JP5267471B2

JP5267471B2 - 半導体デバイスの検査方法および検査装置

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Publication number: JP5267471B2
Application number: JP2010008889A
Authority: JP
Inventors: 泰至古川; 優典永冶
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2010-01-19
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2030-01-19
Also published as: JP2011149714A

Description

本発明は、半導体デバイスの異常発生解析や信頼性評価などに供される半導体デバイスの検査方法、および、検査装置に関し、特に、半導体デバイスの異常動作にともない発生する微弱な発光を検出するものに関する。

近年、ＶＬＳＩなどの半導体デバイスの高集積化に伴い、半導体チップに形成されている内部回路などの異常解析や信頼性評価を行うことが益々困難となってきている。

このような現状において、半導体デバイスから発生する極めて微弱な光（以下、極微弱光という）を検出することにより異常箇所を突き止める解析技術が注目されている。この解析技術を適用した半導体デバイス検査装置として、エミッション顕微鏡を備える装置が知られている。

エミッション顕微鏡は、半導体デバイス内部の異常箇所に電界が集中したときに生じるホットキャリアに起因する極微弱光や、ラッチアップなどに起因する赤外域の極微弱光を高感度で撮像する顕微鏡である。このエミッション顕微鏡を半導体デバイス検査システムに適用した技術は、たとえば特許文献１や特許文献２等に記載されている

特許第３３００４７９号公報特開２００１−２４０４２号公報

本発明者は、一面およびこれとは反対側の他面の両面に電極を有する半導体デバイス、いわゆる両面電極半導体デバイスを、上記特許文献１、２のようなエミッション顕微鏡を用いた検査方法により検査することについて、試作検討を行った。

ここで、上記特許文献１の方法は、半導体デバイスのモールド樹脂から露出した裏面側を撮像するものである。これには具体的なプローブの当て方の記載もなく、両面電極半導体デバイスには適用することができない。

一方、上記特許文献２の方法は、図６に示すように、透明な支持部材４の一面側に、両面電極半導体デバイス１の一方の電極３を接触させ、他方の電極２を支持部材４の一面の上方に向けた状態で、支持部材４上に当該半導体デバイス１を搭載することになる。

そして、図６中の矢印５のように、一方の電極３側から支持部材４を介し、半導体デバイス１を観察するのであるが、支持部材４と接触する一方の電極３が金属よりなる場合、デバイス１に発生した極微弱光が電極３に遮られ検出できないという問題が生じる。また、矢印５から見て、電極３を遮ることのない接触方法は、電極３の側面にプローブを当てる方法があるが、当該電極の厚みが極めて薄くかつ、電極側面の面積が小さいため、困難である。

そこで、この支持部材４と接触する側の一方の電極３を金属電極ではなく、透明な電極とすることを、本発明者は検討した。この場合、当該一方の電極３は、たとえばＳｉＣなどの赤外光や可視光を透過する半導体材料よりなるものとすればよい。

しかし、この場合も、図７中の矢印６に示されるように、透明な一方の電極３については、その側面にプローブを当てることが必要となるが、そのように接触させることは、やはり困難である。また、半導体デバイス１中の極微弱光を遮る金属は無くなるものの、支持部材４を介するため、支持部材４の汚れにより、エミッション像ににじみやぼやけが発生するなどによって、位置精度の低下が懸念される。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、半導体デバイスの異常動作にともない発生する微弱な発光を検出するにあたって、両面電極半導体デバイスを簡単で精度良く検査できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、３６０ｎｍ〜２５００ｎｍの波長の光を透過する半導体材料の一面側に前記波長の光を遮断する金属よりなる第１の電極（２）、当該一面とは反対側の他面側に前記半導体材料自身よりなる第２の電極（３）を有する半導体デバイス（１）の発光検査方法であって、以下の各工程を備えることを特徴としている。

・半導体デバイス（１）の一面側に設けた第１のプローブ（１１）を第１の電極（２）に接触して導通させるとともに、半導体デバイス（１）の他面側に設けた第２のプローブ（１２）を第２の電極（３）に接触して導通させた状態で、各プローブ（１１、１２）を介して前記半導体デバイス（１）に電力を供給すること。

・半導体デバイス（１）の他面側に、当該他面側から照射される前記波長の光の反射光像として、波長の光が前記半導体デバイス（１）の他面側から一面側へ透過することにより形成される画像を撮影する撮像手段（３０）を設けること。

・撮像手段（３０）の視点を第１の電極（２）の中心に合わせた状態で画像の撮影を行うとともに、撮像手段（３０）によって、半導体デバイス（１）の他面側から当該半導体デバイス（１）を介して見える第１の電極の像（２ａ）、半導体デバイス（１）の他面側から当該半導体デバイス（１）を介して見える第１のプローブの像（１１ａ）、第２の電極（３）、および、第２のプローブ（１２）を認識し、これら認識された４個の画像の重なり具合を視覚化すること。

・撮像手段（３０）の視点と第１の電極（２）の中心とを結ぶ軸に直交する断面において、第１のプローブ（１１）の断面積を、第１の電極（２）の断面積よりも大きいものとすること。

・第１の電極の像（２ａ）、第１のプローブの像（１１ａ）、第２の電極（３）および第２のプローブ（１２）の４個の画像の重なり具合を、撮像手段（３０）からの画像によって認識し、第２のプローブ（１２）は、第２の電極（３）と接触しつつ、第１の電極の像（２ａ）とは重ならず、また当該第１の電極の像（２ａ）とも重ならない状態にて、プローブ（１１、１２）を介して前記半導体デバイス（１）に電力を供給して、両電極（２、３）が重なる部分における半導体デバイス（１）の発光状態を撮像手段（３０）でエミッション像として検出すること。本検査方法は、これらの工程を行うことを特徴としている。

それによれば、両プローブ（１１）、（１２）はそれぞれ半導体デバイス（１）の各面側に設けられるので、各電極（２）、（３）に容易且つ確実に接触することができる。それに加え、金属からなる第１のプローブ（１１）の断面積を金属よりなる第１の電極（２）よりも大きくすることで、特に微細化された電極へプローブを接触させるのが容易となる。

また、半導体デバイス（１）のうち両電極（２、３）の重なる部位がエミッション像の検出対象となるが、上記波長の光を透過する第２の電極（３）側から、当該第２の電極（３）、半導体デバイス（１）、さらに半導体デバイス（１）を介して見える第１の電極（２）の三者の全体が画像として撮像される。

また、第２のプローブ（１２）と第１の電極（２）との重なりも無いので、この第２のプローブ（１２）が半導体デバイス（１）を遮ることなく、検査を行うことができる。また、従来の支持部材のような別部材を介さずに、半導体デバイス（１）の各部の画像が撮像されるので、位置精度良く検査できる。よって、本発明の検査方法によれば、両面電極半導体デバイスを簡単で精度良く検査することができる。

ここで、請求項２に記載の発明のように、半導体デバイス（１）を構成する半導体材料は、可視光を透過するものであることが好ましい。それによれば、可視光で検査が行えるので、検査装置の簡略化などの効果が期待できる。

さらに、請求項３に記載の発明のように、可視光を透過する半導体材料としては、少なくともＧａＮ、ＳｉＣ、ダイアモンドのいずれか一つを含有するものが挙げられる。

請求項４に記載の発明は、３６０ｎｍ〜２５００ｎｍの波長の光を透過する半導体材料の一面側に前記波長の光を遮断する金属よりなる第１の電極（２）、当該一面とは反対側の他面側に前記半導体材料自身よりなる第２の電極（３）を有する半導体デバイス（１）の発光検査装置であって、以下の点を特徴とするものである。

・半導体デバイス（１）の一面側に設けられ第１の電極（２）に接触して導通する第１のプローブ（１１）と、半導体デバイス（１）の他面側に設けられ第２の電極（３）に接触して導通する第２のプローブ（１２）と、各プローブ（１１、１２）を介して半導体デバイス（１）に電力を供給する電力供給手段（２０）とを備えること。

・半導体デバイス（１）の他面側に配置され、当該他面側から照射される前記波長の光の反射光像として、前記波長の光が半導体デバイス（１）の他面側から一面側へ透過することにより形成される画像を認識する撮像手段（３０）とを備えること。

・撮像手段（３０）の視点を第１の電極（２）の中心に合わせた状態で前記画像の撮影を行うものであり、撮像手段（３０）は、半導体デバイス（１）の他面側から当該半導体デバイス（１）を介して見える第１の電極の像（２ａ）、半導体デバイス（１）の他面側から当該半導体デバイス（１）を介して見える第１のプローブの像（１１ａ）、第２の電極（３）、および、第２のプローブ（１２）を認識し、これら認識された４個の画像の重なり具合を視覚化するものであること。

・撮像手段（３０）の視点と第１の電極（２）の中心とを結ぶ軸に直交する断面において、第１のプローブ（１１）の断面積は、第１の電極（２）の断面積よりも大きいものとなっていること。

・第１の電極の像（２ａ）、第１のプローブの像（１１ａ）、第２の電極（３）および第２のプローブ（１２）の４個の画像の重なり具合を、撮像手段（３０）からの画像によって認識し、第２のプローブ（１２）は、第２の電極（３）と接触しつつ、第１の電極の像（２ａ）とは重ならず、また当該第１の電極の像（２ａ）とも重ならない状態にて、プローブ（１１）、（１２）を介して半導体デバイス（１）に電力を供給して、両電極（２）、（３）が重なる部分における半導体デバイス（１）の発光状態を前記撮像手段（３０）でエミッション像として検出するものであること。本検査装置はこれらの点を特徴としている。

それによれば、両プローブ（１１、１２）はそれぞれ半導体デバイス（１）の各面側に設けられるので、各電極（２）、（３）に容易且つ確実に接触することができる。それに加え、金属からなる第１のプローブ（１１）の断面積を金属よりなる第１の電極（２）よりも大きくすることで、特に微細化された電極へプローブを接触させるのが容易となる。

また、第２のプローブ（１２）と第１の電極（２）との重なりも無いので、この第２のプローブ（１２）が半導体デバイス（１）を遮ることなく、検査を行うことができる。また、従来の支持部材のような別部材を介さずに、半導体デバイス（１）の各部の画像が撮像されるので、位置精度良く検査できる。よって、本発明の検査装置によれば、両面電極半導体デバイスを簡単で精度良く検査することができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本発明の実施形態に係る半導体デバイス１の検査装置の概略構成を示す図である。撮像手段から取得される画像を具体的に示す図である。上記実施形態に係る半導体デバイスの検査方法の一具体例を示すフローチャート図である。図３に続く検査方法のフローチャート図である。画像の重なり具合の種々の例を示す図である。本発明者の試作検討による検査方法の第１の例を示す概略断面図である。本発明者の試作検討による検査方法の第２の例を示す概略断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

図１は、本発明の実施形態に係る半導体デバイスの検査装置の概略構成を示す図である。この検査装置に設置されている半導体デバイス１は、一面および当該一面とは反対側の他面に電極２、３を有する両面電極半導体デバイスである。

本実施形態の半導体デバイス１は、３６０ｎｍ〜２５００ｎｍの波長の光を透過する半導体材料よりなるものであり、トランジスタなどが形成されたものである。ここで、この波長の光は、赤外光から可視光を含む範囲の光である。

このような半導体デバイス１を構成する半導体材料としては、Ｓｉ、ＧａＮ、ＳｉＣ、またはダイアモンドなどが挙げられる。このうちＳｉは主として赤外光を透過するものであるが、ＧａＮ、ＳｉＣ、およびダイアモンドは、可視光を透過する。そのため、これらは可視光による検出が可能となるため、検出の容易化が図れ、より好ましい。

また、本半導体デバイス１における両面の電極２、３は、その一面（図１中の下面）側に位置するものを第１の電極２、他面（図１中の上面）側に位置するものを第２の電極３とする。

ここで、第１の電極２は、半導体デバイスにおける一般的な金属電極、たとえばアルミニウム、Ｎｉ、Ｔｉなどよりなるが、上記波長の光を遮断するものである。また、第２の電極３は、半導体デバイス１を構成する半導体材料自身よりなるものであり、半導体デバイス１における半導体部分の表面として構成されている。つまり、この第２の電極３は上記波長の光を透過する電極とされている。

本実施形態の検査装置は、このような半導体デバイス１に、上記波長の光を照射しつつ、両電極２、３を介して半導体デバイス１に電力を供給し、当該半導体デバイスの異常動作にともない発生する微弱な発光を検出することで、評価を行うものである。

本検査装置は、大きくは、半導体デバイス１の一面側に設けられ第１の電極２に接触して導通する第１のプローブ１１と、半導体デバイス１の他面側に設けられ第２の電極３に接触して導通する第２のプローブ１２と、各プローブ１１、１２を介して半導体デバイス１に電力を供給する電力供給手段としてのデバイス計測手段２０と、半導体デバイス１の他面側に配置された撮像手段３０と、これら各部を制御するシステム制御手段４０とを備えて構成されている。

半導体デバイス１の一面側に設けられた第１のプローブ１１は、半導体デバイス１を支持する支持部材５０の一面上に設けられ、支持部材５０に支持されている。この第１のプローブ１１は、支持部材５０の一面の上方に延びる金属製の棒であり、円柱でも角柱でもよい。また、第１のプローブ１１の面積を第１の電極２の面積より大きくすることで、第１のプローブと第１の電極の接触を容易にしている。

そして、第１のプローブ１１は、電動アクチュエータなどよりなる第１のプローブ制御手段１３により、支持部材５０の一面上を、所望の位置に位置合わせ・移動することが可能となっている。この第１のプローブ制御手段１３は、上記システム制御手段４０からの指令により動くものである。

また、支持部材５０はステージ６０に取り付けられている。このステージ６０は、電動アクチュエータなどよりなるステージ制御手段６１によって、支持部材５０およびその上の第１のプローブ１１、半導体デバイス１を任意の位置に移動させるものである。ここで、ステージ制御手段６１は、上記システム制御手段４０からの指令により動くものである。なお、支持部材５０とステージ６０とは一体のものであってもよい。

一方、半導体デバイス１の他面側に設けられた第２のプローブ１２は、金属製針状のものであり、この第２のプローブ１２は、電動アクチュエータなどよりなる第２のプローブ制御手段１４により、半導体デバイス１の他面上を、所望の位置に位置合わせ・移動することが可能となっている。この第２のプローブ制御手段１４は、上記システム制御手段４０からの指令により動くものである。

そして、第１のプローブ１１は第１の電極２と接触して導通し、第２のプローブ１２は第２の電極３と接触して導通する。このような導通の状態で、デバイス計測手段２０は、各プローブ１１、１２を介して両電極２、３から半導体デバイス１に電力を供給する。また、このデバイス計測手段２０は、各電極２、３からの入力信号により半導体デバイス１の電気特性を評価するものである。

ここで、支持部材５０の一面上における半導体デバイス１の位置合わせは、ハンド手段７０によって行う。このハンド手段７０は、半導体デバイス１を掴んで保持して任意の位置に移動させることのできるものであり、電動アクチュエータなどよりなり、上記システム制御手段４０からの指令により動くものである。なお、このハンド手段７０に代えて、人間の手によって半導体デバイス１の位置決めを行うようにしてもよい。

半導体デバイス１の他面側に配置された撮像手段３０は、半導体デバイス１の他面側から照射される上記波長の光の反射光像としての画像を認識するものである。

この撮像手段３０は、一般的なエミッション顕微鏡と同様、エミッションカメラやＣＣＤカメラ、あるいは、これらカメラと同等の機能を有するカメラなどを有し、さらには、上記波長の光の照射を行う照射機構、像の拡大を行う光学レンズ系などを有するものである。そして、撮像のタイミング制御、撮像された画像の取り込みといった撮像手段３０の動作は、上記システム制御手段４０からの指令により行われる。

ここで、半導体デバイス１およびその他面側の第２の電極３は、上記波長の光を透過するものであるため、当該認識される画像は、当該照射された光が半導体デバイス１の他面側から一面側へ透過することにより形成される画像となる。

また、この撮像は、撮像手段３０の視点を第１の電極２の中心に合わせた状態で上記画像の撮影を行うものである。つまり、撮像手段３０の光軸Ｊは、図１中の破線Ｊに示されるように、撮像手段３０と第１の電極２とを結ぶ軸となる。

図２は、この撮像手段３０から取得される画像を具体的に示す図である。ここでは、矩形状の視野Ｓの内部に画像が示されている。これは、半導体デバイス１の他面側から半導体デバイス１を介して見える第１の電極の像２ａ、半導体デバイス１の他面側から半導体デバイス１を介して見える第１のプローブの像１１ａ、第２の電極３、および、第２のプローブ１２の４個を画像として認識したものである。

そして、図２に示されるように、この認識された４個の画像２ａ、３、１１ａ、１２は、互いに重なりあっており、これら４個の各部２、３、１１、１２の重なり具合を画像として、撮像手段３０は視覚化するようになっている。本実施形態では、この図２の画像は、上記波長の光にて認識される。

具体的には、図２に示されるように、第１のプローブ１１の内側に第１の電極２が位置することで、これら両者２、１１が接触しており、第２のプローブ１２は第２の電極３と重なることで、これら両者３、１２が接触している。そして、この状態で、デバイス計測手段２０から半導体デバイス１に電力供給を行えば、半導体デバイス１は駆動し、その特性がデバイス計測手段２０により測定される。

半導体デバイス１の異常動作による発光の像すなわちエミッション像は、撮像手段３０によって撮像するものであるが、この発光は、半導体デバイス１のうち両電極２、３が重なり合っている部位で発生する。

ここで、本検査装置においては、図２に示されるように、第２のプローブ１２は、第２の電極３と接触しつつ、第１の電極の像２ａには重ならず、また当該第１の電極の像２ａとも重ならない状態となるように、第２のプローブ１２の位置を制御する。それにより、第２のプローブ１２が上記発光部位に重ならず、発光を遮ることを防止できる。

また、図２に示されるように、本実施形態においては、撮像手段３０の視点と第１の電極２の中心とを結ぶ軸、すなわち上記図１中の光軸Ｊに直交する断面において、第１のプローブ１１の断面積は、第１の電極２の断面積よりも大きいものとなっている。これにより、第１の電極２と第１のプローブ１１との位置合わせが容易となり、両者２、１１の接触の確保が容易になる。

ここで、金属よりなる第１の電極２の断面積は、１００μｍ^２〜１ｍｍ^２であることが好ましい。この１００μｍ^２というのは実用レベルの下限値であり、また、１ｍｍ^２よりも大きいと、第１のプローブ１１の断面積を第１の電極２の断面積よりも大きくする必要が無くなる。

また、第１のプローブ１１と第１の電極２との接触面積は、第１の電極２の全て（１００％）が第１のプローブ１１との接触するのが望ましい。図２は、その１００％の状態が示されている。図２では、第１の電極２の全体が第１のプローブ１１の内側に位置し、第１のプローブ１１に接触した状態とされている。

しかし、場合によっては位置ズレにより、１００％の接触が実現されない場合もあるが、その場合でも、第１の電極２の上記接触面のうち１０％以上が接触することが望ましい。これは、１０％の接触の場合、１００％の接触の場合に比べて、当該接触部に１０倍の電流集中が発生するが、この電流集中が１０倍を超えると、エミッション像の検出の際、当該電流集中の発熱による発光が誤認される恐れがあり、この誤認防止のためである。

また、より好ましくは、第１の電極２の上記接触面のうち５０％以上が接触することが望ましい。これは、半導体デバイス１の実用レベルに即したものであり、一般的な使用状態では、第１の電極２と外部の電極との接触は５０％以上とするためである。

また、第１の電極２および第１のプローブ１１の両接触面は、上記した光軸Ｊに直交する断面の形状に相当するが、これら接触面は円形でもよいし、矩形などの多角形でもよい。

ここで、第１のプローブ１１の断面積を、第１の電極２の断面積よりも大きいものとするにあたっては、たとえば、第１のプローブ１１の断面の最大寸法幅を、第１の電極２の断面の最大寸法幅の２倍以上、好ましくは５倍以上とすればよい。なお、各断面の最大寸法幅とは、たとえば各断面が円形のときは直径、多角形のときは最大辺の長さや対角線などに相当する。

このように、本検査装置では、撮像手段３０からの画像によって上記図２に示されるような重なり具合を視覚化して認識することで、上記４個の各部２、３、１１、１２の位置や接触状態を確認するようにしている。

そして、上述のように、第２のプローブ１２は、第２の電極３と接触しつつ、第１の電極の像２ａとは重ならず、また当該第１の電極の像２ａとも重ならない状態にて、プローブ１１、１２を介して半導体デバイス１に電力を供給して、両電極２、３が重なる部分における半導体デバイス１の発光状態を撮像手段３０でエミッション像として検出するようにしている。

ここで、撮像手段３０から取得される上記図２のような重なり具合の画像およびエミッション像は、システム制御手段４０に送られ、そこで画像処理などの解析を行うようにしている。

また、システム制御手段４０は、この解析結果に基づいて、最適な各部の重なり具合を実現したり、最適なエミッション像を得るべく、上記各手段１３、１４、２０、３０、６１、７０に指令を送り、その動作を制御するものである。このようなシステム制御手段４０はコンピュータにより構成されるものである。

次に、上記検査装置を用いた本半導体デバイス１の検査方法について述べる。本検査方法は、半導体デバイス１の製造方法の一工程として行われるものであり、半導体デバイス１を半導体プロセスにより形成した後に、この半導体デバイス１の検査工程に適用されるものである。

そして、本検査方法は、以下のような工程を備えるものである。電力供給工程では、半導体デバイス１の一面側に設けた第１のプローブ１１を第１の電極２に接触して導通させるとともに、半導体デバイス１の他面側に設けた第２のプローブ１２を第２の電極３に接触して導通させた状態で、各プローブ１１、１２を介して半導体デバイス１に電力を供給する。

電極・プローブの重なり具合の視覚化工程では、撮像手段３０の視点を第１の電極２の中心に合わせた状態で、撮像手段３０によって、半導体デバイス１の他面側から半導体デバイス１を透過して見える第１の電極の像２ａおよび第１のプローブの像１１ａと、直接見える第２の電極３および第２のプローブ１２との４個を画像として認識し、これら認識された４個の画像の重なり具合を視覚化する。ここで、上記したように、第１のプローブ１１の断面積を第１の電極２の断面積よりも大きいものとする。

そして、エミッション検出工程では、上記４個の画像の重なり具合を、撮像手段３０からの画像によって認識し、第２のプローブ１２は、第２の電極３と接触しつつ、第１の電極の像２ａとは重ならず、また当該第１の電極の像２ａとも重ならない状態にて、プローブ１１、１２を介して半導体デバイス１に電力を供給して、両電極２、３が重なる部分における半導体デバイス１の発光状態を撮像手段３０でエミッション像として検出する。

このような本実施形態の検査装置および検査方法によれば、両プローブ１１、１２はそれぞれ半導体デバイス１の各面側に設けられるので、各電極２、３に容易且つ確実に接触することができる。特に、上述のような断面積の関係を満足することによって、第２のプローブ１２と第２の電極３との接触も容易である。

また、半導体デバイス１のうち両電極２、３の重なる部位がエミッション像の検出対象となるが、上記波長の光を透過する第２の電極３側から、当該第２の電極３、半導体デバイス１、さらに半導体デバイス１を介して見える第１の電極２の三者の全体が画像として撮像される。

また、第２のプローブ１２と第１の電極２との重なりも無いので、この第２のプローブ１２が半導体デバイス１を遮ることもなく、検査を行うことができる。また、従来の支持部材のような別部材を介さずに、半導体デバイス１の各部の画像が撮像されるので、位置精度良く検査できる。つまり、半導体デバイス１と撮像手段３０との間に、何もなく実質的に空気が存在するのみであり、汚れが発生することは無い。よって、本実施形態によれば、両面電極半導体デバイスを簡単で精度良く検査することができる。

次に、本実施形態の検査方法について、図３、図４および図５を参照して、より具体的に述べることとする。図３は本検査方法の一具体例を示すフローチャート図、図４は図３に続くフローチャート図であり、図５は第１の電極の像２ａ、第１のプローブの像１１ａ、第２の電極３および第２のプローブ１２の４個を画像の重なり具合の例を示す図群である。

なお、以下の検査方法では、第１の電極２の上記接触面と第１のプローブ１１との接触は５０％以上を確保するものとしている。また、上述のように、本検査方法における各手段１３、１４、２０、３０、６１、７０の制御は、システム制御手段４０からの指令により行われる。

まず、ステップ１０１では、ハンド手段７０によって半導体デバイス１を保持し、支持部材５０の一面上まで移動させ、ハンド手段７０で保持しつつ支持部材５０の一面上に半導体デバイス１を搭載する。

次に、ステップ１０２では、支持部材５０上の半導体デバイス１を、撮像手段３０によって撮像し、その画像をシステム制御手段４０で解析することにより、半導体デバイス１を介して見える第１の電極２に対して撮像手段３０の視点を合わせる。これにより、上記図１に示される光軸Ｊが設定される。

次に、ステップ１０３では、ハンド手段７０によって、この光軸Ｊの位置を維持しつつ、予め支持部材５０の一面上に配置しておいた第１のプローブ１１の上に、半導体デバイス１の第１の電極２を置き、第１のプローブ１１と第１の電極２とを接触させる。

次に、ステップ１０４では、システム制御手段４０が、撮像手段３０からの画像を解析することにより、第１の電極２が第１のプローブ１１の内側に１００％位置するか否かを判定する。第１の電極２が第１のプローブ１１の内側に１００％位置する状態、つまり第１の電極２の全体が第１のプローブ１１の内側に位置して１００％接触する状態は、上記図２に示されている。

そして、このステップ１０４にて、第１の電極２が第１のプローブ１１の内側に１００％位置すると判定された場合、つまりＹＥＳの場合は、半導体デバイス１の位置合わせおよび搭載が終了し、次にステップ１１０へ移り、測定の準備に入る。このステップ１１０以降の測定については、後述する。

一方、ステップ１０４にて、第１の電極２が第１のプローブ１１の内側に１００％位置すると判定されない場合、つまりＮＯの場合には、次に、ステップ１０５および１０６へ移る。まず、ステップ１０５では、第１のプローブ１１と第１の電極２との位置ずれ量を算出し、これに基づいて半導体デバイス１の置き場所を再算出する。

そして、ステップ１０６では、直前のステップ１０５にて行われた上記算出動作が１回目か否かを判定する。そして、１回目であると判定された場合、つまりＹＥＳの場合は、上記ステップ１０３に戻る。

そして、ステップ１０３では、再算出された半導体デバイス１の置き場所を狙って、ハンド手段７０によって、支持部材５０の一面上の第１のプローブ１１の上に、半導体デバイス１の第１の電極２を置くようにする。その後は、上記ステップ１０４にて１００％接触の判定を行い、ＹＥＳの場合は、ステップ１１０へ移り、測定の準備に入る。

一方、再実行されたステップ１０４の判定がＮＯの場合、および、ステップ１０６の判定がＮＯの場合は、ステップ１０７へ移る。このステップ１０７では、システム制御手段４０によって、今度は、第１の電極２が第１のプローブ１１の内側に５０％以上位置するか否かを判定する。

この第１の電極２が第１のプローブ１１の内側に５０％以上位置する状態、つまり第１の電極２の接触面のうち５０％以上が第１のプローブ１１に接触する状態は、図５（ｂ）に示されている。この図５（ｂ）では、第１の電極の像２ａの一部が第１のプローブの像１１ａの外側に外れているが、その５０％以上は重なり合っている。

この第１の電極の像２ａと第１のプローブの像１１ａとの重なりの程度が、図５（ｂ）のような第１の電極２の接触面の５０％以上ならば、ステップ１０７の判定はＹＥＳとなる。しかし、たとえば、図５（ｅ）や図５（ｆ）に示されるように、第１の電極の像２ａと第１のプローブの像１１ａとの重なりの程度が、第１の電極２の接触面の５０％未満であったり、０％であったりする場合は、ステップ１０７の判定はＮＯとなる。

このように、ステップ１０７にて、第１の電極２が第１のプローブ１１の内側に５０％以上位置する状態であると判定された場合、つまりＹＥＳの場合には、ステップ１１０へ移り、測定の準備に入る。

一方、ステップ１０７にて、ＮＯと判定された場合には、ステップ１０８および１０９へ移る。まず、ステップ１０８では、システム制御手段４０によって、第１のプローブ１１と第１の電極２との位置ずれ量を算出し、これに基づいて半導体デバイス１の置き場所を再算出する。

そして、ステップ１０９では、直前のステップ１０８にて行われた上記算出動作が１回目か否かを判定する。そして、１回目であると判定された場合、つまりＹＥＳの場合は、上記ステップ１０３と同様の動作を行う。

そして、ステップ１０３と同様に、再算出された半導体デバイス１の置き場所を狙って、ハンド手段７０によって、支持部材５０の一面上の第１のプローブ１１の上に、半導体デバイス１の第１の電極２を置くようにする。その後は、上記ステップ１０７にて５０％以上接触の判定を行い、ＹＥＳの場合は、ステップ１１０へ移り、測定の準備に入る。

一方、ステップ１０９の判定がＮＯの場合、および、再実行されたステップ１０７の判定がＮＯの場合は、測定が終わりとなる。この場合、第１の電極２や第１のプローブ１１の不具合、あるいは、検査装置の不具合などを調べ、再び、検査を行うかどうかを判断する。

次に、上記ステップ１０４およびステップ１０７にてＹＥＳの場合に実行されるステップ１１０以降について述べる。ステップ１１０では、支持部材５０の一面上に搭載された半導体デバイス１をハンド手段７０から開放し、ハンド手段７０を移動して別の場所に回避する。

次に、ステップ１１１から測定に入るが、ステップ１１１では、第２のプローブ１２で第２の電極３を押さえ、第２のプローブ１２と第２の電極３とを接触・導通させる。そして、次に、図４に示されるステップ１１２へ移り、実際の測定を行う。

ステップ１１２では、撮像手段３０によって、上記図２に示されるような第１の電極の像２ａ、第１のプローブの像１１ａ、第２の電極３および第２のプローブ１２の４個の画像が重なった画像、つまり、重なり具合の画像を取得する。そして、この画像をシステム制御手段４０で解析することにより、第２のプローブ１２の位置を制御して、第２のプローブ１２を第２の電極３と重なり合った状態としつつ第１の電極の像２ａからは外れた状態とする。

この第２のプローブ１２の正規の状態は、上記図２や図５（ａ）、（ｂ）に示される。一方、図５（ｃ）、（ｄ）に示されるように、第２のプローブ１２が第１の電極の像２ａと重なる状態は、避けるべき状態であり、この状態の場合は、本ステップ１１２において、上記正規の状態となるように第２のプローブ１２を移動させる。

こうしてステップ１１２の後、次に、半導体デバイス１に通電を開始するステップ１１３へ移る。なお、このステップ１１２〜１１７までは一般的なエミッション顕微鏡による測定と同様のものである。このステップ１１３では、デバイス計測手段２０により、両プローブ１１、１２を介して両電極２、３に電力を供給することで通電を行う。

次に、この通電が行われている状態で、エミッション像を取得するステップ１１４を行う。取得されたエミッション像はシステム制御手段４０に送られ、画像処理される。ここで、半導体デバイス１の内部に欠陥等が存在する場合、半導体デバイス１の異常動作にともない微弱な発光が発生する。

そして、次のステップ１１５では、従来と同様に、このエミッション像における発光ポイントを算出し、その結果を表示する。その後、次のステップ１１６では、この発光ポイントが適切かどうか等をシステム制御手段４０によって判定し、取得されたエミッション像が妥当であるか否かを判定する。

そして、ステップ１１６にてエミッション像が妥当であると判定された場合、つまりＹＥＳの場合には、次に、ステップ１１７にて、このエミッション像をシステム制御手段４０が保存する。一方、ステップ１１６にてエミッション像が不適当と判断された場合、つまりＮＯの場合には、ステップ１１３に戻る。

そして、再びステップ１１３にて通電を行い、ステップ１１４、１１５、１１６を繰り返し、適切なエミッション像が取得されるまで、測定を繰り返す。

こうして、適切なエミッション像が取得された後、次にステップ１１８を実行する。このステップ１１８では、第２のプローブ１２を第２の電極３から離す。そして、ステップ１１９にて、ハンド手段７０による半導体デバイス１の保持を行い、次にステップ１２０にてハンド手段７０により、半導体デバイス１を保持部材５０から別場所へ移動させ、その後、ステップ１２１にて、当該別場所にてハンド手段７０を半導体デバイス１から開放する。こうして、本検査方法が終わる。

なお、この図３、図４に示した検査方法では、上述したように、第１の電極２の上記接触面と第１のプローブ１１との接触は５０％以上を確保するものとしたが、１００％接触のみに限定するものでもよいし、上記した１０％接触まで許容するものであってもよい。これらの場合、図３におけるステップ１０４〜１０９を適宜変更すればよいことは明らかである。

１半導体デバイス
２第１の電極
２ａ第１の電極の像
３第２の電極
１１第１のプローブ
１１ａ第１のプローブの像
１２第２のプローブ
２０電力供給手段としてのデバイス計測手段
３０撮像手段

Claims

３６０ｎｍ〜２５００ｎｍの波長の光を透過する半導体材料の一面側に前記波長の光を遮断する金属よりなる第１の電極（２）、当該一面とは反対側の他面側に前記半導体材料自身よりなる第２の電極（３）を有する半導体デバイス（１）の発光検査方法であって、
前記半導体デバイス（１）の一面側に設けた第１のプローブ（１１）を前記第１の電極（２）に接触して導通させるとともに、前記半導体デバイス（１）の他面側に設けた第２のプローブ（１２）を前記第２の電極（３）に接触して導通させた状態で、前記各プローブ（１１、１２）を介して前記半導体デバイス（１）に電力を供給するようにし、
前記半導体デバイス（１）の他面側に、当該他面側から照射される前記波長の光の反射光像として、前記波長の光が前記半導体デバイス（１）の他面側から一面側へ透過することにより形成される画像を撮影する撮像手段（３０）を設け、
前記撮像手段（３０）の視点を前記第１の電極（２）の中心に合わせた状態で前記画像の撮影を行うとともに、前記撮像手段（３０）によって、前記半導体デバイス（１）の他面側から当該半導体デバイス（１）を介して見える前記第１の電極の像（２ａ）、前記半導体デバイス（１）の他面側から当該半導体デバイス（１）を介して見える前記第１のプローブの像（１１ａ）、前記第２の電極（３）、および、前記第２のプローブ（１２）を認識し、これら認識された４個の画像の重なり具合を視覚化するようにし、
前記撮像手段（３０）の視点と前記第１の電極（２）の中心とを結ぶ軸に直交する断面において、前記第１のプローブ（１１）の断面積を、前記第１の電極（２）の断面積よりも大きいものとし、
前記第１の電極の像（２ａ）、前記第１のプローブの像（１１ａ）、前記第２の電極（３）および前記第２のプローブ（１２）の４個の画像の重なり具合を、前記撮像手段（３０）からの画像によって認識し、
前記第２のプローブ（１２）は、前記第２の電極（３）と接触しつつ、前記第１の電極の像（２ａ）とは重ならず、また当該第１の電極の像（２ａ）とも重ならない状態にて、前記プローブ（１１、１２）を介して前記半導体デバイス（１）に電力を供給して、前記両電極（２、３）が重なる部分における前記半導体デバイス（１）の発光状態を前記撮像手段（３０）でエミッション像として検出するようにしたことを特徴とする半導体デバイスの検査方法。
前記半導体デバイス（１）を構成する前記半導体材料は、可視光を透過するものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイスの検査方法。
前記半導体材料は、少なくともＧａＮ、ＳｉＣ、ダイアモンドのいずれか一つを含有するものであることを特徴とする請求項２に記載の半導体デバイスの検査方法。
３６０ｎｍ〜２５００ｎｍの波長の光を透過する半導体材料の一面側に前記波長の光を遮断する金属よりなる第１の電極（２）、当該一面とは反対側の他面側に前記半導体材料自身よりなる第２の電極（３）を有する半導体デバイス（１）の発光検査装置であって、
前記半導体デバイス（１）の一面側に設けられ前記第１の電極（２）に接触して導通する第１のプローブ（１１）と、
前記半導体デバイス（１）の他面側に設けられ前記第２の電極（３）に接触して導通する第２のプローブ（１２）と、
前記各プローブ（１１、１２）を介して前記半導体デバイス（１）に電力を供給する電力供給手段（２０）と、
前記半導体デバイス（１）の他面側に配置され、当該他面側から照射される前記波長の光の反射光像として、前記波長の光が前記半導体デバイス（１）の他面側から一面側へ透過することにより形成される画像を認識する撮像手段（３０）とを備え、
前記撮像手段（３０）の視点を前記第１の電極（２）の中心に合わせた状態で前記画像の撮影を行うものであり、
前記撮像手段（３０）は、前記半導体デバイス（１）の他面側から当該半導体デバイス（１）を介して見える前記第１の電極の像（２ａ）、前記半導体デバイス（１）の他面側から当該半導体デバイス（１）を介して見える前記第１のプローブの像（１１ａ）、前記第２の電極（３）、および、前記第２のプローブ（１２）を認識し、これら認識された４個の画像の重なり具合を視覚化するものであり、
前記撮像手段（３０）の視点と前記第１の電極（２）の中心とを結ぶ軸に直交する断面において、前記第１のプローブ（１１）の断面積は、前記第１の電極（２）の断面積よりも大きいものとなっており、
前記第１の電極の像（２ａ）、前記第１のプローブの像（１１ａ）、前記第２の電極（３）および前記第２のプローブ（１２）の４個の画像の重なり具合を、前記撮像手段（３０）からの画像によって認識し、
前記第２のプローブ（１２）は、前記第２の電極（３）と接触しつつ、前記第１の電極の像（２ａ）とは重ならず、また当該第１の電極の像（２ａ）とも重ならない状態にて、前記プローブ（１１、１２）を介して前記半導体デバイス（１）に電力を供給して、前記両電極（２、３）が重なる部分における前記半導体デバイス（１）の発光状態を前記撮像手段（３０）でエミッション像として検出するものであることを特徴とする半導体デバイスの検査装置。