準静電界解析装置及び準静電界解析方法
【課題】微細な場所の状態を高精度で検出することができ、半導体デバイスに生じる欠陥の解析に適用可能な準静電界解析装置及び準静電界解析方法を提供する。
【解決手段】レーザ光の波長よりも小さいサイズの孔を有する近接場プローブ１５を介して検査対象１０に光を照射する。また、準静電界検出プローブ１６を検査対象１０の表面近傍に配置し、光の照射により発生する準静電界を検出する。制御部２０は、検査対象１０の光照射位置に対応する位置情報を画像処理部１９に出力する。画像処理部１９は、準静電界検出プローブ１６で検出された準静電界の強度を制御部２０から入力される位置情報に対応付けて信号処理し、ステージ１１の移動にともなって検査対象１０の表面状態の画像を生成する。
【解決手段】レーザ光の波長よりも小さいサイズの孔を有する近接場プローブ１５を介して検査対象１０に光を照射する。また、準静電界検出プローブ１６を検査対象１０の表面近傍に配置し、光の照射により発生する準静電界を検出する。制御部２０は、検査対象１０の光照射位置に対応する位置情報を画像処理部１９に出力する。画像処理部１９は、準静電界検出プローブ１６で検出された準静電界の強度を制御部２０から入力される位置情報に対応付けて信号処理し、ステージ１１の移動にともなって検査対象１０の表面状態の画像を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接場光を用いて検査対象（試料）の状態を解析する準静電界解析装置及び準静電界解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩ等の半導体デバイスは、より一層の微細化及び高集積化が促進されており、それにともなって半導体デバイスの内部に発生する欠陥のサイズも極めて小さくなっている。半導体デバイス内部の欠陥は、それにより発生する異常電流又は異常電圧などにより検出することができる。しかし、近年の半導体デバイスでは、欠陥により生じる異常電流又は異常電圧が極めて小さく、故障部位を高精度に検出して故障原因を解析することが難しくなってきている。
【０００３】
半導体デバイスの欠陥検査方法として、オバーク法（OBIRCH:Optical Beam Induced Resistance CHange）及びオービック法（OBIC:Optical Beam Induced Current）が知られている。これらの方法では、いずれも半導体デバイスに電源を接続した状態でレーザ光を照射する。オバーク法では、レーザ照射により発生した熱による電流、電圧又は抵抗の変化を検出する。また、オービック法では、レーザ照射により生成された電子やホールを検出する。
【０００４】
その他の方法として、微小な孔（アパーチャ）を有する近接場プローブを備えた光ファイバを使用し、近接場プローブの孔からしみ出す近接場光を使用して、半導体デバイスの端子間の電流又は電圧の変化から配線の欠陥検査を行う検査方法も提案されている。
【０００５】
しかし、上述した方法は、いずれも金属配線の形成が完了した後の半導体デバイスにしか適用できない。これに対し、配線形成途中の半導体デバイスの状態の解析が可能なレーザスクイッド（Laser SQUID）法やテラヘルツ法などの解析法が提案されている。レーザスクイッド法では、励起レーザ照射による光起電流によって金属配線を含む閉ループを形成し、その閉ループで生じる磁場を検出する。テラヘルツ法では、パルス状のレーザ光を半導体デバイスに照射し、それにより生じる電磁波を検出する。
【０００６】
しかし、レーザスクイッド法及びテラヘルツ法のいずれも、磁場や電磁波を検出するために金属配線を形成する必要がある。そこで、半導体デバイスにレーザ光を照射した際に発生する準静電界を検出することにより、金属配線がなくても半導体デバイスの状態解析が可能な方法（以下、「準静電界検出法」という）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−９７８３９号公報
【特許文献２】特開平９−２５７８８２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】伊藤、他１名、“微小静電界検出プローブによる故障解析手法”、第29回LSIテスティングシンポジウム(LSITS2009),H21.11.11-13、ＬＳＩテスティング学会予稿集
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の準静電界検出法では、レーザ光の波長限界（光回析）により空間分解能が決定される。例えば波長が１３４０ｎｍの近赤外レーザを用いた場合の空間分解能は０．７μｍ程度であり、波長が２００ｎｍの紫外光を用いた場合でも空間分解能は０．１μｍ程度である。近年の半導体デバイスに含まれる素子のサイズは極めて小さいため、上述した方法では欠陥を検出することは可能であるものの、欠陥箇所を詳細に特定することは難しい。
【００１０】
以上から、微細な場所の状態を高精度で検出することができ、半導体デバイスに生じる欠陥の解析に適用可能な準静電界解析装置及び準静電界解析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一観点によれば、光源と、前記光源から出射される光の波長よりも小さいサイズの孔が設けられ、前記孔を介して前記光源から出射された光を検査対象に照射する近接場プローブと、前記検査対象と容量結合して前記検査対象に発生する準静電界を検出する準静電界検出プローブと、前記検査対象が載置されるステージと、前記ステージを前記近接場プローブに対し相対的に移動させる駆動部と、前記駆動部を制御する制御部と、前記制御部から前記検査対象の位置情報を入力し、該位置情報を前記準静電界検出プローブの出力に対応付けて信号処理する信号処理部とを有する準静電界解析装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
上記一観点によれば、近接場プローブに設けられた光源から出射される光の波長よりも小さいサイズの孔を介して検査対象に光を照射する。これにより、検査対象に準静電界が発生する。準静電界は、検査対象の表面に沿って広く分布する性質がある。このため、準静電界検出プローブを近接場プローブから離れた位置に配置しても、準静電界を検出することができる。また、準静電界の強度は、検査対象の表面状態に依存する。
【００１３】
近接場プローブを検査対象に対し相対的に移動させながら準静電界検出プローブの出力を検査対象の光照射位置に対応させて信号処理すると、検査対象の表面状態に応じた画像を得ることができる。この画像に基づいて、検査対象の状態を解析することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る準静電界解析装置の概要を示すブロック図である。
【図２】図２（ａ）は半導体デバイスのｐｎ接合部にレーザ光を照射したときに発生するキャリアによって作られる電界を示す模式図、図２（ｂ）はレーザ照射により発生した電子と正孔とからなる電子双極子を示す模式図である。
【図３】図３は、検査対象の表面近傍に分布する準静電界を示す模式図である。
【図４】図４は、準静電界、誘導電界及び放射電界の各強度と電界発生源からの距離（検査対象から離れる方向の距離）との関係を示す図である。
【図５】図５は、準静電界検出プローブの一例を示す模式図である。
【図６】図６は、準静電界検出プローブの他の例を示す模式図である。
【図７】図７は、近接場プローブの位置と準静電界検出プローブで検出される準静電界の強度との対応を示す図である。
【図８】図８は、近接場プローブ及び準静電界検出プローブの配置の一例を示す模式図である。
【図９】図９は、実施形態の準静電界解析装置により得られる半導体デバイスの画像を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、第２の実施形態に係る準静電界解析装置の概要を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、実施形態について、添付の図面を参照して説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る準静電界解析装置の概要を示すブロック図である。
【００１７】
本実施形態に係る準静電界解析装置は、ステージ１１と、ステージ駆動部１２と、レーザ光源１３と、近接場プローブ１５を備えた光ファイバ１４と、準静電界検出プローブ１６と、アンプ１８と、画像処理部１９と、制御部２０と、表示装置２１とを有している。
【００１８】
検査対象の半導体デバイス（ＬＳＩチップ）１０は、ステージ１１の上に載置される。このステージ１１は、制御部２０により制御されるステージ駆動部１２により駆動されて、水平２軸方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に移動する。制御部２０は、ステージ駆動部１２によるステージ１１の移動にともない、ステージ１１のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を示す位置データを画像処理部１９に伝達する。
【００１９】
レーザ光源１３は、制御部２０からの信号に基づいて駆動制御される。レーザ光源１３は光ファイバ１４と光学的に接続されており、レーザ光源１３から出射されたレーザ光は光ファイバ１４内をその長さ方向に伝搬する。この光ファイバ１４の先端部には近接場プローブ１５が設けられており、近接場プローブ１５の先端にはレーザ光の波長よりも小さい径の孔（アパーチャ）が設けられている。この近接場プローブ１５を介して半導体デバイス１０に近接場光を照射すると、半導体デバイス１０に準静電界が発生する。準静電界については後述する。
【００２０】
本実施形態において、レーザ光源１３から出射される光の波長は３２０ｎｍ〜１３４０ｎｍの範囲内であるとする。また、近接場プローブ１５の先端に設けられた孔のサイズ（直径）は１００ｎｍ以下とする。
【００２１】
準静電界検出プローブ１６は、検出電極１６ａを有している。この検出電極１６ａは半導体デバイス１０の近傍に配置されて半導体デバイス１０と容量結合し、半導体デバイス１０に発生した準静電界を検出する。
【００２２】
準静電界検出プローブ１６には、バイアス電源１７からバイアス電圧が供給される。また、準静電界検出プローブ１６の出力はアンプ１８により増幅され、画像処理部（信号処理部）１９に伝達される。画像処理部１９は、準静電界検出プローブ１６で検出された準静電界の強度と、制御部２０から伝達されたステージ１１の位置データとに基づいて、半導体デバイス１０の表面画像を生成し、その画像データを表示装置２１に伝達する。
【００２３】
表示装置２１はＣＲＴ（cathode ray tube）又はＬＣＤ（liquid crystal display）等の画像表示が可能な表示素子を備え、画像処理部１９から伝達された画像データに基づく画像を表示する。
【００２４】
以下、準静電界について説明する。
【００２５】
本実施形態では、近接場プローブ１５を介して検査対象（半導体デバイス１０）に近接場光を照射する。これにより、検査対象の極めて狭い範囲がレーザ光による熱又は光エネルギーにより励起され、正及び負のキャリア（電子双極子）が発生する。
【００２６】
図２（ａ）は、半導体デバイスのｐｎ接合部にレーザ光を照射したときに発生するキャリアによって作られる電界を示す模式図である。また、図２（ｂ）は、レーザ照射により発生した電子ｅと正孔ｈとからなる電子双極子（ダイポールアンテナ）を示す模式図である。ここでは、電子ｅ及び正孔ｈの電荷はいずれもＱとする。また、図２（ｂ）において、ｄは電気双極子の電子ｅと正孔ｈとの間の距離を示し、Ｐは任意の点を示し、ｒは電気双極子の中心点Ｏと点Ｐとの間の距離を示し、θは電気双極子の中心点Ｏと点Ｐとを結ぶ直線とＺ軸とのなす角度を示している。
【００２７】
マクスウェルの方程式により電気双極子と点Ｐとの間の電位を求め、距離ｒで微分して点Ｐのθ方向の電界Ｅθを求めると、下記（１）式が導き出される。
【００２８】
【数１】
【００２９】
ここで、βは波数（周波数：β＝２π/λ）を示し、εは誘電率、ｊは定数である。
【００３０】
電界Ｅθは、準静電界、誘導電界及び放射電界の３つの成分に分割することができる。（１）式の｛｝括弧内の第１項が準静電界成分、第２項が誘導電界成分、第３項が放射電界成分である。放射電界の強度は距離ｒに反比例（１/ｒ）し、比較的遠方まで届く。無線通信に使用される電波はこの成分を利用している。
【００３１】
誘導電界の強度は距離ｒの２乗に反比例（１/ｒ2）するので、放射電界ほど遠方までは届かない。誘導電界は、主に低周波回路素子の周りに発生する電界として知られている。
【００３２】
準静電界の強度は距離ｒの３乗に反比例（１/ｒ3）し、誘導電界よりも更に到達距離が短い。しかし、波長に比べて距離ｒが十分短い場合は、準静電界の強度が放射電界及び誘導電界よりも強くなる。
【００３３】
放射電界や誘導電界は、ｐｎ接合部に接続される配線の長さやループ電流回路に応じた指向性を有する。従って、指向性の範囲内であれば、検査対象（半導体デバイス）から離れた位置に検出センサを配置しても、これらの電界を検出することができる。一方、準静電界は遠方に届くことはないが、図３に模式的に示すように、検査対象３１の表面（表側の面だけでなく裏側の面も含む）近傍に広く分布する性質がある。このため、検査対象３１の表面近傍であれば、電界発生源から離れた場所に検出センサを配置しても、準静電界を検出することが可能である。
【００３４】
図４は、横軸に距離ｒをとり、縦軸に電界強度（相対値）をとって、準静電界、誘導電界及び放射電界の各強度と電界発生源からの距離（検査対象から離れる方向の距離）との関係を示したものである。
【００３５】
この図４に示すように、準静電界の強度は、検査対象から離れると急激に減少する。準静電界、誘導電界及び放射電界の強度が一致する点の電子双極子（中心点Ｏ）からの距離ｒは、約０．１６λである。電界の周波数が３ＧＨｚ（ギガヘルツ）の場合、距離ｒは約１６ｍｍであり、それよりも近い範囲内では準静電界が支配的となる。
【００３６】
なお、レーザ光の照射により発生する電界は、主に近赤外線レーザ光の照射熱によるゼーベック効果（熱起電力）やシリコン基板のバンドギャップよりも高いエネルギーを有するレーザ光を照射した際に生じる電子・正孔対による光起電流によるものである。また、ＰＺＴ等の強誘電体材料に近赤外線レーザを照射した場合には、発熱に起因する焦電電流による電界が発生する。レーザ光の半導体装置回路の回路パターンからの反射や吸収の違いによって、電界強度に変化が生じる。
【００３７】
図５は、準静電界検出プローブ１６の一例を示す模式図である。準静電界検出プローブ１６として、例えば電界効果トランジスタ（以下、「ＦＥＴ」という）やブリッジ回路を用いることができる。本実施形態では、準静電界検出プローブ１６としてＦＥＴ３２を使用した例を示している。このＦＥＴ３２のゲートＧに検出電極１６ａが接続される。ＦＥＴ３２のゲート自体を検出電極１６ａとしてもよい。
【００３８】
ＦＥＴ３２のソースＳ及びドレインＤはアンプ１８に接続されるが、本実施形態ではドレインＤとアンプ１８との間にバイアス電源１７を接続している。このバイアス電源１７は、１０ｍＶ〜５Ｖのバイアス電圧をＦＥＴ３２に供給する。
【００３９】
この準静電界検出プローブ１６では、検出電極１６ａが検査対象３１と容量結合して準静電界を検出し、それによってＦＥＴ３２のゲート電圧が変化して準静電界の強度に応じた電流がソースＳとドレインＤとの間に流れる。この電流をアンプ１８で増幅（信号処理）し、画像処理部１９により輝度信号に変換して画像を生成する。良好なＳ/Ｎ（信号/ノイズ）比を得るために、準静電界検出プローブ１６として、キャリア移動度が高く且つ入力容量が低い（例えば２．０ｐＦ以下）ＦＥＴを使用することが好ましい。
【００４０】
検出電極１６ａは、検査対象に応じて使い分けてもよい。検出電極１６ａが広い平行面積を有する場合は、検出電界量が多くなるため、電界発生源から数ｍｍ離れた場合でも準静電界を検出することができる。従って、半導体装置に組み立てられた状態（樹脂で封止された状態）でも準静電界を検出することが可能になる。
【００４１】
また、図６に示すように、検出電極１６ａと検査対象３１との間に誘電率が高い材料からなる部材３３を介在させると、検出電極１６と検査対象３１との間の結合容量が増大し、準静電界をより一層効率的に検出することができる。更に、検出電極１６ａと検査対象３１との間に誘電体材料からなる部材を介在させることにより、検査対象３１の表面に金属配線が露出していても検査対象３１と検出電極１６ａとがショートすることなく、準静電界を検出することができる。
【００４２】
図７は、近接場プローブ１５の位置と準静電界検出プローブ１６で検出される準静電界の強度との対応を示す図である。ここでは、半導体デバイス１０の表面には、半導体層が露出した領域１０ａと素子分離層が露出した領域１１ｂとが存在しているものとする。また、近接場プローブ１５は、半導体デバイス１０の表面上を図中矢印に示す方向に相対的に移動するものとする。
【００４３】
近接場プローブ１５から半導体デバイス１０に近接場光を照射すると、半導体デバイス１０では近接場プローブ１５の先端の孔（アパーチャ）の径で決まる微小エリアで準静電界が発生する。この準静電界は瞬時に半導体デバイス１０の表面に沿って広がり、準静電界検出プローブ１６により検出される。
【００４４】
図７に示すように半導体デバイス１０の表面に半導体層が露出した領域１０ａと素子分離層が露出した領域１０ｂとがあると、それらの境界部分では近接場光による温度勾配や電界勾配が大きくなり、準静電界検出プローブ１６の出力が大きく変化する。
【００４５】
以下、本実施形態に係る近接場光準静電界解析装置を使用した解析方法について、図１に示すブロック図を参照して説明する。
【００４６】
まず、ステージ１１上に検査対象の半導体デバイス１０を載置する。そして、近接場プローブ１５の先端を半導体デバイス１０の表面近傍に配置する。また、準静電界検出プローブ１６の検出電極１６ａを半導体デバイス１０の表面近傍に配置する。
【００４７】
近接場プローブ１５と検出電極１６ａとを近接して配置する必要はなく、近接場プローブ１５と検出電極１６ａとが離れていてもよい。例えば図８に示すように、近接場プローブ１５を半導体デバイス１０の上面側に配置し、準静電界検出プローブ１６を半導体デバイス１５の側面又は下面側に配置してもよい。
【００４８】
次に、制御部２０からの信号に基づいてレーザ光源１３が稼働し、近接場プローブ１５から半導体デバイス１０に近接場光が照射される。これにより、近接場光が照射された部分に準静電界が発生する。この準静電界は、瞬時に半導体デバイス１０の表面に沿って広がり、準静電界検出プローブ１６により準静電界が検出される。そして、準静電界検出プローブ１６に接続されたアンプ１８からは、準静電界検出プローブ１６で検出した準静電界の強度に応じた信号が出力される。画像処理部１９はアンプ１８の出力信号を入力し、そのアンプ１８の出力信号に応じた強度の輝度信号を生成する。
【００４９】
一方、制御部２０は、ステージ駆動部１２を制御して、近接場プローブ１５が半導体デバイス１０の表面を走査するようにステージ１１をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる。このステージ１１の移動にともなって、制御部２０から画像処理部１９にステージ１１の位置データが伝達される。これにより、画像処理部１９では、近接場光が照射されている半導体デバイス１０の位置と輝度信号とが対応付けされ、ステージ１１のＸ軸方向及びＹ軸方向の移動にともなって半導体デバイス１０の表面画像が生成される。この表面画像のデータは表示装置２１に送られて、表示装置２１に半導体デバイス１０の表面画像が表示される。
【００５０】
図９は、本実施形態の準静電界解析装置により得られる半導体デバイス（ＬＳＩチップ）の画像を模式的に示す図である。ここでは、半導体デバイス１０を切断してその切断面に近接場プローブ１５を配置したときに得られる画像の例を示している。この図９に示すように、本実施形態の準静電界解析装置によれば、微細な素子の断面形状や不純物拡散濃度の違いを可視化させることができる。それにより、例えば不純物拡散領域の形状異常や不純物濃度分布の異常等を検出することができる。
【００５１】
本実施形態に係る準静電界解析装置の空間分解能は近接場プローブ１５の孔の直径とほぼ同じ（１００ｎｍ以下）になり、レーザ光の波長よりも小さい領域の状態を解析できる。また、本実施形態の準静電界解析装置は、金属配線を形成する前の半導体デバイスの検査にも適用できる。更に、本実施形態の準静電界解析装置は、検査電極１６ａを検査対象（半導体デバイス１０）に接触させることなく、検査対象の状態解析が可能である。従って、本実施形態に係る準静電界解析装置は、半導体デバイスの故障原因の解析に極めて有用である。
【００５２】
なお、従来から、前述したオバーク法やオービック法により故障個所を１μｍ〜１００μｍ程度の範囲まで絞り込み、その後電子線解析装置により故障個所を更に１０ｎｍ〜１μｍの範囲まで絞り込んで半導体デバイスの故障原因を解析する方法がとられていた。この方法に対し、本実施形態に係る準静電界解析装置を用いた解析方法では、電子線解析装置を使用しなくても故障個所を詳細に解析することができ、解析に要する時間を短縮することができるという利点もある。
【００５３】
（第２の実施形態）
図１０は、第２の実施形態に係る準静電界解析装置の概要を示すブロック図である。図１０において、図１と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
本実施形態に係る準静電界解析装置では、レーザ光源１３と光ファイバ１４との間に光変調素子４１が配置されている。この光変調素子４１には参照信号源（図示せず）から周波数ｆ（例えば、１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ）の参照信号が与えられる。光変調素子４１は、レーザ光源１３から出射されたレーザ光を参照信号の周波数ｆで変調する。これにより、近接場プローブ１５の先端から半導体デバイス１０に、周波数ｆで変調された近接場光が照射される。この近接場光により半導体デバイス１０に準静電界が発生する。
【００５５】
準静電界検出プローブ１６は、その検出電極１６ａが半導体デバイス１０と容量結合し、半導体デバイス１０に発生した準静電界を検出する。この準静電界検出プローブ１５の出力は、ロックインアンプ４２に接続されている。
【００５６】
ロックインアンプ４２にも、参照信号源から周波数ｆの参照信号が入力される。このロックインアンプ４２は、準静電界検出プローブ１６の出力から参照信号と同一周波数の信号成分を抽出して画像処理部１９に出力する。
【００５７】
このように、光変調素子４１とロックインアンプ４２とを参照信号に同期させて動作させることにより、準静電界検出プローブ１６の出力からノイズ成分を除去することができ、Ｓ/Ｎ比が向上する。これにより、本実施形態に係る準静電界解析装置は、第１の実施形態の準静電界解析装置に比べて空間分解能がより一層向上するという利点がある。
【００５８】
なお、本実施形態では光変調素子４１を用いてレーザ光源１３から出射されるレーザ光を変調する場合について説明したが、参照信号の周波数でダイレクト変調が可能なレーザ光源を使用してもよい。
【００５９】
以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００６０】
（付記１）光源と、
前記光源から出射される光の波長よりも小さいサイズの孔が設けられ、前記孔を介して前記光源から出射された光を検査対象に照射する近接場プローブと、
前記検査対象と容量結合して前記検査対象に発生する準静電界を検出する準静電界検出プローブと、
前記検査対象が載置されるステージと、
前記ステージを前記近接場プローブに対し相対的に移動させる駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記制御部から前記検査対象の位置情報を入力し、該位置情報を前記準静電界検出プローブの出力に対応付けて信号処理する信号処理部と
を有することを特徴とする準静電界解析装置。
【００６１】
（付記２）前記準静電界検出プローブが電界効果トランジスタを含み、該電界効果トランジスタのゲートが前記検査対象と容量結合することを特徴とする付記１に記載の準静電界解析装置。
【００６２】
（付記３）前記準静電界検出プローブの入力容量が２ｐＦ以下であることを特徴とする付記１又は２に記載の準静電界解析装置。
【００６３】
（付記４）前記光源と前記近接場プローブとの間に配置されて前記光源から出射された光を変調する光変調素子と、
前記準静電界検出プローブと前記信号処理部との間に配置されて前記準静電界検出プローブの出力を前記光変調素子の変調周波数で信号処理するロックインアンプと
を有することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の準静電界解析装置。
【００６４】
（付記５）前記準静電界検出プローブは、前記検査対象と容量結合する検出電極と、前記検出電極と前記検査対象との間に介在する誘電体部材とを有することを特徴とする付記１に記載の準静電界解析装置。
【００６５】
（付記６）ステージ上に検査対象を載置する工程と、
前記光源から出射される光の波長よりも小さいサイズの孔が設けられた近接場プローブを介して前記検査対象に前記光源から出射された光を照射する工程と、
前記検査対象と容量結合した準静電界検出プローブにより前記検査対象に発生する準静電界を検出する工程と、
前記光が照射された前記検査対象の位置と前記準静電界検出プローブにより検出された準静電界とを対応付けて信号処理し、前記検査対象の画像を生成する工程と
を有することを特徴とする準静電界解析方法。
【００６６】
（付記７）前記近接場プローブ及び前記準静電界検出プローブは、前記検査対象の同一面上に配置されることを特徴とする付記６に記載の準静電界解析方法。
【００６７】
（付記８）前記近接場プローブ及び前記準静電界検出プローブは、前記検査対象の異なる面上に配置されることを特徴とする付記６に記載の準静電界解析方法。
【００６８】
（付記９）前記近接場プローブを介して前記検査対象に照射する光を所定の周波数で変調し、前記準静電界検出プローブの出力を前記所定の周波数で動作するロックインアンプで信号処理することを特徴とする付記６乃至８のいずれか１項に記載の準静電界解析方法。
【００６９】
（付記１０）前記準静電界検出プローブの検出電極と前記検査対象との間に誘電体材料からなる部材を配置することを特徴とする付記６乃至９のいずれか１項に記載の準静電界解析方法。
【符号の説明】
【００７０】
１０…半導体デバイス（検査対象）、１１…ステージ、１２…ステージ駆動部、１３…レーザ光源、１４…光ファイバ、１５…近接場プローブ、１６…準静電界検出プローブ、１６ａ…検出電極、１７…バイアス電源、１８…アンプ、１９…画像処理部、２０…制御部、２１…表示装置、３１…検査対象、３２…ＦＥＴ、３３…誘電体材料からなる部材、４１…光変調素子、４２…ロックインアンプ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接場光を用いて検査対象（試料）の状態を解析する準静電界解析装置及び準静電界解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩ等の半導体デバイスは、より一層の微細化及び高集積化が促進されており、それにともなって半導体デバイスの内部に発生する欠陥のサイズも極めて小さくなっている。半導体デバイス内部の欠陥は、それにより発生する異常電流又は異常電圧などにより検出することができる。しかし、近年の半導体デバイスでは、欠陥により生じる異常電流又は異常電圧が極めて小さく、故障部位を高精度に検出して故障原因を解析することが難しくなってきている。
【０００３】
半導体デバイスの欠陥検査方法として、オバーク法（OBIRCH:Optical Beam Induced Resistance CHange）及びオービック法（OBIC:Optical Beam Induced Current）が知られている。これらの方法では、いずれも半導体デバイスに電源を接続した状態でレーザ光を照射する。オバーク法では、レーザ照射により発生した熱による電流、電圧又は抵抗の変化を検出する。また、オービック法では、レーザ照射により生成された電子やホールを検出する。
【０００４】
その他の方法として、微小な孔（アパーチャ）を有する近接場プローブを備えた光ファイバを使用し、近接場プローブの孔からしみ出す近接場光を使用して、半導体デバイスの端子間の電流又は電圧の変化から配線の欠陥検査を行う検査方法も提案されている。
【０００５】
しかし、上述した方法は、いずれも金属配線の形成が完了した後の半導体デバイスにしか適用できない。これに対し、配線形成途中の半導体デバイスの状態の解析が可能なレーザスクイッド（Laser SQUID）法やテラヘルツ法などの解析法が提案されている。レーザスクイッド法では、励起レーザ照射による光起電流によって金属配線を含む閉ループを形成し、その閉ループで生じる磁場を検出する。テラヘルツ法では、パルス状のレーザ光を半導体デバイスに照射し、それにより生じる電磁波を検出する。
【０００６】
しかし、レーザスクイッド法及びテラヘルツ法のいずれも、磁場や電磁波を検出するために金属配線を形成する必要がある。そこで、半導体デバイスにレーザ光を照射した際に発生する準静電界を検出することにより、金属配線がなくても半導体デバイスの状態解析が可能な方法（以下、「準静電界検出法」という）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−９７８３９号公報
【特許文献２】特開平９−２５７８８２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】伊藤、他１名、“微小静電界検出プローブによる故障解析手法”、第29回LSIテスティングシンポジウム(LSITS2009),H21.11.11-13、ＬＳＩテスティング学会予稿集
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の準静電界検出法では、レーザ光の波長限界（光回析）により空間分解能が決定される。例えば波長が１３４０ｎｍの近赤外レーザを用いた場合の空間分解能は０．７μｍ程度であり、波長が２００ｎｍの紫外光を用いた場合でも空間分解能は０．１μｍ程度である。近年の半導体デバイスに含まれる素子のサイズは極めて小さいため、上述した方法では欠陥を検出することは可能であるものの、欠陥箇所を詳細に特定することは難しい。
【００１０】
以上から、微細な場所の状態を高精度で検出することができ、半導体デバイスに生じる欠陥の解析に適用可能な準静電界解析装置及び準静電界解析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一観点によれば、光源と、前記光源から出射される光の波長よりも小さいサイズの孔が設けられ、前記孔を介して前記光源から出射された光を検査対象に照射する近接場プローブと、前記検査対象と容量結合して前記検査対象に発生する準静電界を検出する準静電界検出プローブと、前記検査対象が載置されるステージと、前記ステージを前記近接場プローブに対し相対的に移動させる駆動部と、前記駆動部を制御する制御部と、前記制御部から前記検査対象の位置情報を入力し、該位置情報を前記準静電界検出プローブの出力に対応付けて信号処理する信号処理部とを有する準静電界解析装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
上記一観点によれば、近接場プローブに設けられた光源から出射される光の波長よりも小さいサイズの孔を介して検査対象に光を照射する。これにより、検査対象に準静電界が発生する。準静電界は、検査対象の表面に沿って広く分布する性質がある。このため、準静電界検出プローブを近接場プローブから離れた位置に配置しても、準静電界を検出することができる。また、準静電界の強度は、検査対象の表面状態に依存する。
【００１３】
近接場プローブを検査対象に対し相対的に移動させながら準静電界検出プローブの出力を検査対象の光照射位置に対応させて信号処理すると、検査対象の表面状態に応じた画像を得ることができる。この画像に基づいて、検査対象の状態を解析することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る準静電界解析装置の概要を示すブロック図である。
【図２】図２（ａ）は半導体デバイスのｐｎ接合部にレーザ光を照射したときに発生するキャリアによって作られる電界を示す模式図、図２（ｂ）はレーザ照射により発生した電子と正孔とからなる電子双極子を示す模式図である。
【図３】図３は、検査対象の表面近傍に分布する準静電界を示す模式図である。
【図４】図４は、準静電界、誘導電界及び放射電界の各強度と電界発生源からの距離（検査対象から離れる方向の距離）との関係を示す図である。
【図５】図５は、準静電界検出プローブの一例を示す模式図である。
【図６】図６は、準静電界検出プローブの他の例を示す模式図である。
【図７】図７は、近接場プローブの位置と準静電界検出プローブで検出される準静電界の強度との対応を示す図である。
【図８】図８は、近接場プローブ及び準静電界検出プローブの配置の一例を示す模式図である。
【図９】図９は、実施形態の準静電界解析装置により得られる半導体デバイスの画像を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、第２の実施形態に係る準静電界解析装置の概要を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、実施形態について、添付の図面を参照して説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る準静電界解析装置の概要を示すブロック図である。
【００１７】
本実施形態に係る準静電界解析装置は、ステージ１１と、ステージ駆動部１２と、レーザ光源１３と、近接場プローブ１５を備えた光ファイバ１４と、準静電界検出プローブ１６と、アンプ１８と、画像処理部１９と、制御部２０と、表示装置２１とを有している。
【００１８】
検査対象の半導体デバイス（ＬＳＩチップ）１０は、ステージ１１の上に載置される。このステージ１１は、制御部２０により制御されるステージ駆動部１２により駆動されて、水平２軸方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に移動する。制御部２０は、ステージ駆動部１２によるステージ１１の移動にともない、ステージ１１のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を示す位置データを画像処理部１９に伝達する。
【００１９】
レーザ光源１３は、制御部２０からの信号に基づいて駆動制御される。レーザ光源１３は光ファイバ１４と光学的に接続されており、レーザ光源１３から出射されたレーザ光は光ファイバ１４内をその長さ方向に伝搬する。この光ファイバ１４の先端部には近接場プローブ１５が設けられており、近接場プローブ１５の先端にはレーザ光の波長よりも小さい径の孔（アパーチャ）が設けられている。この近接場プローブ１５を介して半導体デバイス１０に近接場光を照射すると、半導体デバイス１０に準静電界が発生する。準静電界については後述する。
【００２０】
本実施形態において、レーザ光源１３から出射される光の波長は３２０ｎｍ〜１３４０ｎｍの範囲内であるとする。また、近接場プローブ１５の先端に設けられた孔のサイズ（直径）は１００ｎｍ以下とする。
【００２１】
準静電界検出プローブ１６は、検出電極１６ａを有している。この検出電極１６ａは半導体デバイス１０の近傍に配置されて半導体デバイス１０と容量結合し、半導体デバイス１０に発生した準静電界を検出する。
【００２２】
準静電界検出プローブ１６には、バイアス電源１７からバイアス電圧が供給される。また、準静電界検出プローブ１６の出力はアンプ１８により増幅され、画像処理部（信号処理部）１９に伝達される。画像処理部１９は、準静電界検出プローブ１６で検出された準静電界の強度と、制御部２０から伝達されたステージ１１の位置データとに基づいて、半導体デバイス１０の表面画像を生成し、その画像データを表示装置２１に伝達する。
【００２３】
表示装置２１はＣＲＴ（cathode ray tube）又はＬＣＤ（liquid crystal display）等の画像表示が可能な表示素子を備え、画像処理部１９から伝達された画像データに基づく画像を表示する。
【００２４】
以下、準静電界について説明する。
【００２５】
本実施形態では、近接場プローブ１５を介して検査対象（半導体デバイス１０）に近接場光を照射する。これにより、検査対象の極めて狭い範囲がレーザ光による熱又は光エネルギーにより励起され、正及び負のキャリア（電子双極子）が発生する。
【００２６】
図２（ａ）は、半導体デバイスのｐｎ接合部にレーザ光を照射したときに発生するキャリアによって作られる電界を示す模式図である。また、図２（ｂ）は、レーザ照射により発生した電子ｅと正孔ｈとからなる電子双極子（ダイポールアンテナ）を示す模式図である。ここでは、電子ｅ及び正孔ｈの電荷はいずれもＱとする。また、図２（ｂ）において、ｄは電気双極子の電子ｅと正孔ｈとの間の距離を示し、Ｐは任意の点を示し、ｒは電気双極子の中心点Ｏと点Ｐとの間の距離を示し、θは電気双極子の中心点Ｏと点Ｐとを結ぶ直線とＺ軸とのなす角度を示している。
【００２７】
マクスウェルの方程式により電気双極子と点Ｐとの間の電位を求め、距離ｒで微分して点Ｐのθ方向の電界Ｅθを求めると、下記（１）式が導き出される。
【００２８】
【数１】
【００２９】
ここで、βは波数（周波数：β＝２π/λ）を示し、εは誘電率、ｊは定数である。
【００３０】
電界Ｅθは、準静電界、誘導電界及び放射電界の３つの成分に分割することができる。（１）式の｛｝括弧内の第１項が準静電界成分、第２項が誘導電界成分、第３項が放射電界成分である。放射電界の強度は距離ｒに反比例（１/ｒ）し、比較的遠方まで届く。無線通信に使用される電波はこの成分を利用している。
【００３１】
誘導電界の強度は距離ｒの２乗に反比例（１/ｒ2）するので、放射電界ほど遠方までは届かない。誘導電界は、主に低周波回路素子の周りに発生する電界として知られている。
【００３２】
準静電界の強度は距離ｒの３乗に反比例（１/ｒ3）し、誘導電界よりも更に到達距離が短い。しかし、波長に比べて距離ｒが十分短い場合は、準静電界の強度が放射電界及び誘導電界よりも強くなる。
【００３３】
放射電界や誘導電界は、ｐｎ接合部に接続される配線の長さやループ電流回路に応じた指向性を有する。従って、指向性の範囲内であれば、検査対象（半導体デバイス）から離れた位置に検出センサを配置しても、これらの電界を検出することができる。一方、準静電界は遠方に届くことはないが、図３に模式的に示すように、検査対象３１の表面（表側の面だけでなく裏側の面も含む）近傍に広く分布する性質がある。このため、検査対象３１の表面近傍であれば、電界発生源から離れた場所に検出センサを配置しても、準静電界を検出することが可能である。
【００３４】
図４は、横軸に距離ｒをとり、縦軸に電界強度（相対値）をとって、準静電界、誘導電界及び放射電界の各強度と電界発生源からの距離（検査対象から離れる方向の距離）との関係を示したものである。
【００３５】
この図４に示すように、準静電界の強度は、検査対象から離れると急激に減少する。準静電界、誘導電界及び放射電界の強度が一致する点の電子双極子（中心点Ｏ）からの距離ｒは、約０．１６λである。電界の周波数が３ＧＨｚ（ギガヘルツ）の場合、距離ｒは約１６ｍｍであり、それよりも近い範囲内では準静電界が支配的となる。
【００３６】
なお、レーザ光の照射により発生する電界は、主に近赤外線レーザ光の照射熱によるゼーベック効果（熱起電力）やシリコン基板のバンドギャップよりも高いエネルギーを有するレーザ光を照射した際に生じる電子・正孔対による光起電流によるものである。また、ＰＺＴ等の強誘電体材料に近赤外線レーザを照射した場合には、発熱に起因する焦電電流による電界が発生する。レーザ光の半導体装置回路の回路パターンからの反射や吸収の違いによって、電界強度に変化が生じる。
【００３７】
図５は、準静電界検出プローブ１６の一例を示す模式図である。準静電界検出プローブ１６として、例えば電界効果トランジスタ（以下、「ＦＥＴ」という）やブリッジ回路を用いることができる。本実施形態では、準静電界検出プローブ１６としてＦＥＴ３２を使用した例を示している。このＦＥＴ３２のゲートＧに検出電極１６ａが接続される。ＦＥＴ３２のゲート自体を検出電極１６ａとしてもよい。
【００３８】
ＦＥＴ３２のソースＳ及びドレインＤはアンプ１８に接続されるが、本実施形態ではドレインＤとアンプ１８との間にバイアス電源１７を接続している。このバイアス電源１７は、１０ｍＶ〜５Ｖのバイアス電圧をＦＥＴ３２に供給する。
【００３９】
この準静電界検出プローブ１６では、検出電極１６ａが検査対象３１と容量結合して準静電界を検出し、それによってＦＥＴ３２のゲート電圧が変化して準静電界の強度に応じた電流がソースＳとドレインＤとの間に流れる。この電流をアンプ１８で増幅（信号処理）し、画像処理部１９により輝度信号に変換して画像を生成する。良好なＳ/Ｎ（信号/ノイズ）比を得るために、準静電界検出プローブ１６として、キャリア移動度が高く且つ入力容量が低い（例えば２．０ｐＦ以下）ＦＥＴを使用することが好ましい。
【００４０】
検出電極１６ａは、検査対象に応じて使い分けてもよい。検出電極１６ａが広い平行面積を有する場合は、検出電界量が多くなるため、電界発生源から数ｍｍ離れた場合でも準静電界を検出することができる。従って、半導体装置に組み立てられた状態（樹脂で封止された状態）でも準静電界を検出することが可能になる。
【００４１】
また、図６に示すように、検出電極１６ａと検査対象３１との間に誘電率が高い材料からなる部材３３を介在させると、検出電極１６と検査対象３１との間の結合容量が増大し、準静電界をより一層効率的に検出することができる。更に、検出電極１６ａと検査対象３１との間に誘電体材料からなる部材を介在させることにより、検査対象３１の表面に金属配線が露出していても検査対象３１と検出電極１６ａとがショートすることなく、準静電界を検出することができる。
【００４２】
図７は、近接場プローブ１５の位置と準静電界検出プローブ１６で検出される準静電界の強度との対応を示す図である。ここでは、半導体デバイス１０の表面には、半導体層が露出した領域１０ａと素子分離層が露出した領域１１ｂとが存在しているものとする。また、近接場プローブ１５は、半導体デバイス１０の表面上を図中矢印に示す方向に相対的に移動するものとする。
【００４３】
近接場プローブ１５から半導体デバイス１０に近接場光を照射すると、半導体デバイス１０では近接場プローブ１５の先端の孔（アパーチャ）の径で決まる微小エリアで準静電界が発生する。この準静電界は瞬時に半導体デバイス１０の表面に沿って広がり、準静電界検出プローブ１６により検出される。
【００４４】
図７に示すように半導体デバイス１０の表面に半導体層が露出した領域１０ａと素子分離層が露出した領域１０ｂとがあると、それらの境界部分では近接場光による温度勾配や電界勾配が大きくなり、準静電界検出プローブ１６の出力が大きく変化する。
【００４５】
以下、本実施形態に係る近接場光準静電界解析装置を使用した解析方法について、図１に示すブロック図を参照して説明する。
【００４６】
まず、ステージ１１上に検査対象の半導体デバイス１０を載置する。そして、近接場プローブ１５の先端を半導体デバイス１０の表面近傍に配置する。また、準静電界検出プローブ１６の検出電極１６ａを半導体デバイス１０の表面近傍に配置する。
【００４７】
近接場プローブ１５と検出電極１６ａとを近接して配置する必要はなく、近接場プローブ１５と検出電極１６ａとが離れていてもよい。例えば図８に示すように、近接場プローブ１５を半導体デバイス１０の上面側に配置し、準静電界検出プローブ１６を半導体デバイス１５の側面又は下面側に配置してもよい。
【００４８】
次に、制御部２０からの信号に基づいてレーザ光源１３が稼働し、近接場プローブ１５から半導体デバイス１０に近接場光が照射される。これにより、近接場光が照射された部分に準静電界が発生する。この準静電界は、瞬時に半導体デバイス１０の表面に沿って広がり、準静電界検出プローブ１６により準静電界が検出される。そして、準静電界検出プローブ１６に接続されたアンプ１８からは、準静電界検出プローブ１６で検出した準静電界の強度に応じた信号が出力される。画像処理部１９はアンプ１８の出力信号を入力し、そのアンプ１８の出力信号に応じた強度の輝度信号を生成する。
【００４９】
一方、制御部２０は、ステージ駆動部１２を制御して、近接場プローブ１５が半導体デバイス１０の表面を走査するようにステージ１１をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる。このステージ１１の移動にともなって、制御部２０から画像処理部１９にステージ１１の位置データが伝達される。これにより、画像処理部１９では、近接場光が照射されている半導体デバイス１０の位置と輝度信号とが対応付けされ、ステージ１１のＸ軸方向及びＹ軸方向の移動にともなって半導体デバイス１０の表面画像が生成される。この表面画像のデータは表示装置２１に送られて、表示装置２１に半導体デバイス１０の表面画像が表示される。
【００５０】
図９は、本実施形態の準静電界解析装置により得られる半導体デバイス（ＬＳＩチップ）の画像を模式的に示す図である。ここでは、半導体デバイス１０を切断してその切断面に近接場プローブ１５を配置したときに得られる画像の例を示している。この図９に示すように、本実施形態の準静電界解析装置によれば、微細な素子の断面形状や不純物拡散濃度の違いを可視化させることができる。それにより、例えば不純物拡散領域の形状異常や不純物濃度分布の異常等を検出することができる。
【００５１】
本実施形態に係る準静電界解析装置の空間分解能は近接場プローブ１５の孔の直径とほぼ同じ（１００ｎｍ以下）になり、レーザ光の波長よりも小さい領域の状態を解析できる。また、本実施形態の準静電界解析装置は、金属配線を形成する前の半導体デバイスの検査にも適用できる。更に、本実施形態の準静電界解析装置は、検査電極１６ａを検査対象（半導体デバイス１０）に接触させることなく、検査対象の状態解析が可能である。従って、本実施形態に係る準静電界解析装置は、半導体デバイスの故障原因の解析に極めて有用である。
【００５２】
なお、従来から、前述したオバーク法やオービック法により故障個所を１μｍ〜１００μｍ程度の範囲まで絞り込み、その後電子線解析装置により故障個所を更に１０ｎｍ〜１μｍの範囲まで絞り込んで半導体デバイスの故障原因を解析する方法がとられていた。この方法に対し、本実施形態に係る準静電界解析装置を用いた解析方法では、電子線解析装置を使用しなくても故障個所を詳細に解析することができ、解析に要する時間を短縮することができるという利点もある。
【００５３】
（第２の実施形態）
図１０は、第２の実施形態に係る準静電界解析装置の概要を示すブロック図である。図１０において、図１と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
本実施形態に係る準静電界解析装置では、レーザ光源１３と光ファイバ１４との間に光変調素子４１が配置されている。この光変調素子４１には参照信号源（図示せず）から周波数ｆ（例えば、１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ）の参照信号が与えられる。光変調素子４１は、レーザ光源１３から出射されたレーザ光を参照信号の周波数ｆで変調する。これにより、近接場プローブ１５の先端から半導体デバイス１０に、周波数ｆで変調された近接場光が照射される。この近接場光により半導体デバイス１０に準静電界が発生する。
【００５５】
準静電界検出プローブ１６は、その検出電極１６ａが半導体デバイス１０と容量結合し、半導体デバイス１０に発生した準静電界を検出する。この準静電界検出プローブ１５の出力は、ロックインアンプ４２に接続されている。
【００５６】
ロックインアンプ４２にも、参照信号源から周波数ｆの参照信号が入力される。このロックインアンプ４２は、準静電界検出プローブ１６の出力から参照信号と同一周波数の信号成分を抽出して画像処理部１９に出力する。
【００５７】
このように、光変調素子４１とロックインアンプ４２とを参照信号に同期させて動作させることにより、準静電界検出プローブ１６の出力からノイズ成分を除去することができ、Ｓ/Ｎ比が向上する。これにより、本実施形態に係る準静電界解析装置は、第１の実施形態の準静電界解析装置に比べて空間分解能がより一層向上するという利点がある。
【００５８】
なお、本実施形態では光変調素子４１を用いてレーザ光源１３から出射されるレーザ光を変調する場合について説明したが、参照信号の周波数でダイレクト変調が可能なレーザ光源を使用してもよい。
【００５９】
以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００６０】
（付記１）光源と、
前記光源から出射される光の波長よりも小さいサイズの孔が設けられ、前記孔を介して前記光源から出射された光を検査対象に照射する近接場プローブと、
前記検査対象と容量結合して前記検査対象に発生する準静電界を検出する準静電界検出プローブと、
前記検査対象が載置されるステージと、
前記ステージを前記近接場プローブに対し相対的に移動させる駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記制御部から前記検査対象の位置情報を入力し、該位置情報を前記準静電界検出プローブの出力に対応付けて信号処理する信号処理部と
を有することを特徴とする準静電界解析装置。
【００６１】
（付記２）前記準静電界検出プローブが電界効果トランジスタを含み、該電界効果トランジスタのゲートが前記検査対象と容量結合することを特徴とする付記１に記載の準静電界解析装置。
【００６２】
（付記３）前記準静電界検出プローブの入力容量が２ｐＦ以下であることを特徴とする付記１又は２に記載の準静電界解析装置。
【００６３】
（付記４）前記光源と前記近接場プローブとの間に配置されて前記光源から出射された光を変調する光変調素子と、
前記準静電界検出プローブと前記信号処理部との間に配置されて前記準静電界検出プローブの出力を前記光変調素子の変調周波数で信号処理するロックインアンプと
を有することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の準静電界解析装置。
【００６４】
（付記５）前記準静電界検出プローブは、前記検査対象と容量結合する検出電極と、前記検出電極と前記検査対象との間に介在する誘電体部材とを有することを特徴とする付記１に記載の準静電界解析装置。
【００６５】
（付記６）ステージ上に検査対象を載置する工程と、
前記光源から出射される光の波長よりも小さいサイズの孔が設けられた近接場プローブを介して前記検査対象に前記光源から出射された光を照射する工程と、
前記検査対象と容量結合した準静電界検出プローブにより前記検査対象に発生する準静電界を検出する工程と、
前記光が照射された前記検査対象の位置と前記準静電界検出プローブにより検出された準静電界とを対応付けて信号処理し、前記検査対象の画像を生成する工程と
を有することを特徴とする準静電界解析方法。
【００６６】
（付記７）前記近接場プローブ及び前記準静電界検出プローブは、前記検査対象の同一面上に配置されることを特徴とする付記６に記載の準静電界解析方法。
【００６７】
（付記８）前記近接場プローブ及び前記準静電界検出プローブは、前記検査対象の異なる面上に配置されることを特徴とする付記６に記載の準静電界解析方法。
【００６８】
（付記９）前記近接場プローブを介して前記検査対象に照射する光を所定の周波数で変調し、前記準静電界検出プローブの出力を前記所定の周波数で動作するロックインアンプで信号処理することを特徴とする付記６乃至８のいずれか１項に記載の準静電界解析方法。
【００６９】
（付記１０）前記準静電界検出プローブの検出電極と前記検査対象との間に誘電体材料からなる部材を配置することを特徴とする付記６乃至９のいずれか１項に記載の準静電界解析方法。
【符号の説明】
【００７０】
１０…半導体デバイス（検査対象）、１１…ステージ、１２…ステージ駆動部、１３…レーザ光源、１４…光ファイバ、１５…近接場プローブ、１６…準静電界検出プローブ、１６ａ…検出電極、１７…バイアス電源、１８…アンプ、１９…画像処理部、２０…制御部、２１…表示装置、３１…検査対象、３２…ＦＥＴ、３３…誘電体材料からなる部材、４１…光変調素子、４２…ロックインアンプ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射される光の波長よりも小さいサイズの孔が設けられ、前記孔を介して前記光源から出射された光を検査対象に照射する近接場プローブと、
前記検査対象と容量結合して前記検査対象に発生する準静電界を検出する準静電界検出プローブと、
前記検査対象が載置されるステージと、
前記ステージを前記近接場プローブに対し相対的に移動させる駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記制御部から前記検査対象の位置情報を入力し、該位置情報を前記準静電界検出プローブの出力に対応付けて信号処理する信号処理部と
を有することを特徴とする準静電界解析装置。
【請求項２】
前記準静電界検出プローブが電界効果トランジスタを含み、該電界効果トランジスタのゲートが前記検査対象と容量結合することを特徴とする請求項１に記載の準静電界解析装置。
【請求項３】
前記光源と前記近接場プローブとの間に配置されて前記光源から出射された光を変調する光変調素子と、
前記準静電界検出プローブと前記信号処理部との間に配置されて前記準静電界検出プローブの出力を前記光変調素子の変調周波数で信号処理するロックインアンプと
を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の準静電界解析装置。
【請求項４】
前記準静電界検出プローブは、前記検査対象と容量結合する検出電極と、前記検出電極と前記検査対象との間に介在する誘電体部材とを有することを特徴とする請求項１に記載の準静電界解析装置。
【請求項５】
ステージ上に検査対象を載置する工程と、
前記光源から出射される光の波長よりも小さいサイズの孔が設けられた近接場プローブを介して前記検査対象に前記光源から出射された光を照射する工程と、
前記検査対象と容量結合した準静電界検出プローブにより前記検査対象に発生する準静電界を検出する工程と、
前記光が照射された前記検査対象の位置と前記準静電界検出プローブにより検出された準静電界とを対応付けて信号処理し、前記検査対象の画像を生成する工程と
を有することを特徴とする準静電界解析方法。
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射される光の波長よりも小さいサイズの孔が設けられ、前記孔を介して前記光源から出射された光を検査対象に照射する近接場プローブと、
前記検査対象と容量結合して前記検査対象に発生する準静電界を検出する準静電界検出プローブと、
前記検査対象が載置されるステージと、
前記ステージを前記近接場プローブに対し相対的に移動させる駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記制御部から前記検査対象の位置情報を入力し、該位置情報を前記準静電界検出プローブの出力に対応付けて信号処理する信号処理部と
を有することを特徴とする準静電界解析装置。
【請求項２】
前記準静電界検出プローブが電界効果トランジスタを含み、該電界効果トランジスタのゲートが前記検査対象と容量結合することを特徴とする請求項１に記載の準静電界解析装置。
【請求項３】
前記光源と前記近接場プローブとの間に配置されて前記光源から出射された光を変調する光変調素子と、
前記準静電界検出プローブと前記信号処理部との間に配置されて前記準静電界検出プローブの出力を前記光変調素子の変調周波数で信号処理するロックインアンプと
を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の準静電界解析装置。
【請求項４】
前記準静電界検出プローブは、前記検査対象と容量結合する検出電極と、前記検出電極と前記検査対象との間に介在する誘電体部材とを有することを特徴とする請求項１に記載の準静電界解析装置。
【請求項５】
ステージ上に検査対象を載置する工程と、
前記光源から出射される光の波長よりも小さいサイズの孔が設けられた近接場プローブを介して前記検査対象に前記光源から出射された光を照射する工程と、
前記検査対象と容量結合した準静電界検出プローブにより前記検査対象に発生する準静電界を検出する工程と、
前記光が照射された前記検査対象の位置と前記準静電界検出プローブにより検出された準静電界とを対応付けて信号処理し、前記検査対象の画像を生成する工程と
を有することを特徴とする準静電界解析方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１６９６１５（Ｐ２０１１−１６９６１５Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３１０９９（Ｐ２０１０−３１０９９）
【出願日】平成２２年２月１６日（２０１０．２．１６）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通セミコンダクター株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１６日（２０１０．２．１６）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通セミコンダクター株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
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