，很容易进行针对解析处的SIL60的位置照准。
而且，在本实施方式3中，台11由石英玻璃构成，因此即使SIL60被嵌入到台11中，也能进行有效的SIL60的解析视场搜索。
另外，SIL60是hemisphere型的SIL，但对SIL60也可以采用如图12所示的super-sphere型的SIL。这种情况下，SIL60的部分球面部分60b的中心O的位置，当设其半径为R时，被设定在从台11上的半导体基片1a的主面1aa向其内部在厚度方向上距离R/n之处，焦点位置被设定在半导体基片1a的主面1aa上。
另外，图10所示的台11的主面11b是平面状，也可以如图13所示，把其一部分加工成凸面状，由此来把作为凸透镜起作用的凸部11c在台11的厚度方向与SIL60并列设置在台11的主面11b。
这种情况下，通过凸部11c、台11以及SIL60对器件形成层1b照射光，或者检测通过SIL60、台11以及凸部11c从器件形成层1b来的光，由此进行背面解析。
这样通过在台11的的主面11b设置作为凸透镜起作用的凸部11c，可以得到更大聚光半角θ，从而获得更大的鉴别力的改善效果。
实施方式4图14是表示对本发明实施方式4的解析用板2从其主面2b侧进行观察时的平面图。如图14所示，在本实施方式4的解析用板2中，在其主面2b设置有多个凹部2c，在各凹部2c的底面2ca上设置有作为SIL起作用的凸部2d。而且，凹部2c和凸部2d按每个取样1的半导体芯片1c来设置，并设置在与半导体芯片1c的配置对应的位置。因此，在把取样1放置在解析用板2从其主面2a上时，凹部2c和凸部2d位于取样1的各半导体芯片1c的下方。
如此在本实施方式4的解析用板2中设置了多个凹部2c和凸部2d，因此通过取代上述的实施方式1、2的解析用板2而使用本实施方式4的解析用板2，可以缩短使凸部2d向解析对象的半导体芯片1c的下方移动时的取样1与凸部2d之间的相对移动距离。其结果实现了故障解析的效率化。
而且，在本实施方式4的解析用板2中，凹部2c和凸部2d按取样1的每个半导体芯片1c来设置，并设置在与半导体芯片1c的配置对应的位置，因此通过取代实施方式1、2的解析用板2而使用本实施方式4的解析用板2，可以把取样1与凸部2d之间的相对移动距离抑制在1芯片的范围内，进一步实现了解析的效率化。
另外，在本实施方式4中，虽然说明了在实施方式1、2的解析用板2设置多个凸部2d的情况，但也可以把多个SIL60嵌入到实施方式3的台11中。图15表示对嵌入了多个SIL60的台11从其主面11a侧观察时的平面图。如图15所示，嵌入在台11的SIL60是按每个半导体芯片1c来设置，并设置在与半导体芯片1c的配置对应的位置。
这样，通过取代上述的实施方式3的台11而使用嵌入了多个SIL60的台11，可以缩短使SIL60向解析对象的半导体芯片1c的下方移动时的取样1与SIL60之间的相对移动距离。其结果实现了故障解析的效率化。
而且，通过取代上述的实施方式3的台11而使用SIL60被按取样1的每个半导体芯片1c来设置，并被设置在与半导体芯片1c的配置对应的位置的台11，可以把取样1与SIL60之间的相对移动距离抑制在1芯片的范围内，进一步实现了解析的效率化。
实施方式5图16、17是表示本发明实施方式5的故障解析装置的部分结构放大的附图。本实施方式5的故障解析装置是在上述实施方式1的故障解析装置100中，在解析用板2的主面2b设置多个凹部2c，而且在各凹部2c的底面2ca设置凸部2d，进一步使凸部2d的部分球面2da的半径相互不同。在图16、17中，涉及取样1、解析用板2和台11表示出了其断面构造。
如图16所示，例如具有半径为R1的部分球面2da的凸部2d和具有半径为比R1小的R2的部分球面2da的凸部2d分别设置在解析用板2的凹部2c的底面2ca。
如上所述，凸部2d作为hemisphere型SIL起作用时，取样1内的焦点位置与凸部2d的部分球面2da的中心O的位置一致。而且，凸部2d作为super-sphere型SIL起作用时，焦点位置在从凸部2d的部分球面2da的中心O离开距离R/n之处。因此，利用具有半径为R1的部分球面2da的凸部2d进行解析时与利用具有半径为R2的部分球面2da的凸部2d进行解析时，焦点位置互不相同。
所以，如图16所示，利用具有半径为R1的部分球面2da的凸部2d，可以进行半导体基片1a的厚度大的取样1的故障解析，如图17所示，利用具有半径为R2的部分球面2da的凸部2d，可以进行半导体基片1a的厚度小的取样1的故障解析。
这样，在本实施方式5的故障解析装置中，由于在解析用板2设置有部分球面2da的半径R相互不同的多个凸部2d，所以以一个解析用板2可以解析厚度互不相同的多个取样1。因而解析效率得到提高。
另外，在本实施方式5中，虽然在实施方式1的解析用板2设置了部分球面2da的半径R相互不同的多个凸部2d，但也可以在实施方式2的解析用板2设置部分球面2da的半径R相互不同的多个凸部2d。该情况下也能获得上述的效果。
而且，如图18所示，也可以在实施方式3的台11嵌入部分球面部分60b的半径R互不相同的多个SIL60。该情况下，能以一个台11解析厚度互不相同的多个取样1，从而解析效率得到提高。
实施方式6图19是表示本发明实施方式6的故障解析装置600的结构的附图。本实施方式6的故障解析装置600，是在上述实施方式1的故障解析装置100中，分别取代SIL驱动部10和显微镜驱动部23而具有SIL驱动部610和显微镜驱动部623。
如图19所示，SIL驱动部610包括实施方式1的台11及卡盘12和卡盘驱动部613。卡盘驱动部613除具有实施方式1的卡盘驱动部13的功能外，还具有向显微镜驱动部623通知卡盘12的移动信息mv的功能。
如在实施方式1所说明的那样，在移动解析视场时，使卡盘12相对台11的主面11a平行移动，卡盘驱动部613向显微镜驱动部623通知此时卡盘12的移动信息mv。如上所述，解析用板2被固定在台11上，而且台11由卡盘12支撑，因此，卡盘驱动部613通知的移动信息mv也是解析用板2的移动信息。在此，移动信息mv比如包含上述的XYZ正交座标系Q的X座标值和Y座标值。
显微镜驱动部623根据接收到的移动信息mv使光学显微镜21相对解析用板2的主面2a平行移动，以使光学系统21a位于凸部2d的下方。
这样在本实施方式6的故障解析装置600中，卡盘驱动部613向显微镜驱动部623通知也表示解析用板2的移动信息的移动信息mv，显微镜驱动部623根据接收到的移动信息mv使光学显微镜21移动。从而，与解析用板2的移动连动，可以自动使光学系统21a和光检测部21b移动到合适的位置。其结果，实现了视场移动的效率化，缩短了解析时间。
而且在本实施方式6中，对实施方式1的卡盘驱动部13附加了向显微镜驱动部23通知卡盘12的移动信息mv的功能，对显微镜驱动部23附加了根据接收到的移动信息mv使光学显微镜21移动的功能，然而，也可以对实施方式5的卡盘驱动部13和显微镜驱动部23附加同样的功能。而且，还可以对实施方式2的卡盘驱动部213附加向显微镜驱动部23通知卡盘212的移动信息mv的功能，对其显微镜驱动部23附加根据接收到的移动信息mv使光学显微镜21移动的功能。这些情况下也能获得上述的效果。
另外，可以对实施方式3的卡盘驱动部313附加向显微镜驱动部23通知卡盘312的移动信息mv的功能，对其显微镜驱动部23附加根据接收到的移动信息mv使光学显微镜21移动的功能。这种情况下，与SIL60的移动连动，可以自动使光学系统21a和光检测部21b移动到合适的位置。其结果，实现了视场移动的效率化，缩短了解析时间。
并且，通过替代图19所示的解析用板2而使用图14所示的实施方式4的解析用板2，也可以得到在实施方式4中说明的效果。
实施方式7图20是表示本发明实施方式7的的故障解析装置700的结构的附图。本实施方式7的故障解析装置700，是在上述实施方式1的故障解析装置100中，取代探测器40而具有包括取样支撑夹具30的探测器740。
探测器740包括实施方式1的探头卡41及探针42、探头·取样驱动部745。探头·取样驱动部745包括支撑机构驱动部743、支撑机构744、实施方式1的取样支撑夹具30。
在上述的实施方式1中，取样支撑夹具30被安装在容纳台11等的壳体上，但在本实施方式7中，被安装在支撑机构744上。而且，探头卡41也安装在支撑机构744上。
支撑机构驱动部743基于XYZ正交座标系Q，可以使支撑机构744相对解析用板2的主面2a平行移动或在垂直于其主面2a的方向上移动。
这里，如上述在支撑机构744上安装有取样支撑夹具30以及探头卡41。而且，取样1由取样支撑夹具30支撑，在探头卡41安装有探针42。因此，如果在取样支撑夹具30支撑着取样1的状态下使支撑机构744移动，则探针42和取样1边保持其间的位置关系边移动。
这样，根据探头·取样驱动部745的动作，可以使取样1和探针42边保持其间的位置关系边相对解析用板2的主面2a平行移动、进一步沿垂直于其主面2a的方向上移动。关于其它结构，均与实施方式1的故障解析装置100相同因此省略其说明。
下面，利用本实施方式7的故障解析装置700来说明对取样1进行发光解析的方法。
首先，如在实施方式1中所说明的那样，把取样1放置到固定在台11上的解析用板2上。然后，由卡盘驱动部13使卡盘12沿垂直于台11的主面11a的方向移动，并使取样1与取样支撑夹具30接触。而且通过真空吸附使取样1吸附在取样支撑夹具30。此时，探针42接触设置在取样1的器件形成层1b的电极焊点。
接下来，在取样1与解析用板2相互贴靠的状态下，由支撑机构驱动部743使支撑机构744相对解析用板2的主面2a平行移动，使解析对象的半导体芯片1c的规定区域位于凸部2d的上方。此时，取样1和探针42以保持其间的位置关系的状态移动。然后，由显微镜驱动部23使光学显微镜21移动到规定位置，并把由测试器50生成的测试图案经探针42外加到取样1。
接下来，由光学显微镜21通过解析用板2的凸部2d和台11检测从半导体芯片1c的器件形成层1b内的电流泄漏处发生的光90，进行故障解析。
半导体芯片1c的规定区域的故障解析结束后，由支撑机构驱动部743使支撑机构744相对解析用板2的主面2a平行移动，为使凸部2d位于同一半导体芯片1c的其它区域的下方，而使取样1移动。此时，在保持与取样1之间的位置关系的状态下探针42也同时移动。然后，用上述的方法对相关区域进行故障解析。
这样，在本实施方式7的故障解析装置700中，由于可以使探针42和取样1在保持其之间的位置关系的状态下移动，因此没有必要在移动解析视场时使解析用板2及光学系统21a移动。由此实现了解析的效率化。
另外，在本实施方式7中，说明了取代实施方式1的探测器40而采用具有取样支撑夹具30的探测器740的情况，但也可以取代实施方式2、3、5的探测器40而采用具有取样支撑夹具30的探测器740。这种情况也能获得上述的效果。
而且，通过取代图20所示的解析用板2而使用图14所示的实施方式4的解析用板2，还可以得到在实施方式4中说明的效果。
发明效果依据本发明第1故障解析装置，独立于取样，包括具有作为固态浸没透镜起作用的凸部的解析用板，因此可以使针对器件形成层内的故障处的凸部位置移动。从而，可以移动解析视场，可以简单进行任意位置的故障解析。
还由于作为固态浸没透镜起作用的凸部未突出出解析用板的第2主面，而可以把解析用板夹在其间在台上稳定地载放取样。
另外，依据本发明第2故障解析装置，由于固态浸没透镜嵌入在台中，因此可以移动针对器件形成层的相应固态浸没透镜的位置。从而，可以移动解析视场，可以简单进行任意位置的故障解析。
还由于固态浸没透镜从台露出的面与台的第1主面共同呈平坦状，而可以在台上以及固态浸没透镜上稳定载放取样。
权利要求
1.一种故障解析装置，包括解析用板，具有放置取样的第1主面和其相反侧的第2主面；故障检测部，具有光学系统，利用所述光学系统来检测在所述取样内发生的故障，其中，在所述解析用板的所述第2主面设置有凹部，在所述凹部的底面设置有不突出出所述第2主面并作为固态浸没透镜起作用的凸部，所述故障检测部从所述解析用板的所述第2主面侧通过所述凸部对所述取样照射光，或者通过所述凸部检测来自所述取样的光。
2.权利要求1中记载的故障解析装置，其中，所述解析用板作为载放所述取样的台来使用。
3.权利要求1中记载的故障解析装置，其中，所述解析用板由硅构成。
4.权利要求2中记载的故障解析装置，其中，所述解析用板由石英玻璃构成。
5.权利要求1至4任一中记载的故障解析装置，其中，在所述解析用板的所述第2主面设置有多个所述凹部，在各所述凹部的底面设置有所述凸部。
6.权利要求5中记载的故障解析装置，其中，所述取样是形成了多个半导体芯片的半导体晶片，所述凹部及所述凸部按所述半导体芯片来设置，并且被设置在与所述半导体芯片的配置对应的位置。
7.权利要求1至4任一中记载的故障解析装置，还包括夹具，独立于所述解析用板并支撑所述取样；第1驱动部，使所述解析用板相对所述第1主面平行移动。
8.权利要求7中记载的故障解析装置，还包括第2驱动部，使所述故障检测部的所述光学系统相对所述解析用板的所述第1主面平行移动，其中，所述第1驱动部向所述第2驱动部通知所述解析用板的移动信息，所述第2驱动部根据所述移动信息来使所述光学系统移动。
9.权利要求1至4任一中记载的故障解析装置，还包括探针，与所述解析用板上的所述取样接触；驱动部，使所述探针及所述取样边保持其之间位置关系边独立于所述解析用板而相对所述解析用板的所述第1主面平行移动。
10.一种故障解析装置，包括固态浸没透镜；台，具有第1主面和其相反侧的第2主面，嵌入有所述固态浸没透镜；故障检测部，具有光学系统，利用所述光学系统来检测在取样内发生的故障，其中，所述固态浸没透镜表面的一部分与所述台的所述第1主面共同呈平坦状并从第1主面露出，所述取样载放在所述台的所述第1主面及所述固态浸没透镜的所述表面的一部分上，所述故障检测部从所述台的所述第2主面侧通过所述台及所述固态浸没透镜对所述取样照射光，或者通过所述固态浸没透镜及所述台检测来自所述取样的光。
11.权利要求10中记载的故障解析装置，其中，所述台由石英玻璃构成。
12.权利要求10中记载的故障解析装置，其中，在所述台的所述第2主面，作为凸透镜起作用的凸部与所述固态浸没透镜在所述台的厚度方向上并列设置，所述故障检测部还通过所述凸部对所述取样照射光，或者还通过所述凸部检测来自所述取样的光。
13.权利要求10至12任一中记载的故障解析装置，还包括夹具，独立于所述台及所述固态浸没透镜并支撑所述取样；第1驱动部，使所述台相对所述第1主面平行移动。
14.权利要求13中记载的故障解析装置，其中，还包括第2驱动部，使所述故障检测部的所述光学系统相对所述台的所述第1主面平行移动，其中，所述第1驱动部向所述第2驱动部通知所述台的移动信息，所述第2驱动部根据所述移动信息来使所述光学系统移动。
15.权利要求10至12任一中记载的故障解析装置，还包括探针，与所述台及所述固态浸没透镜上的所述取样接触；驱动部，使所述探针及所述取样边保持其之间位置关系边独立于所述台而相对所述台的所述第1主面平行移动。
全文摘要
提供一种可在台上稳定地载放取样并可使解析视场移动的故障解析技术。在台11上经解析用板2载放取样1。在解析用板2的主面2b设有凹部2c，在该凹部2c的底面2ca设有作为固态浸没透镜起作用的凸部2d。而且，凸部2d未突出出解析用板2的主面2b。独立于取样1，包括具有固态浸没透镜的解析用板2，由此可以使解析视场移动。还由于凸部2d未突出出解析用板2的主面2b，而可以把解析用板2夹在其间在台11上稳定地载放取样1。
文档编号G01R31/302GK1540736SQ200410035018
公开日2004年10月27日 申请日期2004年4月23日 优先权日2003年4月25日
发明者小山彻, 小守纯子, 子 申请人:株式会社瑞萨科技