JP6245545B2 - 検査装置および検査方法 - Google Patents

Description

この発明は、半導体デバイスまたはフォトデバイスを検査する技術に関する。

パルスレーザ光を照射することで半導体デバイスから放射される電磁波を検出することにより、半導体デバイスを非接触で検査する半導体検査装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載の半導体検査装置では、ガルバノメータスキャナを用いて、半導体デバイスにおける、予め設定された検査範囲がパルスレーザ光で走査する。そして、発生した電磁波（テラヘルツ波）が検出されることにより、その強度分布が画像化される。

また、本願出願人は、パルス光をフォトデバイスに照射し、それに応じてフォトデバイスから放射される電磁波を検出することで、フォトデバイスを検査する技術を提案した（特許文献２）。特許文献２では、フォトデバイスを二次元方向に移動させることで、フォトデバイスをパルス光で走査することが提案されている。

特開２０１０−６０３１７号公報 特開２０１３−１９８６１号公報 特開２００９−１７５１２７号公報

特許文献１に記載の半導体検査装置のように、ガルバノスキャナにより走査することによって、検査対象物の一定の範囲を比較的高速に検査することが可能である。ところが、特許文献１に記載の半導体検査装置は、半導体デバイスに照射されるパルスレーザ光と、検出されるテラヘルツ波とが同軸となる、いわば同軸落射型の検査装置となっている。このような同軸落射型の検査装置では、パルスレーザ光を透過する一方で、テラヘルツ波を反射するため、ＩＴＯ膜付き光学板を設ける必要があった。このため、検査装置の構成が複雑化する虞があり、改善が求められている。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、検査対象物をパルス光で走査するための装置構成を簡略化する技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、第１の態様は、半導体デバイスまたはフォトデバイスを検査対象物とする検査装置であって、検査対象物を保持する保持部と、パルス光を出射する光源と、前記パルス光を検査対象物に対して斜めに照射するとともに、前記パルス光の光路を変更することによって、前記検査対象物を前記パルス光で走査する走査部と、前記パルス光の照射に応じて前記検査対象物から前記パルス光とは非同軸に放射される電磁波を検出する検出部と、前記検出部によって検出された電磁波の電場強度に基づいて、前記検査対象物の電場強度の分布を示す画像を生成する画像生成部とを備え、前記画像生成部は、前記検査対象物に対する前記パルス光の照射角度に応じたデータの取得間隔の変動量を求め、その変動量に基づいて電磁波強度の取得地点に対応する前記画像上の位置を決定する。

また、第２の態様は、第１の態様に係る検査装置において、前記検出部は、前記光源から放射されたパルス光をプローブ光として受光して、前記電磁波を検出する検出器、を備えており、前記検査装置は、前記電磁波が前記検出器に到達するタイミングに対して、前記プローブ光が到達するタイミングを相対的に遅延させる遅延部、をさらに備えている。

また、第３の態様は、半導体デバイスまたはフォトデバイスを検査対象物として検査する検査方法であって、(a)光源からパルス光を出射する工程と、(b)前記(a)工程にて出射された前記パルス光を検査対象物に対して斜めに照射するとともに、前記パルス光の光路を変更することによって、前記検査対象物を前記パルス光で走査する工程と、(c)前記(b)工程における前記パルス光の照射に応じて前記検査対象物から前記パルス光とは非同軸に放射される電磁波を検出する工程と、(d)前記(c)工程にて検出された前記電磁波の電場強度に基づいて、前記検査対象物の電場強度の分布を示す画像を生成する工程とを含み、前記(d)工程は、前記検査対象物に対する前記パルス光の照射角度に応じたデータの取得間隔の変動量を求め、その変動量に基づいて電磁波強度の取得地点に対応する前記画像上の位置を決定する工程を含む。

第１の態様に係る検査装置によると、走査機構によりパルス光で高速に走査することができる。また、交差する方向に放射される電磁波を検出するため、従来のように、パルス光と同軸に放射される電磁波を、別方向に反射するためのＩＴＯ付き光学板を用いる必要がない。このため、装置構成を簡略化することができる。
また、電場強度の分布を視覚的に把握することができる。
また、電場強度の取得位置を正しく反映した電場強度分布画像を取得することができる。

また、第２の態様に係る検査装置によると、電磁波の時間波形を復元することができる。

実施形態に係る検査装置の概略構成図である。 制御部とその他の要素の接続を示すブロック図である。 走査時に生じるパルス光の光路差を説明するための図である。 ガルバノミラーから検査対象物までのパルス光の光路を示す図である。 検査対象物から放物面鏡までの電磁波の光路を示す図である。 検査対象物の検査の一例を示す流れ図である。 復元された電磁波の時間波形を示す図である。 ガルバノミラーの駆動によって生じる、データ取得間隔の変動を説明するための図である。 補正処理の様子を説明するための図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、図面においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。また、この実施形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、実施形態に係る検査装置１００の概略構成図である。検査装置１００は、半導体デバイスまたはフォトデバイスである検査対象物９に対し、パルス光を照射し、該パルス光の照射に応じて検査対象物９から放射される電磁波（例えば、周波数が０．１ＴＨｚ〜３０ＴＨｚのテラヘルツ波）を検出することによって、検査対象物９の検査を行う。

本願においては、半導体デバイスとは、半導体によりトランジスタ、集積回路（ＩＣやＬＳＩ）、抵抗またはコンデンサなどにより構成される電子デバイスをいう。また、フォトデバイスとは、フォトダイオード、ＣＭＯＳセンサ若しくはＣＣＤセンサなどのイメージセンサ、太陽電池またはＬＥＤ等、半導体の光電効果を利用する電子デバイスである。検査対象物９の表面９Ｓは、平面状に形成されているものとするが、曲面状などに形成されていてもよい。

図１に示されるように、検査装置１００は、ステージ１１、照射部１２、検出部１３、遅延部１４、ステージ移動機構１５および制御部１６を備えている。

ステージ１１は、図示を省略する固定手段によって、検査対象物９をステージ１１上に固定して保持する。固定手段としては、検査対象物９を挟持する挟持具を利用したもの、粘着性シート、または、ステージ１１の表面に形成された吸着孔などが例示される。ただし、検査対象物９を保持できるのであれば、これら以外の固定手段が採用されてもよい。

照射部１２は、パルス光を出射する光源として、フェムト秒レーザ１２１を備えている。フェムト秒レーザ１２１は、例えば、３６０ｎｍ（ナノメートル）以上１．５μｍ（マイクロメートル）以下の可視光領域を含む波長のパルス光（パルス光ＬＰ１）を放射する。具体例としては、中心波長が８００ｎｍ付近であり、周期が数ｋＨｚ〜数百ＭＨｚ、パルス幅が１０〜１５０フェムト秒程度の直線偏光のパルス光が、フェムト秒レーザから放射される。もちろん、その他の波長領域（例えば、青色波長（４５０〜４９５ｎｍ）、緑色波長（４９５〜５７０ｎｍ）などの可視光波長）のパルス光が出射されるようにしてもよい。

フェムト秒レーザ１２１から出射されたパルス光ＬＰ１は、ビームスプリッタＢＳ１により２つに分割される。分割された一方のパルス光（パルス光ＬＰ１１）は、検査対象物９へ導かれる。また、もう一方のパルス光（プローブ光ＬＰ１２）は、電磁波を検出する検出部１３の検出器１３１へと導かれる。

パルス光ＬＰ１１は、光チョッパ１２３によって数ｋＨｚの変調がかけられる。なお、変調素子として、ＡＯＭ（Acousto-Optic Modulator）などを用いてもよい。光チョッパ１２３によって変調されたパルス光ＬＰ１１は、ガルバノミラー１２５によって反射され、検査対象物９に導かれる。

ガルバノミラー１２５は、パルス光ＬＰ１１の光路を変更することによって、検査対象物９に対して設定された検査対象範囲内をパルス光ＬＰ１１で走査する。ガルバノミラー１２５は、ガルバノミラー駆動機構１２７によって駆動される。パルス光ＬＰ１１は、ガルバノミラー１２５によって、検査対象物９に対して、パルス光ＬＰ１１の光軸に垂直な２方向に走査しつつ照射される。ガルバノミラー１２５およびガルバノミラー駆動機構１２７は、走査機構の一例である。なお、ガルバノミラー１２５の代わりに、ポリゴンミラー、ピエゾミラー、音響光学素子などを用いることも可能である。

検査対象物９の内部電界が存在する部位に、禁制帯幅を超えるエネルギーを持つパルス光ＬＰ１１が照射されると、自由電子および自由正孔が発生し、内部電場によって加速される。これにより、パルス状の電流が発生することとなり、それに応じて電磁波が発生することとなる。内部電界は、例えばｐｎ接合部やショットキー接合部等に発生していることが知られている。

電磁波ＬＴ１は、内部電界の状態（強さや向き等）に依存して発生する。つまり、ｐｎ接合やｐｎ接合に接続されている配線状況等に依存して、電磁波ＬＴ１が発生する。このため、電磁波ＬＴ１を検出することによって、検査対象物９の特性を調べたり、不良判定等の検査をしたりすることができる。

検査対象物９から放射された電磁波ＬＴ１は、放物面鏡Ｍ１，Ｍ２において集光される。より詳細には、放物面鏡Ｍ１，Ｍ２は、パルス光ＬＰ１１が照射される表面９Ｓと同じ側に放射される電磁波ＬＴ１を集光する。そして、集光された電磁波ＬＴ１は、検出器１３１に入射する。

検出器１３１は、プローブ光ＬＰ１２が入射する光伝導スイッチで構成されている。電磁波ＬＴ１が検出器１３１に入射する状態で、プローブ光ＬＰ１２が検出器１３１に照射されると、光伝導スイッチに瞬間的に電磁波ＬＴ１の電場強度に応じた電流が発生する。この電場強度に応じた電流は、Ｉ／Ｖ変換回路、Ａ／Ｄ変換回路などを介してデジタル量に変換される。このように、検出部１３は、プローブ光ＬＰ１２の照射に応じて検査対象物９から放射された電磁波ＬＴ１の電場強度を検出する。なお、検出器１３１に、その他の素子、例えばショットキーバリアダイオードまたは非線形光学結晶を適用することも考えられる。

本実施形態では、パルス光ＬＰ１１が、平面状の検査対象物９の表面９Ｓに対して斜めに照射され、そして、パルス光ＬＰ１１に対して非同軸に放射される電磁波ＬＴ１が、放物面鏡Ｍ１，Ｍ２で集光された後、検出器１３１により検出される。なお、斜めに照射するとは、表面９Ｓに対して、パルス光ＬＰ１１の光軸が直交しないことを意味する。表面９Ｓが平面状でない場合は、表面９Ｓとパルス光ＬＰ１１とが交差する点における、該表面９Ｓに接する平面が想定される。そして、該平面とパルス光ＬＰ１１の光軸が直交しないように設定されることで、パルス光ＬＰ１１が表面９Ｓに斜めに照射されることとなる。

特許文献１に記載の半導体検査装置は、照射するパルスレーザ光と同軸に放射される電磁波を検出する落射型の検査装置である。このため、パルス光ＬＰ１１を透過し、電磁波（主にテラヘルツ波）を反射させるＩＴＯ付き光学板が必須であり、該光学板をパルス光ＬＰ１１およびテラヘルツ波の光軸上に配置しなければならないという制約があった。これに対して、本実施形態に係る検査装置１００は、いわば反射型の検査装置であるため、ＩＴＯ付き光学板が不要であり、構成を簡略化することが可能となっている。

ビームスプリッタＢＳ１から検出器１３１までのプローブ光ＬＰ１２の光路上には、遅延部１４が設けられている。遅延部１４は、プローブ光ＬＰ１２が検出器１３１に到達する到達時間を連続的に変更するための光学素子である。遅延部１４は、遅延ステージ１４１および遅延ステージ移動機構１４３を備えている。遅延ステージ１４１は、プローブ光ＬＰ１２を入射方向に折り返させる折り返しミラー１０Ｍを備えている。また、遅延ステージ移動機構１４３は、制御部１６の制御に基づいて、プローブ光ＬＰ１２の入射方向に沿って遅延ステージ１４１を平行移動させる。遅延ステージ１４１が平行移動することによって、ビームスプリッタＢＳ１から検出器１３１までのプローブ光ＬＰ１２の光路長が連続的に変更される。

遅延ステージ１４１は、電磁波ＬＴ１が検出器１３１に到達する時間と、プローブ光ＬＰ１２が検出器１３１へ到達する時間との時間差を変更する。遅延ステージ１４１により、プローブ光ＬＰ１２の光路長を変化させることによって、検出器１３１において電磁波ＬＴ１の電場強度を検出するタイミング（検出タイミングまたはサンプリングタイミング）が遅延される。

なお、遅延ステージ１４１とは異なる他の構成によって、プローブ光ＬＰ１２の検出器１３１への到達時間を変更することも可能である。具体的には、電気光学効果を利用することが考えられる。すなわち、印加する電圧を変化させることで屈折率が変化する電気光学素子を、遅延素子として用いてもよい。例えば、特許文献３（特開２００９−１７５１２７号公報）に開示されている電気光学素子を利用することができる。

また、パルス光ＬＰ１１（ポンプ光）の光路長、もしくは、検査対象物９から放射された電磁波ＬＴ１の光路長を変更するようにしてもよい。この場合においても、検出器１３１に電磁波ＬＴ１が到達する時間を、検出器１３１にプローブ光ＬＰ１２が到達する時間に対して、相対的にずらすことができる。つまり、検出器１３１における電磁波ＬＴ１の電場強度の検出タイミングを遅延させることができる。

また、検査装置１００は、検査対象物９に対して、検査時に逆バイアス電圧を印加する逆バイアス電圧印加回路９９を備えている。例えば検査対象物９が太陽電池である場合は、太陽電池の受光面およびその反対側の面にそれぞれ形成された電極に、逆バイアス電圧印加回路９９が接続され、逆バイアス電圧が印加される。逆バイアス電圧が印加されることによって、ｐｎ接合部の空乏層を大きくすることができる。これにより、検出器１３１において検出される電磁波ＬＴ１の電場強度を大きくすることができるため、検出部１３における電磁波ＬＴ１の検出感度を向上することができる。ただし、逆バイアス電圧印加回路９９は省略することもできる。

ステージ移動機構１５は、ステージ１１を二次元平面内で移動させる装置であり、例えばＸ−Ｙテーブル等で構成されている。ステージ移動機構１５は、ステージ１１に保持された検査対象物９を、照射部１２に対して相対的に移動させる。検査装置１００は、ステージ移動機構１５によって、検査対象物９を２次元平面内で任意の位置に移動させることができる。

図２は、制御部１６とその他の要素の接続を示すブロック図である。制御部１６は、図示を省略するＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えた、一般的なコンピュータなどによって構成されている。図２に示されるように、制御部１６は、フェムト秒レーザ１２１、検出器１３１、遅延ステージ移動機構１４３、ステージ移動機構１５、ガルバノミラー駆動機構１２７および逆バイアス電圧印加回路９９に接続されており、これらの各要素の動作を制御したり、あるいは、これらの各要素からデータを受け取ったりする。

また、制御部１６は、画像生成部２１，時間波形復元部２３に接続されている。画像生成部２１および時間波形復元部２３は、制御部１６が備えるＣＰＵによって実現される機能であるが、専用回路によってハードウェア的に実現されてもよい。

画像生成部２１は、検査対象物９の検査対象範囲（検査対象物９の一部または全部）において、パルス光ＬＰ１１を照射により放射される電磁波ＬＴ１の電場強度の分布を視覚化した電場強度分布画像を生成する。電場強度分布画像においては、電場強度の相違が、異なる色または異なる模様などで視覚的に表現される。

画像生成部２１は、位置特定部２１１を備えている。位置特定部２１１は、パルス光の照射角度に基づいて、電場強度分布画像上における、電磁波強度データの取得地点に対応する位置を特定する。位置特定部２１１が実行する具体的な処理内容については、後に詳述する。

時間波形復元部２３は、検出器１３１にて検出される電場強度に基づいて、検査対象物９から放射される電磁波ＬＴ１の時間波形を復元する。具体的には、遅延ステージ１４１を移動させることで、プローブ光ＬＰ１２が検出器１３１に到達する時間を変更し、各位相で検出された電磁波ＬＴ１の電場強度が取得される。そして、この取得された電場強度が、時間軸上にプロットされることによって、電磁波ＬＴ１の時間波形が復元される。

また、制御部１６には、各種データが格納される記憶部３１が接続されている。記憶部３１は、ハードディスクなどの固定ディスクの他、可搬メディア（例えば磁気メディア、光ディスクメディアまたは半導体メモリなど）で構成されていてもよい。また、制御部１６と記憶部３１とは、ネットワーク回線を介して接続されていてもよい。

制御部１６には、モニター１７および操作入力部１８が接続されている。モニター１７は、液晶ディスプレイなどの表示装置であり、オペレータに対して各種画像情報を表示する。モニター１７には、可視カメラなどで撮影された検査対象物９の表面９Ｓの画像、画像生成部２１が生成した電場強度分布画像、または、時間波形復元部２３によって復元された電磁波ＬＴ１の時間波形などが表示される。また、モニター１７には、検査の条件（検査範囲、ガルバノミラー１２５の回転角度など）を設定するために必要なＧＵＩ（Graphical User Interface）画面を表示する。

操作入力部１８は、マウスおよびキーボードなどの各種入力デバイスで構成されている。オペレータは操作入力部１８を介して所定の操作入力を行うことができる。なお、モニター１７がタッチパネルとして構成されることにより、モニター１７が操作入力部１８として機能するようにしてもよい。

＜光路差の発生について＞
ガルバノミラー１２５によって、パルス光ＬＰ１１の光路が変更されると、手前側と奥側の位置を照射する場合において、光路差が発生する。しかしながら、この光路差の発生は、測定上無視することができるが、この点について詳細に説明する。

図３は、走査時に生じるパルス光ＬＰ１１の光路差を説明するための図である。なお、検査対象物９から発生した電磁波ＬＴ１は、放物面鏡Ｍ１，Ｍ２において、それぞれ２回反射する。しかしながら、図３においては、説明を容易にするため、電磁波ＬＴ１が放物面鏡Ｍ１，Ｍ２において、１度だけ反射するように近似して示されている。

図３に示される例では、ガルバノミラー１２５を駆動することによって、所定の光路６０を中心に、パルス光ＬＰ１１の光路が左右に変更されている。具体的に、所定の光路６０は、ガルバノミラー１２５上の点Ａ（光チョッパ１２３により変調されたパルス光ＬＰ１１が入射する位置）から、検査対象物９上の点Ｂを結ぶパルス光ＬＰ１１の経路である。光路６１は、所定の光路６０を、点Ａを軸にして、右回りに角度αだけ回転させたものである。光路６２は、所定の光路６０を、点Ａを軸にして、左回りに角度αだけ回転させたものである。光路６２および光路６３は、それぞれ、点Ａから、検査対象物９上の点Ｂ_１および点Ｂ_２まで延びている。

以下の説明では、所定の光路６０上を進むパルス光ＬＰ１１の、検査対象物９の表面９Ｓに対する入射角を「θ」とおく。つまり、図３に示される例では、板状の検査対象物９が、光路６０に直交する方向に対して、角度θだけ傾けられていることとなる。

また、以下の説明では、光路６０の光路長を「ａ」、光路６１の光路長を「ａ´」および光路６２の光路長を「ａ´´」とおく。

また、光路７０は、点Ｂから放射される電磁波ＬＴ１の経路を示しており、点Ｂから放物面鏡Ｃまでを結ぶ経路となっている。また、光路７１は、点Ｂ_１から放射される電磁波ＬＴ１の経路を示しており、点Ｂ_１から点Ｃまでを結ぶ経路となっている。さらに、光路７２は、点Ｂ_２から放射される電磁波の経路を示しており、点Ｂ_２から点Ｃまでを結ぶ経路となっている。以下の説明では、光路７０の光路長を「ｂ」、光路７１の光路長を「ｂ´」、光路７２の光路長を「ｂ´´」とおく。

図３から明らかなように、光路６１は所定の光路６０よりも光路長が短い（ａ´＜ａ）が、該光路６１のパルス光ＬＰ１１により放射される電磁波ＬＴ１の光路７１は、所定の光路７０よりも光路長が長くなっている（ｂ´＞ｂ）。一方、光路６２は、所定の光路６０よりも光路長が長い（ａ´´＞ａ）が、該光路６２のパルス光ＬＰ１１により放射される電磁波ＬＴ１の光路７２は、所定の光路７０よりも光路長が短くなっている（ｂ´´＜ｂ）。つまり、光路６１および光路７１の光路長和と、光路６２および光路７２の光路長和の差は、概算すると、無視することができる範囲にある。以下、この点について詳細に検討する。

まず、光路長ａ，ａ´およびａ´´について検討する。図４は、ガルバノミラー１２５から検査対象物９までのパルス光ＬＰ１１の光路を示す図である。

まず、光路６１の線分（線分ＡＢ_１）を延長し、点Ｂから該延長線に垂線を延ばしたときの交点をＤ_１とする。すると、光路６１の光路長ａ´は、次式で表される。
（式１）ａ´＝ＡＤ_１−Ｂ_１Ｄ_１＝ａ・ｃｏｓα−ＢＤ_１・ｔａｎ（θ―α）
＝ａ・ｃｏｓα−ａ・ｓｉｎα・ｔａｎ（θ−α）

また、点Ｂから光路６２の線分（線分ＡＢ_２）に向けて垂線を延ばしたときの交点を点Ｄ_２とする。すると、光路６２の光路長ａ´´は、次式で表される。
（式２）ａ´´＝ＡＤ_２＋Ｂ_２Ｄ_２＝ａ・ｃｏｓα＋ＢＤ_２／ｔａｎ（π／２−θ−α）
＝ａ・ｃｏｓα＋ａ・ｓｉｎα・ｔａｎ（π／２−θ−α）
次に、図５を参照しつつ、光路長ｂ，ｂ´およびｂ´´の光路長について検討する。図５は、検査対象物９から放物面鏡Ｍ１までの電磁波ＬＴ１の光路を示す図である。

点Ｂから光路７１の線分（線分Ｂ_１Ｃ）に向けて垂線を延ばしたときの交点を点Ｅ_１とする。すると、光路７１の光路長ｂ´は、次式で表される。
（式３）ｂ´＝ＣＥ_１＋Ｅ_１Ｂ_１＝ｂ・ｃｏｓα＋Ｅ_１Ｂ／ｔａｎ（θ−α）
＝ｂ・ｃｏｓα＋ｂ・ｓｉｎα／ｔａｎ（θ−α）

また、光路７２の線分を延長し、点Ｂから該延長線に垂線を延ばしたときの交点をＥ_２とする。すると、光路７２の光路長ｂ´´は、次式で表される。
（式４）ｂ´´＝ＣＥ_２−Ｅ_２Ｂ_２＝ｂ・ｃｏｓα＋Ｅ_２Ｂ／ｔａｎ（θ＋α）
＝ｂ・ｃｏｓα−ｂ・ｓｉｎα／ｔａｎ（θ＋α）

光路長ａ´と光路長ｂ´の合計は、光路長ａ，ｂを用いて、次式で表される。
（式５）ａ´＋ｂ´＝（ａ＋ｂ）ｃｏｓα−ａ・ｓｉｎα・ｔａｎ（θ−α）＋ｂ・ｓｉｎα／ｔａｎ（θ−α）

また、光路６２の光路長ａ´´と光路７２の光路長ｂ´´の合計は、光路長ａ，ｂを用いて、次式で表される。
（式６）ａ´´＋ｂ´´＝（ａ＋ｂ）ｃｏｓα＋ａ・ｓｉｎα／ｔａｎ（π／２−θ−α）−ｂ・ｓｉｎα／ｔａｎ（θ＋α）

光路長ａ＝ｂ＝０．１（ｍ）、α＝２．８６２°およびθ＝４５°として、これらの値を式５および式６に代入すると、ａ´＋ｂ´は０．２００７５（ｍ）、ａ´´＋ｂ´´は０．２００７５（ｍ）となる。すなわち、有効数字５桁の範囲では、ａ´＋ｂ´＝ａ´´＋ｂ´´となり、光路差に関しては無視することができる。

なお、パルス光ＬＰ１１の光路長が変更されることで、放物面鏡Ｍ１から放物面鏡Ｍ２までの電磁波ＬＴ１の光路長と、放物面鏡Ｍ２から検出器１３１までの電磁波ＬＴ１の光路長にも、光路差が発生する。しかしながら、電磁波ＬＴ１は、波長が数百μｍ〜数ｍｍのテラヘルツ波である。放物面鏡Ｍ１から検出器１３１までで発生する光路差は、テラヘルツ波の波長に比べて短いため、無視することができる。

＜検査＞
図６は、検査対象物９の検査の一例を示す流れ図である。なお、以下の説明において、検査装置１００の各動作は、特に断らない限り制御部１６により制御されるものとする。また、工程の内容によっては、複数の工程を並列に実行したり、各工程の実行順序を適宜変更したりしてもよい。

まず、検査装置１００において、検査条件の設定が行われる（図６：ステップＳ１１）。具体的には、検査範囲の設定や、走査速度（ガルバノミラー１２５の回転速度）などが設定される。

次に、ステージ１１に検査対象となる検査対象物９が固定される（図６：ステップＳ１２）。このステップＳ１２においては、オペレータによって検査対象物９がステージ１１に搬入されるようにしてもよいし、図示を省略する搬送装置などによって検査対象物９がステージ１１に搬入されるようにしてもよい。なお、検査対象物９が光を受けて電流を出力するフォトデバイス（太陽電池およびフォトセンサなど）である場合、受光面に向けてパルス光ＬＰ１１が照射されるように、検査対象物９が設置される。また、ステージ１１に検査対象物９が設置された後、ステージ１１を移動させることによって、予め設定された検査領域にパルス光ＬＰ１１が照射可能となるように、検査対象物９を所要の位置に移動させてもよい。

検査対象物９が太陽電池またはフォトセンサなどのフォトデバイスである場合、表面９Ｓは受光面とされることが望ましい。なぜなら、太陽電池またはフォトセンサの受光面は、通常、光を吸収し易いように構成されているので、受光面にパルス光ＬＰ１１を照射することで、電磁波を良好に発生させることができるからである。

検査対象物９がステージ１１に設置されると、検査対象物９に、逆バイアス電圧印加回路９９が接続され、逆バイアス電圧の印加が行われる（図６：ステップＳ１３）。なお、このステップＳ１３は、省略することも可能である。例えば、検査対象物９が太陽電池である場合は、表面電極（受光面電極）と裏面電極とにそれぞれ接続される。逆バイアス電圧を印加することにより、内部電界を大きくすることができるため、電磁波ＬＴ１の強度を大きくすることができる。

次に、検出部による測定用検出タイミングが設定される（図６：ステップＳ１４）。具体的には、制御部１６が遅延ステージ移動機構１４３を駆動することによって、プローブ光ＬＰ１２が検出器１３１に到達するタイミングが、所要の測定用検出タイミングに固定されるよう、折り返しミラー１０Ｍの位置が調整される。

本実施形態では、例えば、検査対象物９の所定の位置から放射される電磁波ＬＴ１の時間波形において、電場が最大となるタイミング（位相）に合わせて、測定用検出タイミングを固定することが考えられる。

図７は、復元された電磁波ＬＴ１の時間波形４１を示す図である。図７中、横軸は時間を示し、縦軸は電場強度を示している。また、下段には、遅延部１４によって、検出器１３１に到達するタイミング（検出タイミングｔ１〜ｔ８）が変更された複数のプローブ光ＬＰ１２が概念的に示されている。

例えば、検査対象物９のある特定の位置に対して、パルス光ＬＰ１１を照射すると、検出器１３１には、時間波形４１で示される電磁波ＬＴ１が所定の周期で繰り返し到来する。ここで、検出器１３１に対して、検出タイミングｔ１でプローブ光が到達するように遅延部１４を調整した場合、検出器１３１では、値ＥＳ１の電場強度が検出される。また、遅延部１４を調整することによって、検出タイミングをｔ２〜ｔ８にそれぞれ遅延させた場合、それぞれ値ＥＳ２〜ＥＳ８の電場強度が検出部１３において検出される。このような要領で、検出タイミングを細かく変更しながら電磁波ＬＴ１の電場強度を測定し、取得された電場強度値を時間軸に沿ってグラフにプロットしていくことによって、電磁波ＬＴ１の時間波形４１が復元される。

例えば図７に示されるように、時間波形４１では、検出タイミングｔ３のときに、電場強度が最大となっている。つまり、検出タイミングｔ３に対応した位置に遅延ステージ１４１を固定することによって、電磁波ＬＴ１の最大電場強度を検出することができる。

図６に戻って、測定用検出タイミングが設定されると、検査装置１００は、ガルバノミラー１２５を駆動することによって、検査対象物９をパルス光ＬＰ１１で二次元走査する（図６：ステップＳ１５）。このとき、ガルバノミラー１２５を揺動して、互いに直交する２方向にパルス光ＬＰ１１を走査させることで、二次元走査を実現してもよい。あるいは、ガルバノミラー１２５を揺動して、パルス光ＬＰ１１を一方向（主走査方向）に走査させるだけとしてもよい。この場合、例えば、該一方向に直交する方向（副走査方向）へのステージ１１の移動を組み合わせることによって、検査対象物９をパルス光ＬＰ１１で二次元走査することができる。また、照射部１２全体を上記副走査方向へ移動させることもなども考えられる。

検査範囲内における、電磁波ＬＴ１の電場強度を取得すると、検査装置１００は、電場強度分布を示す画像を生成し、モニター１７に表示する（ステップＳ１６）。このステップでは、上述したように、位置特定部２１１が、電磁波ＬＴ１が検出された時間および検査対象物９に対するパルス光ＬＰ１１の照射角度などの情報に基づき、電磁波ＬＴ１が放射された位置の特定する位置特定処理を行う。

＜位置特定処理＞
図８は、ガルバノミラー１２５の駆動によって生じる、データ取得間隔の変動を説明するための図である。なお、本実施形態では、ガルバノミラー１２５を角度γ回転させる毎に、電磁波ＬＴ１の電場強度のデータを取得するものとする。光路６３および光路６４は、それぞれ、所定の光路６０を、点Ａを軸にして、右回りに角度γおよび角度２γだけ回転させたものに相当する。光路６３および光路６４は、それぞれ、点Ａから、検査対象物９上のデータ取得地点である点Ｂ_３および点Ｂ_４まで延びている。また光路６５および光路６６は、それぞれ、所定の光路６０を、点Ａを軸にして、左回りに角度γおよび角度２γだけ回転させたものに相当する。光路６５および光路６６は、それぞれ、点Ａから、検査対象物９上のデータ取得地点である点Ｂ_５および点Ｂ_６まで延びている。

点Ｂ・点Ｂ_３間、点Ｂ・点Ｂ_４間、点Ｂ・点Ｂ_５間および点Ｂ・点Ｂ_６間の距離を、それぞれ「ｂ１」、「ｂ２」、「ｂ１´」および「ｂ２´」とする。また、所定の光路６０に直交する方向に延びるＸ軸を想定し、光路６３，６４，６５および６６と、Ｘ軸との交点を、それぞれ、点Ｂ_３´，Ｂ_４´，Ｂ_５´およびＢ_６´とする。なお、理解を容易にするため、角度γは極微小であるものとし、点Ｂ_３´・点Ｂ_４´間、点Ｂ_３´・点Ｂ間、点Ｂ・点Ｂ_５´間、および、点Ｂ_５´・点Ｂ_６´間の長さは、全て「Ｌ」に近似できるものとする。

点Ｂ_３´，Ｂ_４´，Ｂ_５´およびＢ_６´は、光路６０が検査対象物９に直交して入射するように検査対象物９を仮配置したときの、電磁波ＬＴ１の電場強度の取得地点（データ取得地点）に対応する。つまり、検査対象物９がＸ軸線に沿って配置された場合、長さＬの間隔で、電磁波ＬＴ１の電場強度のデータが取得される。以下では、この長さＬを、「標準のデータ取得間隔」と称する場合がある。

図８に示されるように、点Ｂ_３´から線分ＢＢ_３に向けて垂線を延ばしたときの交点を点Ｃ_３とする。すると、点Ｂ・点Ｂ_３間の距離ｂ１は、次式で表される。
（式７）ｂ１＝ＢＣ_３＋Ｃ_３Ｂ_３＝Ｌ・ｃｏｓθ＋Ｂ_３´Ｃ_３・ｔａｎ（θ−γ）
＝Ｌ・ｃｏｓθ＋Ｌ・ｓｉｎθ・ｔａｎ（θ−γ）
＝Ｌ｛ｃｏｓθ＋ｓｉｎθ・ｔａｎ（θ−γ）｝

また、点Ｂ_４´から線分ＢＢ_４に向けて垂線を延ばしたときの交点を点Ｃ_４とする。すると、点Ｂ_３・点Ｂ_４間の距離ｂ２は、次式で表される。
（式８）ｂ２＝ＢＣ_４＋Ｃ_４Ｂ_４＝Ｌ・ｃｏｓθ＋Ｂ_４´Ｃ_４・ｔａｎ（θ−２γ）
＝２Ｌ・ｃｏｓθ＋２Ｌ・ｓｉｎθ・ｔａｎ（θ−２γ）
＝２Ｌ・｛ｃｏｓθ＋ｓｉｎθ・ｔａｎ（θ−２γ）｝

式７および式８から明らかなように、点Ｂ（原点）から、ガルバノミラー１２５を右回りに角度ｎγ（ｎは自然数）だけ回転させたときのデータ取得地点（点Ｂｎ）までの距離「ｂｎ」は、次式で表される。
（式９）ｂｎ＝ｎＬ｛ｃｏｓθ＋ｓｉｎθ・ｔａｎ（θ−ｎγ）｝

点Ｂ５´から線分ＢＢ_５に向けて垂線を延ばしたときの交点を点Ｃ_５とする。すると、点Ｂ・点Ｂ_５間の距離ｂ１´は、次式で表される。
（式１０）ｂ１´＝ＢＣ_５＋Ｃ_５Ｂ_５＝Ｌ・ｃｏｓθ＋Ｂ_５´Ｃ_５・ｔａｎ（θ＋γ）
＝Ｌ・ｃｏｓθ＋Ｌ・ｓｉｎθ・ｔａｎ（θ＋γ）
＝Ｌ｛ｃｏｓθ＋ｓｉｎθ・ｔａｎ（θ＋γ）｝

また、点Ｂ６´から線分ＢＢ_６に向けて垂線を延ばしたときの交点を点Ｃ_６とする。すると、点Ｂ・点Ｂ_６間の距離ｂ２´は、次式で表される。
（式１１）ｂ２´＝ＢＣ_６＋Ｃ_６Ｂ_６＝Ｌ・ｃｏｓθ＋Ｂ_６´Ｃ_６・ｔａｎ（θ＋２γ）
＝２Ｌ・ｃｏｓθ＋２Ｌ・ｓｉｎθ・ｔａｎ（θ＋２γ）
＝２Ｌ｛ｃｏｓθ＋ｓｉｎθ・ｔａｎ（θ＋２γ）｝

式１０および式１１から明らかなように、点Ｂから、ガルバノミラー１２５を左回りに角度ｎγ（ｎは自然数）だけ回転させたときのデータ取得地点（点Ｂｎ´）までの距離「ｂｎ´」は、次式で表される。
（式１２）ｂｎ´＝ｎＬ｛ｃｏｓθ＋ｓｉｎθ・ｔａｎ（θ＋ｎγ）｝

例えば、θ＝４５°として、ガルバノミラー１２５を右回りに回転させたとする。この場合、式１０より、０°＜ｎγ≦２３°のとき、ｂｎ≧ｎＬとなる。つまり、データ取得地点の間隔が、標準のデータ取得間隔Ｌよりも広くなる。これに対して、２３°＜ｎγ＜９０°のときは、データ取得地点の間隔が、標準のデータ取得間隔Ｌよりも小さくなる。

以上のように、ガルバノミラー１２５を所定角度回転する毎に、電場強度のデータを取得した場合、データの取得間隔が、ガルバノミラー１２５の回転角度（すなわち、パルス光ＬＰ１１の入射角度）に依存して変動することとなる。このため、取得したデータを等間隔として電場強度分布を画像化した場合には、実際の電場強度分布と比較して、位置的な歪みが生じることとなる。このため、正しい電場強度分布を得るためには、この位置的な歪みを補正する必要がある。

この補正処理には、以下の式で表される歪補正係数Ｘｎ，Ｘｎ´が用いられる。
（式１３）Ｘｎ＝ｂｎ／ｎＬ＝ｃｏｓθ＋ｓｉｎθ・ｔａｎ（θ−ｎγ）
（式１４）Ｘｎ´＝ｂｎ´／ｎＬ＝ｃｏｓθ＋ｓｉｎθ・ｔａｎ（θ＋ｎγ）

図９は、補正処理の様子を説明するための図である。図９に示されるように、画像生成部２１は、まず、取得された電場強度のデータを、データ取得地点が等間隔のデータとして扱い、電場強度分布を示す画像データを生成する。図示の例では、点Ｂを原点として、左右に点Ｂ_３，Ｂ_４，Ｂ_５およびＢ_６に対応するデータが、等間隔（Ｌに相当）で並べられることで、仮の電場強度分布の画像データが生成される。位置特定部２１１は、この画像データを上記歪補正係数Ｘｎ，Ｘｎ´を用いて補正することで、実際のデータ取得地点に合致させた画像データを生成する。

例えば、点Ｂ_３は、ｎ＝１のときのデータ取得地点である。このため、点Ｂ_３については、点Ｂからの距離が、補正前の距離（Ｌに相当）のＸ１倍となるように補正される。同様に、位置特定部２１１は、他の点Ｂ_４，Ｂ_５およびＢ_６についても、位置の補正が行われる。具体的に、γ＝１．４３２°およびθ＝４５°の場合、上記式１３より、Ｘ１＝１．３８，Ｘ２＝１．３５となり、上記式１４より、Ｘ１´＝１．４５，Ｘ２´＝１．４９となる。

本実施形態では、以上のような補正を行うことで、パルス光ＬＰ１１で検査対象物を走査した際の照射角度の変動によるデータ取得間隔の変動を補正することができる。これにより、電場強度分布画像上における、データ取得地点に対応する位置を高精度に特定することができる。したがって、検査に好適な電磁波強度分布を示す画像を取得することができる。

なお、上記実施形態では、取得された電磁波強度のデータを等間隔に並べて仮の画像を生成した後、補正するようにしている。しかしながら、データ取得地点が等間隔となるように、ガルバノミラー１２５の回転速度を制御することも考えられる。

また、ガルバノミラー１２５と、検査対象物９との間に、対物レンズおよび凸レンズなどを介在させて、パルス光ＬＰ１１を絞るようにしてもよい。この場合には、その絞り量も考慮して、上記補正処理を行うことが望ましい。

この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１００ 検査装置
１１ ステージ
１２ 照射部
１２１ フェムト秒レーザ（光源）
１２３ 光チョッパ
１２５ ガルバノミラー
１２７ ガルバノミラー駆動機構
１３ 検出部
１３１ 検出器
１４ 遅延部
１４１ 遅延ステージ
１４３ 遅延ステージ移動機構
１５ ステージ移動機構
１６ 制御部
１７ モニター
１８ 操作入力部
２１ 画像生成部
２１１ 位置特定部
２３ 時間波形復元部
４１ 時間波形
６０、６１，６２，６３，６４，６５，６６ 光路
７０，７１，７２ 光路
９ 検査対象物
ＬＰ１１ パルス光
ＬＰ１２ プローブ光
ＬＴ１ 電磁波
Ｍ１，Ｍ２ 放物面鏡

Claims (3)

1. 半導体デバイスまたはフォトデバイスを検査対象物とする検査装置であって、
   パルス光を出射する光源と、
   前記パルス光を検査対象物に対して斜めに照射するとともに、前記パルス光の光路を変更することによって、前記検査対象物を前記パルス光で走査する走査部と、
   前記パルス光の照射に応じて前記検査対象物から前記パルス光とは非同軸に放射される電磁波を検出する検出部と、
   前記検出部によって検出された電磁波の電場強度に基づいて、前記検査対象物の電場強度の分布を示す画像を生成する画像生成部と、
   を備え、
   前記画像生成部は、前記検査対象物に対する前記パルス光の照射角度に応じたデータの取得間隔の変動量を求め、その変動量に基づいて電磁波強度の取得地点に対応する前記画像上の位置を決定する、検査装置。
2. 請求項１記載の検査装置において、
   前記検出部は、前記光源から放射されたパルス光をプローブ光として受光して、前記電磁波を検出する検出器、を備えており、
   前記検査装置は、
   前記電磁波が前記検出器に到達するタイミングに対して、前記プローブ光が到達するタイミングを相対的に遅延させる遅延部、をさらに備えている、検査装置。
3. 半導体デバイスまたはフォトデバイスを検査対象物として検査する検査方法であって、
   (a) 光源からパルス光を出射する工程と、
   (b) 前記(a)工程にて出射された前記パルス光を検査対象物に対して斜めに照射するとともに、前記パルス光の光路を変更することによって、前記検査対象物を前記パルス光で走査する工程と、
   (c) 前記(b)工程における前記パルス光の照射に応じて前記検査対象物から前記パルス光とは非同軸に放射される電磁波を検出する工程と、
   (d) 前記(c)工程にて検出された前記電磁波の電場強度に基づいて、前記検査対象物の電場強度の分布を示す画像を生成する工程と、
   を含み、
   前記(d)工程は、前記検査対象物に対する前記パルス光の照射角度に応じたデータの取得間隔の変動量を求め、その変動量に基づいて電磁波強度の取得地点に対応する前記画像上の位置を決定する工程を含む、検査方法。

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