JP6756494B2

JP6756494B2 - 信号増幅装置及び半導体検査装置

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Publication number: JP6756494B2
Application number: JP2016042204A
Authority: JP
Inventors: 義徳 ▲高▼木
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2020-09-16
Anticipated expiration: 2036-03-04
Also published as: JP2017156307A

Description

この発明は、検波対象である目的信号の信号強度を増幅させる技術に関する。

特定の周波数の信号を検波する際において、スーパーヘテロダイン方式の検波装置（スペクトラムアナライザー）を用いて信号検波を行う場合がある。このような検波装置は、例えば特許文献１に開示されている。

図４は、一般的な検波装置９００の概略構成図である。検波装置９００は、混合回路９１０、局部発振器９２０、フィルタ回路９３０、増幅回路９４０及び検波器９５０を備えている。

混合回路９１０は、目的信号（周波数ｆ_Ｓ）及び局部発振器９２０からの局部発振信号（周波数ｆ_ＬＯ）を掛け合わせて、和周波信号（周波数ｆ_Ｓ＋ｆ_ＬＯ）及び差周波信号（周波数ｆ_Ｓ−ｆ_ＬＯ）を生成する。フィルタ回路９３０は、混合回路９１０から出力された信号のうち和周波信号を除去する。増幅回路９４０は、フィルタ回路９３０から出力された差周波信号（周波数ｆ_Ｓ−ｆ_ＬＯ）の強度を増幅して、検波器に９５０に出力する。

このように、検波装置９００では、検波したい目的信号の強度が微小である場合に、増幅回路９４０の増幅率が十分である周波数帯域の信号（差周波信号）に周波数変換され、目的信号が検波器９５０によって検出される。

特開平６−２４０３６９号公報

従来の検波装置９００では、混合回路９１０及び増幅回路９４０各々による微小信号の増幅が可能されるが、混合回路９１０に入力する前に、目的信号の信号強度を適切に増幅させる技術は知られていない。

本発明は、検波対象である目的信号の信号強度を増幅させる新たな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、目的信号の信号強度を増幅する信号増幅装置であって、目的信号を分配する分配部と、２つの信号を掛け合わせるｎ（ｎは自然数）個の前段混合回路を有する前段混合部と、局部発振信号を出力する局部発振回路と、前記前段混合部から出力される信号と、前記局部発振信号とを掛け合わせる第１の後段混合回路を有する後段混合部と、前記後段混合部から出力される信号のうち、特定の周波数成分を減衰させるフィルタ部と、を備え、前記前段混合部は、前記分配部によって分配された２つの前記目的信号どうしを掛け合わせる第１の前記前段混合回路を含み、ｎ＝１の場合、前記前段混合部は前記第１の前記前段混合回路からの信号を前記第１の後段混合回路に出力し、ｎ＞１の場合、前記前段混合部は、第２から第ｎの前記前段混合回路を含み、前記第ｋ（ｋは２以上ｎ以下の整数）の前記前段混合回路は、前記第（ｋ−１）の前記前段混合回路から出力される信号と、前記分配部によって分配された１つの前記目的信号どうしを掛け合わせ、前記前段混合部は前記第ｎの前記前段混合回路からの信号を前記第１の後段混合回路に出力する。

また、第２の態様は、第１の態様に係る信号増幅装置であって、前記前段混合部は、奇数個の前記前段混合回路を有する。

また、第３の態様は、第１または第２の態様に係る信号増幅装置であって、前記局部発振信号は、前記目的信号の周波数ｆ_Ｓよりも小さく、かつ、前記フィルタ回路を通過可能な周波数ｆ_ＬＯであり、前記後段混合部は、前記第１の後段混合回路の出力信号と、前記前段混合部の出力信号とを掛け合わせる第２の後段混合回路をさらに有する。

また、第４の態様は、第２の態様に係る信号増幅装置であって、前記局部発振信号が出力する前記局部発振信号の周波数が固定である。

また、第５の態様は、半導体検査装置であって、半導体試料を保持する保持部と、前記半導体試料からテラヘルツ波を発生させる光ビームを前記半導体試料に照射する光ビーム照射部と、前記半導体試料から放射されるテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、前記テラヘルツ波検出部から出力される信号を検波する検波装置とを備え、前記検波装置は、目的信号の信号強度を増幅する信号増幅装置と、前記信号増幅装置によって増幅された信号の信号強度を検出する検波器と、を備え、前記信号増幅装置は、目的信号を分配する分配部と、２つの信号を掛け合わせるｎ（ｎは自然数）個の前段混合回路を有する前段混合部と、を備え、前記前段混合部は、前記分配部によって分配された２つの前記目的信号どうしを掛け合わせる第１の前記前段混合回路を含み、ｎ＝１の場合、前記前段混合部は前記第１の前記前段混合回路からの信号を前記第１の後段混合回路に出力し、ｎ＞１の場合、前記前段混合部は、第２から第ｎの前記前段混合回路を含み、前記第ｋ（ｋは２以上ｎ以下の整数）の前記前段混合回路は、前記第（ｋ−１）の前記前段混合回路から出力される信号と、前記分配部によって分配された１つの前記目的信号どうしを掛け合わせ、前記前段混合部は前記第ｎの前記前段混合回路からの信号を前記第１の後段混合回路に出力する。

第１の態様に係る信号増幅装置によると、目的信号どうしを前段混合回路で掛け合わせることによって、元の振幅どうしを掛け合わせることができる。これによって、元の目的信号の信号強度を増幅できる。

しかも、前段混合部にて増幅された目的信号を、局部発振信号に応じて所望の周波数に変換できるとともに、不要な成分をフィルタリングで除去できる。これによって、目的信号の検波を好適に行うことができる。

また、直列接続された複数の前段混合回路各々に目的信号を入力することで、目的信号の振幅を、前段混合回路の数量に応じた回数分乗じることができる。このため、理論的に限界なく目的信号を増幅できる。

第２の態様に係る信号増幅装置によると、前記前段混合部の最後の前段混合回路から出力される信号のうち、差周波成分を定数にできる。これによって、不要な成分を除去できるため、検波を好適に行うことができる。

第３の態様に係る信号増幅装置によると、第２の後段混合回路によって、第１の後段混合回路の出力信号を局部発振信号の周波数に変換できる。したがって、フィルタ回路に合わせて局部発振信号の周波数を選択することで、目的信号に周波数ノイズが存在しても良好に検波できる。

第４の態様に係る信号増幅装置によると、局部発振信号の周波数を固定とすることで、局部発振信号の周波数調整が不要となる。これによって、目的信号の検波を簡易にできる。また、局部発振信号の周波数が固定の局部発振器を使用することによって、周波数が可変の電圧制御発振器（ＶＣＯまたはＶＣＸＯ）を使用する場合に比べて、ノイズを大幅に低減できる。

第５の態様に係る半導体検査装置によると、半導体試料から放射されるテラヘルツ波の信号強度を、検波装置の信号副装置によって増幅することによって、良好に検波できる。

第１実施形態に係る検波装置の概略構成図である。第２実施形態に係る検波装置の概略構成図である。第３実施形態に係る半導体検査装置の概略構成図である。一般的な検波装置の概略構成図である。

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、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。また、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。

＜１．第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る検波装置１の概略構成図である。検波装置１は、特にテラヘルツ波等の高周波信号を検出するのに好適な構成を備えている。検波装置１は、分配部１０，１１、前段混合部２０、局部発振器３０、後段混合部４０、バンドパスフィルタ５０、増幅回路６０、検波器７０を備える。

分配部１０は、検波対象である目的信号（周波数をｆ_Ｓとする。）を、前段混合部２０が備えるｎ個（ｎは１以上の整数。）の前段混合回路ＦＭ１〜ＦＭｎ各々に分配する。目的信号は、好ましくは電圧信号であるが、電流信号であってもよい。

なお、分配部１０は、１本の導線に対して、１本または複数本の分岐導線が電気的に接続された分岐部分としてもよい。導線どうしを接続する手段として、溶接、半田付け、圧着、巻付けのほか、ワニ口クリップ等の接続部材を用いてもよい。分配部１０が前段混合回路ＦＭ１〜ＦＭｎ各々に分配する目的信号各々は、略同一の振幅を持つ。なお、目的信号の厳密な分配を実現するため、分配部１０を、オペアンプ等を利用した回路で構成してもよい。ただし、分配後の目的信号各々の振幅が同一であることは必須ではない。

前段混合部２０の前段混合回路ＦＭ１〜ＦＭｎ各々は、２つの入力信号を掛け合わせることによって混合信号を生成し、出力するミキサーである。前段混合回路ＦＭ１〜ＦＭｎは、直列接続されている。

１番目に接続された前段混合回路ＦＭ１には、分配部１０から分配される同一の目的信号が入力される。前段混合回路ＦＭ１は、同一の目的信号どうしを掛け合わせて得られた信号を、２番目に接続された前段混合回路ＦＭ２に入力する。また、ｋ番目（ｋは２以上ｎ未満の整数。）に接続された前段混合回路ＦＭｋは、（ｋ−１）番目に接続された前段混合回路ＦＭ（ｋ−１）から入力される信号と、分配部１０から入力される目的信号とを掛け合わせて得られた信号を、（ｋ＋１）番目に接続された前段混合回路ＦＭ（ｋ＋１）に入力する。混合部２０は、前段混合回路ＦＭ１〜ＦＭｎによって、目的信号の振幅を増幅させる増幅機能を備える。

前段混合回路ＦＭ１には、振幅、周期及び位相が同一である２つの目的信号が入力される。ここで、混合回路ＦＭ１に分配された目的信号をαｓｉｎ（ｆ_Ｓ）とおくと、前段混合回路ＦＭ１が出力する信号は、式（１）で表される。

式（１）が示すように、前段混合回路ＦＭ１が出力する信号の振幅（＝α^２／２）は、元の目的信号の振幅（＝α）に、目的信号の振幅αを乗した成分（＝α^２）を持つ。このため、αが“２”の平方根（√２）より大きければ、元信号から増幅されたことになる。分配部１０及び前段混合部２０は、信号増幅装置の最小構成例である。

ここで、理解を容易にするため、以下では、定数である“ｃｏｓ０”及び振幅αの係数（＝−１／２）については、省略して考えるものとする。

前段混合回路ＦＭ２には、前段混合回路ＦＭ１からの信号Ａ１と、目的信号（＝α・ｓｉｎ（ｆ_Ｓ））とが入力される。すなわち、前段混合回路ＦＭ２が出力する信号Ａ２は、簡単には式（２）で表される。

同様に、前段混合回路ＦＭ３が出力する信号は、式（３）で表される。

最後に接続された前段混合回路ＦＭｎが出力する信号は、ｎが偶数である場合は式（４）で、ｎが奇数である場合は式（５）で表される。

式（４）または式（５）が示すように、前段混合部２０は、検波装置１に入力される目的信号の信号強度を、前段混合回路ＦＭ１〜ＦＭｎの数の分だけ乗じた分増幅することができる。

分配部１１は、前段混合部２０の最後に接続されている前段混合回路ＦＭｎから出力された信号を、後段混合部４０の２つの後段混合回路ＰＭ１，ＰＭ２各々に分配する。分配部１１は、分配部１０と同様、導線に分岐導線を電気的に接続した分岐部分としてもよい。また、分配部１１をオペアンプ等を利用した回路としてもよい。

局部発振器３０は、周波数がｆ_ＬＯの局部発振信号（以下、「ＬＯ信号」という。）を後段混合部４０の第１の後段混合回路ＰＭ１に入力する。

後段混合部４０が備える後段混合回路ＰＭ１，ＰＭ２は、２つの信号を掛け合わせることで混合信号を生成し、出力するミキサーである。

後段混合回路ＰＭ１は、分配部１１から入力される信号（前段混合部２０から入力される信号）と、局部発振器３０から入力されるＬＯ信号（＝βｓｉｎ（ｆ_ＬＯ））とを掛け合わせて生成した信号を、後段混合回路ＰＭ２に入力する。例えば、前段混合回路ＦＭ１〜ＦＭｎが奇数個であるとして、式（５）で表されるものとし、ＬＯ信号をβｓｉｎ（ｆ_ＬＯ）とおくと、後段混合回路ＰＭ１が出力する信号は、式（６）で表される。

後段混合回路ＰＭ２は、分配部１１から入力される信号（前段混合部２０から入力される信号）と、後段混合回路ＰＭ１から入力される信号を掛け合わせて生成した混合信号をバンドパスフィルタ５０に入力する。後段混合回路ＰＭ１から入力される信号を式（６）で表されるものとすると、後段混合回路ＰＭ２が出力する信号は、式（５）と式（６）とを掛け合わせた式（７）で表される。

式７が示すように、後段混合回路ＰＭ２から出力される信号の周波数は、理論上、“２（ｎ＋１）ｆ_Ｓ＋ｆ_ＬＯ”と、“２（ｎ＋１）ｆ_Ｓ−ｆ_ＬＯ”と、“ｆ_ＬＯ”とを含む。

バンドパスフィルタ５０は、局部発振器３０が出力するＬＯ信号の周波数ｆ_ＬＯ付近の信号を通し、他の周波数帯の信号を減衰させるフィルタリングを行う。バンドパスフィルタ５０は後段混合部４０の後段混合回路ＰＭ２から入力された信号をフィルタリングして増幅回路６０に入力する。

例えば、式（７）で表される信号が、バンドパスフィルタ５０に入力されたとする。目的信号の周波数ｆ_ＳがＬＯ信号の周波数ｆ_ＬＯよりも十分に大きい場合、バンドパスフィルタ５０によって、周波数が“２（ｎ＋１）ｆ_Ｓ＋ｆ_ＬＯ”を“２（ｎ＋１）ｆ_Ｓ−ｆ_ＬＯ”の成分を減衰させ、周波数ｆ_ＬＯの成分の信号（＝α^{２（ｎ＋１）}βｓｉｎ（ｆ_ＬＯ））を特異的に通過させることができる。

増幅回路６０は、バンドパスフィルタ５０から入力された信号を増幅した増幅信号を生成し、検波器７０に出力する。増幅回路６０は、周波数特性を持っており、ここでは、周波数ｆ_ＬＯ付近の信号を増幅させる周波数特性を備えている。

検波器７０は、増幅回路６０から入力される信号を検出し、当該検出信号を、各種パラメータ（例えば、前段混合部２０の混合回路の数等）に応じて補正する。これによって、検波器７０は、周波数がｆ_Ｓからｆ_ＬＯに変換された目的信号を検波する。

以上のように、検波装置１によれば、前段混合部２０によって、目的信号の振幅αに対して、振幅αを直列接続された前段混合回路ＦＭ１〜ＦＭｎの数量（ｎ個）分だけ乗じることができる。したがって、目的信号の信号強度を増幅することができる。また、前段混合回路の数量に応じて、信号強度を増幅できるため、理論的に増幅率の限界をなくすことができる。

また、前段混合回路ＦＭ１〜ＦＭｎの数量を奇数個とすることによって、最後の前段混合回路ＦＭｎから出力される信号のうち、低周波成分である差周波成分を一定数にできる。これによって、不要な成分を除去できるため、検波を好適に行うことができる。

また、図４が示す従来の検波装置９００の場合、目的信号（周波数ｆ_Ｓ）に応じて局部発振器の周波数ｆ_ＬＯを調整する必要があった。このため、目的信号が周波数ノイズを有する場合には、フィルタ回路９３０への入力信号に周波数揺らぎが生じる。この周波数揺らぎは、増幅回路９４０への入力信号における、目的の微小信号に影響するおそれがある。これに対して、検波装置１では、分配部１１及び後段混合部４０によって、前段混合部２０から出力された信号の周波数成分を、ＬＯ信号の周波数ｆ_ＬＯに変換できる。すなわち、目的信号の周波数ｆ_Ｓに依存することなく、ＬＯ信号の周波数ｆ_ＬＯで検出できる。このため、目的信号の周波数ｆ_Ｓに応じてＬＯ信号の周波数を調整する作業が不要となり、ＬＯ信号の周波数ｆ_ＬＯを固定できる。これによって、目的信号の検波を大幅に簡易化できる。

また、従来の検波装置４００の場合、局部発振器９２０には、ＬＯ信号の周波数を変更するため、電圧制御発振器（ＶＣＯまたはＶＣＸＯ）が使用される。この場合、電圧制御発振器から発生するノイズは不可避であり、目的の微小信号に影響するおそれがある。これに対して、検波装置１の場合、発振周波数が固定の局部発振器３０として、水晶振動子等の低周波発振器を使用できる。これによって、周波数が可変の電圧制御発振器（ＶＣＯまたはＶＣＸＯ）を使用する場合に比べて、ノイズの大幅に低減できる。したがって、微弱な目的信号をより好適に検波できる。

なお、上記実施形態では、前段混合部２０が複数の前段混合回路ＦＭ１〜ＦＭｎを備えている。しかしながら、前段混合部２０は、１つの前段混合回路ＦＭ１のみを備えていてもよい。この場合において、例えば、８０ＭＨｚの目的信号が検波装置１に入力されるものとし、局部発振器３０に発振周波数ｆ_ＬＯが４５５ｋＨｚの水晶発振回路を採用したとする。この場合、前段混合部２０の前段混合回路ＦＭ１からは１６０ＭＨｚの周波数成分を持つ信号が、分配部１１に出力される。そして、後段混合回路ＰＭ１からは、周波数成分が１６０ＭＨｚ＋４５５ｋＨｚと１６０ＭＨｚ−４５５ｋＨｚの信号が出力され、後段混合回路ＰＭ２に入力される。さらに、後段混合回路ＰＭ２からは、周波数成分が３２０ＭＨｚ＋４５５ｋＨＺ、４５５ｋＨｚ及び３２０ＭＨｚ−４５５ｋＨＺの信号が出力され、バンドパスフィルタ５０に入力される。バンドパスフィルタ５０を通過した４５５ｋＨｚの信号は、増幅回路６０に入力され、その信号強度が増幅される。そして、増幅された４５５ｋＨｚの信号の信号強度が検波器７０によって検出される。

この例の場合、前段混合回路ＦＭ１及び後段混合回路ＰＭ２によって、元の振幅αに対して振幅αが２回乗じられることで、振幅αを３乗した信号が検波器７０に出力されることとなる。検波器７０において、その増幅率に応じて増幅回路６０から入力された信号を適宜補正することによって、元の目的信号の信号強度を特定できるため、目的信号の検波を適切に行うことができる。

＜２．第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。なお、以降の説明において、既に説明した要素と同様の機能を有する要素については、同じ符号またはアルファベットを追加した符号を付して、詳細な説明を省略する場合がある。

図２は、第２実施形態に係る検波装置１Ａの概略構成図である。検波装置１Ａでは、分配部１１が省略されている。また、後段混合部４０Ａは、後段混合回路ＰＭ１を備えているが、第２の後段混合回路ＰＭ２が省略されている。

後段混合回路ＰＭ１は、前段混合部２０から入力された信号と、局部発振器３０から入力されたＬＯ信号とを掛け合わせることで得た信号を、ローパスフィルタ５０Ａに入力する。すなわち、ローパスフィルタ５０Ａには、後段混合回路ＰＭ１から周波数成分が（ｎ＋１）ｆ_Ｓ＋ｆ_ＬＯと、（ｎ＋１）ｆ_Ｓ−ｆ_ＬＯの信号が入力される。ローパスフィルタ５０Ａは、低周波成分である（ｎ＋１）ｆｓ−ｆ_ＬＯを選択的に通過させ、増幅回路６０に入力する。

検波装置１Ａにおいても、前段混合部２０が備える１つ以上の前段混合回路によって、目的信号の信号強度を増幅することが可能である。このため、目的信号の検波を好適に行うことができる。

ただし、信号強度が微小であって、かつ、高周波（例えば、１ＭＨｚ以上あるいは１０ＭＨｚ以上）の目的信号を検波する場合、ローパスフィルタ５０Ａと増幅回路６０とを適切に選択する必要がある。また、目的信号に合わせて、局部発振器３０が生成するＬＯ信号の周波数ｆ_ＬＯを調節する作業が必要となる場合がある。このため、信号強度が微小であり、かつ、高周波である場合には、第１実施形態に係る検波装置１を採用することが好ましい。

＜３．第３実施形態＞
図３は、第３実施形態に係る半導体検査装置１００の概略構成図である。半導体検査装置１００は、所定波長の光ビームを半導体試料Ｓ１に照射することで、半導体試料Ｓ１から放射されるテラヘルツ波（０．１ＴＨｚ〜３０ＴＨｚ）を検出（検波）する。発生したテラヘルツ波の強度を測定することによって、半導体試料Ｓ１の特性または欠陥等を検査できる。半導体試料Ｓ１としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓなどの半導体で形成されたトランジスタ、集積回路（ＩＣやＬＳＩ）、抵抗またはコンデンサ、ワイドギャップ半導体を用いたパワーデバイスなどの電子デバイスである。また、半導体試料Ｓ１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、光電効果を利用する電子デバイス（フォトデバイス）でもよい。

半導体検査装置１００は、検波装置１と、光ビーム照射部８０と、テラヘルツ波検出部８２と、ステージ８４と、遅延部８６とを備える。

光ビーム照射部８０は、フェムト秒レーザ８０１を備える。フェムト秒レーザ８０１は、例えば、２００ｎｍ（ナノメートル）以上２．５μｍ（マイクロメートル）以下の可視光領域を含む紫外から赤外領域の波長のパルス光（パルス光ＬＰ１）を出射する。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８０１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、紫外波長（２００〜３８０ｎｍ）、近赤外（０．７〜２．５μｍ））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８０１から出射されたパルス光ＬＰ１は、ビームスプリッタＢＥ１により２つに分割される。分割された一方のパルス光は、検査光ＬＰ１１（光ビーム）として、半導体試料Ｓ１に照射される。検査光ＬＰ１１の光軸が半導体試料Ｓ１の主面（最も広い面）に対して斜めに入射するように、検査光ＬＰ１１が半導体試料Ｓ１に照射される。図３が示す例では、入射角度が４５度となるように照射角度が設定されている。ただし、入射角度はこのような角度に限定されるものではなく、０度から９０度の範囲内で適宜変更できる。

半導体試料Ｓ１のような半導体試料においてテラヘルツ波が発生する原理は、例えば、国際公開２００６−０９３２６５号に記載されているとおりである。すなわち、フェムト秒パルスレーザーを試料に照射し、光励起キャリアを試料内に生成される。試料中に生成された光励起キャリアは、試料内の電場または拡散によって、加速され、過渡電流を生じさせる。具体的には、半導体表面の表面電場によって光励起キャリアが加速され過渡電流が生じる。この過渡電流により、テラヘルツ波が発生する（過渡電流効果）。

テラヘルツ波検出部８２は、テラヘルツ波検出器８２１を備えている。テラヘルツ波ＬＴ１は、放物面鏡などによって適宜集光され、テラヘルツ波検出器８２１に入射する。テラヘルツ波検出器８２１は、例えば、光伝導スイッチ（光伝導アンテナ）を有する。光伝導スイッチには、検出光ＬＰ１２が入射する。検出光ＬＰ１２は、パルス光ＬＰ１がビームスプリッタＢＥ１で分割されることで得られる他方のパルス光である。テラヘルツ波ＬＴ１がテラヘルツ波検出器８２１に入射するときに、検出光ＬＰ１２がテラヘルツ波検出器８２１に入射すると、光伝導スイッチにて瞬時的にテラヘルツ波ＬＴ１の電界強度（以下、「ＴＨｚ強度」とも表記する。）に応じた電流が発生する。この電界強度に応じた電流信号は、検波装置１に送られ、検波される。

テラヘルツ波検出器８２１は、検出光ＬＰ１２の照射に応じて、半導体試料Ｓ１で発生したテラヘルツ波ＬＴ１の電界強度（テラヘルツ波強度。以下、「ＴＨｚ強度」とも称する。）を検出する。なお、テラヘルツ波検出器８２１が、光伝導スイッチとは異なる素子で構成されていてもよい。テラヘルツ波を検出する素子としては、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が採用可能である。

ステージ８４は、半導体試料Ｓ１を保持する保持部である。ステージ８４は、その表面の保持面に、半導体試料Ｓ１が載置される。なお、ステージ８４の保持面に吸着用の孔を１つまたは複数設けることによって、ステージ８４が半導体試料Ｓ１を吸着保持するようにしてもよい。

遅延部８６は、遅延ステージ８６１及び遅延ステージ駆動部８６３を備えている。

遅延ステージ８６１は、検出光ＬＰ１２の光路上に設けられている。遅延ステージ８６１は、検出光ＬＰ１２を、その入射方向と平行に、かつ、入射時の光軸からずらして反射する反射ミラー８６１０備えている。反射ミラー８６１０で反射した検出光ＬＰ１２は、その光路上に配されたミラー群を介して、テラヘルツ波検出器８２１に導かれる。

遅延ステージ駆動部８６３は、遅延ステージ８６１を、検出光ＬＰ１２の光路に沿って直線的に往復移動させる。これによって、検出光ＬＰ１２の光路長が変化するため、検出光ＬＰ１２がテラヘルツ波検出器８２１に到達する時間を遅延させることができる。したがって、テラヘルツ波検出器８２１が、テラヘルツ波ＬＴ１を検出するタイミングを変更することができる。なお、本例で発生するテラヘルツ波ＬＴ１は、パルス波である。このため、検出光ＬＰ１２に遅延を与えることによって、ＴＨｚ強度を異なる位相で検出することができる。なお、遅延部８６は、検出光ＬＰ１２に遅延を与えているが、検査光ＬＰ１１に遅延を与えるようにしてもよい。

半導体検査装置１００では、フェムト秒レーザ８０１が８０ＭＨｚの周期でパルス光を出射することで、テラヘルツ強度を示す電流信号が、８０ＭＨｚの周期で検波装置１に入力されることとなる。検波装置１は、第１実施形態で説明したように、このような高周波信号の検出を好適に行うことが可能である。

なお、検査光ＬＰ１１の光路上に、テラヘルツ波を発生させる光伝導スイッチ等を配置することで、半導体試料Ｓ１にテラヘルツ波を照射することができる。そして、半導体試料Ｓ１で反射（または透過した）テラヘルツ波を検出するようにしてもよい。このテラヘルツ波の検波にも、検波装置１を適用できる。また、テラヘルツ波を照射する場合、検査対象物は半導体試料には限定されず、種々の物体を検査することが可能である。

この発明は詳細に説明されたが、上記の説明は、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。また、上記各実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。

１，１Ａ検波装置
１０，１１分配部
２０前段混合部
３０局部発振器
４０，４０Ａ後段混合部
５０バンドパスフィルタ（フィルタ部）
５０Ａローパスフィルタ（フィルタ部）
６０増幅回路
７０検波器
８０光ビーム照射部
８０１フェムト秒レーザ
８２テラヘルツ波検出部
８２１テラヘルツ波検出器
８４ステージ（保持部）
１００半導体検査装置
ＦＭ１〜ＦＭｎ前段混合回路
ＬＰ１１検査光（光ビーム）
ＬＴ１テラヘルツ波
ＰＭ１第１の後段混合回路
ＰＭ２第２の後段混合回路
ｆ_ＬＯ局部発振信号の周波数
ｆ_Ｓ目的信号の周波数

Claims

目的信号の信号強度を増幅する信号増幅装置であって、
目的信号を分配する分配部と、
２つの信号を掛け合わせるｎ（ｎは自然数）個の前段混合回路を有する前段混合部と、
局部発振信号を出力する局部発振回路と、
前記前段混合部から出力される信号と、前記局部発振信号とを掛け合わせる第１の後段混合回路を有する後段混合部と、
前記後段混合部から出力される信号のうち、特定の周波数成分を減衰させるフィルタ部と、
を備え、
前記前段混合部は、前記分配部によって分配された２つの前記目的信号どうしを掛け合わせる第１の前記前段混合回路を含み、
ｎ＝１の場合、前記前段混合部は前記第１の前記前段混合回路からの信号を前記第１の後段混合回路に出力し、
ｎ＞１の場合、
前記前段混合部は、第２から第ｎの前記前段混合回路を含み、
前記第ｋ（ｋは２以上ｎ以下の整数）の前記前段混合回路は、前記第（ｋ−１）の前記前段混合回路から出力される信号と、前記分配部によって分配された１つの前記目的信号どうしを掛け合わせ、
前記前段混合部は前記第ｎの前記前段混合回路からの信号を前記第１の後段混合回路に出力する、信号増幅装置。
請求項１に記載の信号増幅装置であって、
前記前段混合部は、奇数個の前記前段混合回路を有する、信号増幅装置。
請求項１または請求項２に記載の信号増幅装置であって、
前記局部発振信号は、前記目的信号の周波数ｆ_Ｓよりも小さく、かつ、前記フィルタ回路を通過可能な周波数ｆ_ＬＯであり、
前記後段混合部は、
前記第１の後段混合回路の出力信号と、前記前段混合部の出力信号とを掛け合わせる第２の後段混合回路をさらに有する、信号増幅装置。
請求項２に記載の信号増幅装置であって、
前記局部発振信号が出力する前記局部発振信号の周波数が固定である、信号増幅装置。
半導体検査装置であって、
半導体試料を保持する保持部と、
前記半導体試料からテラヘルツ波を発生させる光ビームを前記半導体試料に照射する光ビーム照射部と、
前記半導体試料から放射されるテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、
前記テラヘルツ波検出部から出力される信号を検波する検波装置と、
を備え、
前記検波装置は、
目的信号の信号強度を増幅する信号増幅装置と、
前記信号増幅装置によって増幅された信号の信号強度を検出する検波器と、
を備え、
前記信号増幅装置は、
目的信号を分配する分配部と、
２つの信号を掛け合わせるｎ（ｎは自然数）個の前段混合回路を有する前段混合部と、
を備え、
前記前段混合部は、前記分配部によって分配された２つの前記目的信号どうしを掛け合わせる第１の前記前段混合回路を含み、
ｎ＝１の場合、前記前段混合部は前記第１の前記前段混合回路からの信号を前記第１の後段混合回路に出力し、
ｎ＞１の場合、
前記前段混合部は、第２から第ｎの前記前段混合回路を含み、
前記第ｋ（ｋは２以上ｎ以下の整数）の前記前段混合回路は、前記第（ｋ−１）の前記前段混合回路から出力される信号と、前記分配部によって分配された１つの前記目的信号どうしを掛け合わせ、
前記前段混合部は前記第ｎの前記前段混合回路からの信号を前記第１の後段混合回路に出力する、半導体検査装置。