(57)【要約】【課題】半導体デバイスまたはフォトデバイスにパルス光を照射することによって放射される電磁波の電場強度を高めて、電磁波検出のＳ／Ｎ比を向上する。【解決手段】検査装置１００は、フォトデバイス９を検査する。検査装置１００は、パルス光ＬＰ１１をフォトデバイス９に照射する照射部１２と、パルス光ＬＰ１１の照射に応じてフォトデバイス９から放射される電磁波パルスＬＴ１を検出する検出部１３と、フォトデバイス９を挟んで対向配置される一対の磁極部３１，３１により、フォトデバイス９に磁場を印加する磁場印加部３と、を備えている。【選択図】図１
2014153314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスまたはフォトデバイスを検査する検査装置であって、
パルス光を半導体デバイスまたはフォトデバイスに照射する照射部と、
前記パルス光の照射に応じて前記半導体デバイスまたはフォトデバイスから放射される電磁波を検出する検出部と、
前記半導体デバイスまたはフォトデバイスを挟んで対向配置される一対の磁極部により、前記半導体デバイスまたはフォトデバイスに磁場を印加する磁場印加部と、
を備えている、検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の検査装置において、
前記磁場印加部は、前記半導体デバイスまたはフォトデバイス内部に存在する電場の向きに交差する向きの磁場を印加する、検査装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の検査装置において、
前記一対の磁極部を、前記半導体デバイスまたはフォトデバイスに対して相対的に移動させることにより、前記磁場の向きを変更する磁極部移動機構、
をさらに備える、検査装置。
【請求項４】
請求項３に記載の検査装置において、
前記磁極部移動機構は、前記一対の磁極部を、前記半導体デバイスまたはフォトデバイスに対して相対的に回転させる磁極部回転機構を含む、検査装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載の検査装置において、
前記パルス光の照射に応じて発生した電磁波を偏光する偏光素子、
をさらに備える、検査装置。
【請求項６】
半導体デバイスまたはフォトデバイスを検査する検査方法であって、
(a) 半導体デバイスまたはフォトデバイスを挟んで対向配置される一対の電極部によって、前記半導体デバイスまたはフォトデバイスに磁場を印加する工程と、
(b) 前記(a)工程にて磁場が印加された前記半導体デバイスまたはフォトデバイスに、パルス光を照射する工程と、
(c) 前記(b)工程にて照射された前記パルス光に応じて前記半導体デバイスまたはフォトデバイスから放射される電磁波を検出する工程と、
を含む、検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
半導体分野においては、半導体デバイスに、パルス光を照射することによって電磁波を発生させ、その電磁波を検出することによって、半導体デバイスの欠陥及び損傷を検査する技術が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
具体的に、特許文献１の検査方法では、半導体デバイスの内部において、内部電場が存在する部分（ｐｎ接合部など）に、パルス光の照射が行われる。パルス光が照射されると、光励起により電子・正孔対が発生し、発生した電子・正孔対が、半導体デバイス内部の電場によって加速されることにより、電流が発生することとなる。このとき、パルス光が照射されていることにより、パルス状に電流が発生するため、電流に時間変化が発生する。すると、電流の時間変化に応じた電磁波が、半導体デバイスから放射される。
【０００４】
特許文献１の検査方法は、この放出される電磁波が、半導体デバイスの内部電場の大きさ及びその向きに依存して発生することを利用して、半導体デバイスの故障及び不良箇所を診断するものである。
【０００５】
また、光を電流に変換する、いわゆるフォトデバイス（例えば、太陽電池、イメージセンサ）を検査対象とする検査装置も提案されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２４７７４号公報
【特許文献２】特開２０１３−１９８６１号公報
【特許文献３】特開２００９−１７５１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１では、非接触で半導体デバイスの検査を行うため、無バイアスで電磁波を観測することを前提としている。このため、半導体デバイス固有の内部電場のみに依存して放射される電磁波を検出しなければならなかった。また、半導体デバイスの損傷を避けるために、パルス光の強度（時間平均のエネルギー）が０．１ｍＷ〜１０Ｗに制限されている。このため、特許文献１の検査方法によると、半導体デバイスから放射される電磁波が比較的弱くなる虞があった。なお、特許文献３では、逆バイアス電圧を印加することで、放射される電磁波の信号強度が高められている。
【０００８】
そこで、本発明は、半導体デバイスまたはフォトデバイスにパルス光を照射することによって放射される電磁波の電場強度を高めて、電磁波検出のＳ／Ｎ比を向上する技術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】
【０００９】
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する検査装置であって、パルス光を半導体デバイスまたはフォトデバイスに照射する照射部と、前記パルス光の照射に応じて前記半導体デバイスまたはフォトデバイスから放射される電磁波を検出する検出部と、前記半導体デバイスまたはフォトデバイスを挟んで対向配置される一対の磁極部により、前記半導体デバイスまたはフォトデバイスに磁場を印加する磁場印加部とを備えている。
【００１０】
また、第２の態様は、第１の態様に係る検査装置において、前記磁場印加部は、前記半導体デバイスまたはフォトデバイス内部に存在する電場の向きに交差する向きの磁場を印加する。
【００１１】
また、第３の態様は、第１または第２の態様に係る検査装置において、前記一対の磁極部を、前記半導体デバイスまたはフォトデバイスに対して相対的に移動させることにより、前記磁場の向きを変更する磁極部移動機構、をさらに備える。
【００１２】
また、第４の態様は、第３の態様に係る検査装置において、前記磁極部移動機構は、前記一対の磁極部を、前記半導体デバイスまたはフォトデバイスに対して相対的に回転させる磁極部回転機構を含む。
【００１３】
また、第５の態様は、第１から第４までの態様のいずれか１項の態様に係る検査装置において、前記パルス光の照射に応じて発生した電磁波を偏光する偏光素子、をさらに備える。
【００１４】
また、第６の態様は、半導体デバイスまたはフォトデバイスを検査する検査方法であって、(a)半導体デバイスまたはフォトデバイスを挟んで対向配置される一対の電極部によって、前記半導体デバイスまたはフォトデバイスに磁場を印加する工程と、(b)前記(a)工程にて磁場が印加された前記半導体デバイスまたはフォトデバイスに、パルス光を照射する工程と、(c)前記(b)工程にて照射された前記パルス光に応じて前記半導体デバイスまたはフォトデバイスから放射される電磁波を検出する工程とを含む。
【発明の効果】
【００１５】
第１の態様に係る検査装置によると、パルス光の照射により発生した自由電子が、磁場中を移動することにより、ローレンツ力を受けて加速される。これにより、半導体デバイスまたはフォトデバイスから放射される電磁波の強度を向上することができる。
【００１６】
また、第２の態様に係る検査装置によると、電場の向きに交差する方向に磁場を印加することによって、自由電子にローレンツ力を作用させることができる。
【００１７】
また、第３の態様に係る検査装置によると、内部電場の向きに対応するように、磁場の向きを変更することができる。このため、自由電子にローレンツ力を適切に作用させることができる。
【００１８】
また、第４の態様に係る検査装置によると、磁場の向きを、回転させながら連続的に変換することができる。
【００１９】
また、第５の態様に係る検査装置によると、特定方向に偏光した電磁波を検出することができる。これにより、例えば、発生した電磁波のうち、ローレンツ力が作用する方向に偏光する電磁波を、特異的に検出することができる。これにより、方向に依存した検査を行うことができる。
【００２０】
また、第６の態様に係る検査方法によると、発生した自由電子が、磁場中を移動することにより、ローレンツ力を受けることで加速される。これにより、半導体デバイスまたはフォトデバイスから放射される電磁波の強度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態に係る検査装置の概略構成図である。
【図２】図１に示される照射部と検出部の概略構成図である。
【図３】フォトデバイスのｐｎ接合部を示す概略断面図である。
【図４】磁場の印加がない状態における、自由電子の動向を説明するための図である。
【図５】磁場が印加された状態における、自由電子の動向を説明するための図である。
【図６】フォトデバイスの表面の一部を示す概略平面図である。
【図７】フォトデバイスの表面の一部を示す概略平面図である。
【図８】フォトデバイスの検査の流れ図である。
【図９】電磁波強度分布を表すイメージング画像の模式図である。
【図１０】電磁波パルスの時間波形の復元例を示す図である。
【図１１】第２実施形態に係る検査装置の照射部と検出部の概略構成図である。
【図１２】第３実施形態に係る検査装置の照射部と検出部の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であり、本発明の技術的範囲を限定する事例ではない。また、図１および以降の各図においては、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されて図示されている場合がある。
【００２３】
＜１．  第１実施形態＞
＜１．１．  検査装置の構成および機能＞
図１は、第１実施形態に係る検査装置１００の概略構成図である。また、図２は、図１に示される照射部１２と検出部１３の概略構成図である。検査装置１００は、フォトデバイス９の特性を検査する装置である。
【００２４】
フォトデバイス９としては、太陽電池やフォトダイオードやＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサなどのイメージセンサ等のフォトデバイスが例示される。また、本実施形態のフォトデバイス９の表面９Ｓは、略平面状であってもよいし、曲面状であってもよい。
【００２５】
ただし、検査装置１００の検査対象物は、フォトデバイス９に限定されるものではなく、例えば、集積回路（ＩＣやＬＳＩ）、抵抗またはコンデンサーなどで構成される半導体デバイスであってもよい。
【００２６】
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、可視カメラ１４、モーター１５、制御部１６、モニター１７および操作入力部１８を備えている。
【００２７】
ステージ１１は、図示を省略する固定手段によって、フォトデバイス９をステージ１１上に固定する。固定手段としては、基板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の表面に形成される吸着孔などが想定される。ただし、フォトデバイス９を固定できるのであれば、これら以外の固定手段を採用されてもよい。本実施形態では、ステージ１１は、フォトデバイス９の表面９Ｓ側に照射部１２および検出部１３が配置されるよう、フォトデバイス９を保持する。
【００２８】
図２に示されるように、照射部１２は、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１μｍ（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。
【００２９】
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Ｂ１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、フォトデバイス９に照射される。このとき、照射部１２は、パルス光ＬＰ１１の照射を、表面９Ｓ側から行う。
【００３０】
また、パルス光ＬＰ１１の光軸が、フォトデバイス９の表面９Ｓに対して斜めに入射するように、パルス光ＬＰ１１がフォトデバイス９に対して照射される。本実施形態では、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度の範囲で適宜変更することができる。
【００３１】
図３は、フォトデバイス９のｐｎ接合部９５を示す概略断面図である。本実施形態に係るフォトデバイス９には、ｐ型半導体層９１とｎ型半導体層９３が接合されることにより、ｐｎ接合部９５が形成されている。このｐｎ接合部９５付近では電子と正孔とが互いに拡散して結びつく拡散電流が生じることによって、電子と正孔とがほとんど存在しない空乏層９７が形成されている。この領域では、電子と正孔をそれぞれｎ型、ｐ型領域に引き戻す力が生じるため、フォトデバイスの内部に電場（内部電場Ｅ１）が生じている。このような、フォトデバイス９固有の内部電場Ｅ１は、ｐｎ接合部９５だけでなく、例えば金属・半導体界面にも生じることが知られている。
【００３２】
禁制帯幅を超えるエネルギーを持つ光がｐｎ接合部９５に照射された場合、ｐｎ接合部９５において発生した自由電子および自由正孔が、内部電場Ｅ１によって、自由電子がｎ型半導体層９３側へ、取り残された自由正孔がｐ型半導体層９１側へ移動する。太陽電池などのフォトデバイスでは、この電流がｎ型半導体層９３およびｐ型半導体のそれぞれに取り付けられた電極を介して、外部に取り出される。例えば太陽電池の場合、ｐｎ接合部９５にて発生した自由電子と自由正孔の移動が、直流電流として利用される。
【００３３】
電流に変化が生じたとき、マクスウェルの方程式にしたがって、その電流の時間微分に比例した強度の電磁波が発生する。すなわち、空乏層９７などの光励起キャリア発生領域にパルス光ＬＰ１１が照射されることで、瞬間的に光電流の発生および消滅が起こる。この瞬間的に発生する光電流の時間微分に比例して、電磁波パルスＬＴ１が発生する。
【００３４】
本実施形態において、検出部１３において検出される電磁波パルスは、主に周波数０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚであるテラヘルツ領域の電磁波パルス（以下、電磁波パルスＬＴ１とも称する。）である。
【００３５】
なお、フォトデバイス９が太陽電池である場合、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。
【００３６】
図２に戻って、ビームスプリッタＢ１によって分割された他方のパルス光は、プローブ光ＬＰ１２として遅延部１３１およびミラーなどを経由して、検出器１３２に入射する。また、パルス光ＬＰ１１の照射に応じて発生した電磁波パルスＬＴ１は、放物面鏡Ｍ１，Ｍ２において集光されて検出器１３２に入射する。
【００３７】
検出器１３２は、電磁波検出素子として、例えば、光伝導スイッチを備えている。光伝導スイッチは、基板上に作製されるマイクロストリップラインのアンテナ形状により、ダイポール型、ボウタイ型、スパイラル型などにタイプ分けされる。特に、円偏光の電磁波を検出可能なスパイラル型光伝導スイッチを検出器１３２として用いることで、電磁波を良好に検出することが可能である。
【００３８】
電磁波パルスＬＴ１が検出器１３２に入射する状態で、プローブ光ＬＰ１２が検出器１３２に照射されると、光伝導スイッチに瞬間的に電磁波パルス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。このようにして、検出部１３は、プローブ光ＬＰ１２の照射に応じて、フォトデバイス９を透過した電磁波パルスＬＴ１の電場強度を検出する。なお、検出器１３２に、その他の素子、例えば非線形光学結晶を適用することも考えられる。
【００３９】
遅延部１３１は、ビームスプリッタＢ１から検出器１３２までのプローブ光ＬＰ１２の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１３１は、プローブ光ＬＰ１２の入射方向に移動する移動ステージ（図示せず）に固定されている。また、遅延部１３１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。
【００４０】
遅延部１３１は、制御部１６の制御に基づいて移動ステージを駆動して折り返しミラー１０Ｍを移動させることにより、プローブ光ＬＰ１２の光路長を精密に変更する。これにより、遅延部１３１は、電磁波パルスＬＴ１が検出部１３に到達する時間と、プローブ光ＬＰ１２が検出部１３へ到達する時間との時間差を変更する。したがって、遅延部１３１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、検出部１３（検出器１３２）において電磁波パルス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）を遅延させることができる。
【００４１】
なお、その他の態様でプローブ光ＬＰ１２の検出部１３への到達時間を変更することも考えられる。具体的には、電気光学効果を利用すればよい。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。具体的には、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。
【００４２】
また、パルス光ＬＰ１１（ポンプ光）の光路長、もしくは、フォトデバイス９から放射された電磁波パルス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１３２に電磁波パルスＬＴ１が到達する時間を、検出器１３２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。これにより、検出器１３２における電磁波パルス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。
【００４３】
また、フォトデバイス９には、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が接続される。例えばフォトデバイス９太陽電池である場合は、太陽電池の受光面及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９５の空乏層を大きくすることができる。これにより、検出器１３２において検出される電磁波パルスＬＴ１の電場強度を大きくすることができるため、検出部１３における電磁波パルス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。
【００４４】
図１に戻って、可視カメラ１４は、例えばＣＣＤカメラで構成されており、撮影用の光源としてＬＥＤやレーザを備えている。可視カメラ１４は、フォトデバイス９の全体を撮影したり、パルス光ＬＰ１１が照射される位置を撮影したりするのに用いられる。可視カメラ１４によって取得された画像データは、制御部１６へ送信され、モニター１７などに表示される。
【００４５】
モーター１５は、ステージ１１を二次元平面内で移動させる不図示のＸ−Ｙテーブルを駆動する。モーター１５は、このＸ−Ｙテーブルを駆動することによって、ステージ１１に保持されたフォトデバイス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、モーター１５により、フォトデバイス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。検査装置１００は、モーター１５により、フォトデバイス９の広い範囲（検査対象領域）にパルス光ＬＰ１１を照射して検査することができる。
【００４６】
なお、フォトデバイス９を移動させる代わりに、または、フォトデバイス９を移動させると共に、照射部１２を、検出部１３を２次元平面内で移動させる移動手段を設けてもよい。これらの場合においても、フォトデバイス９の各領域について、電磁波パルスＬＴ１を検出することができる。また、モーター１５を省略して、ステージ１１をオペレータによって手動で移動させるようにしてもよい。
【００４７】
制御部１６は、図示を省略するＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび補助記憶部（例えばハードディスク）などを備えた一般的なコンピュータとしての構成を備えている。制御部１６は、照射部１２のフェムト秒レーザ１２１、検出部１３の遅延部１３１および検出器１３２、並びにモーター１５に接続されており、制御信号を送ることでこれらの要素の動作を制御したり、これらの要素から各種データを受け取ったりする。
【００４８】
より具体的に、制御部１６は、検出器１３２から電磁波パルスＬＴ１の電場強度に関するデータを受け取る。また、制御部１６は、遅延部１３１を移動させる移動ステージ（図示せず。）の移動を制御したり、該移動ステージに設けられたリニアスケールなどから折り返しミラー１０Ｍの移動距離などの遅延部１３１の位置に関連するデータを遅延部１３１から受け取ったりする。
【００４９】
また、制御部１６は、時間波形復元部２１、電磁波パルス解析部２３および画像生成部２５を備えており、これらの処理部に各種演算処理を実行させる。これらの処理部はＣＰＵがプログラムにしたがって動作することにより実現される機能である。なお、これらの処理部の機能の一部または全部は、他のコンピュータが備えるＣＰＵによって実現されていてもよいし、若しくは、専用の演算回路によってハードウェア的に実現されていてもよい。
【００５０】
時間波形復元部２１は、フォトデバイス９において発生した電磁波パルスＬＴ１について、検出部１３（検出器１３２）にて検出される電場強度を元に、電磁波パルスＬＴ１の時間波形を構築する。具体的には、遅延部１３１の折り返しミラー１０Ｍを移動させることで、プローブ光ＬＰ１２の光路長（第１光路の光路長）を変更することにより、プローブ光が検出器１３２に到達する時間を変更する。これにより、検出器１３２において電磁波パルスＬＴ１の電場強度が検出されるタイミングが、変更される。これにより、時間波形復元部２１は、異なる位相での、電磁波パルスＬＴ１の電場強度を検出して、時間軸上にプロットすることにより、電磁波パルスＬＴ１の時間波形を復元する。
【００５１】
電磁波パルス解析部２３は、時間波形復元部２１により復元された時間波形を解析する。電磁波パルス解析部２３は、時間波形復元部２１により復元された電磁波パルスＬＴ１の時間波形における、電場強度のピークを検出するなどして、放射された電磁波パルスＬＴ１の強度変化を検出し、フォトデバイス９の特性を解析する。また、電磁波パルス解析部２３が、フーリエ変換を行うことで、電磁波パルスＬＴ１の周波数分析を行うようにしてもよい。
【００５２】
画像生成部２５は、フォトデバイス９の検査対象領域（フォトデバイス９の一部または全部）に関して、パルス光ＬＰ１１を照射したときに放射される電磁波パルスＬＴ１の電場強度の分布を視覚化した画像を生成する。具体的には、画像生成部２５は、測定位置毎に、電場強度の相違が色または模様などで表現された電場強度分布画像を生成する。
【００５３】
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１４で撮影されたフォトデバイス９の表面９Ｓの画像、時間波形復元部２１によって復元された電磁波パルスＬＴ１の時間波形、電磁波パルス解析部２３による解析結果、または画像生成部２５が生成した電場強度分布画像などが表示される。また、モニター１７には、検査の条件設定などをするために必要なＧＵＩ（Graphical User Interface）画面を表示する。
【００５４】
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。
【００５５】
検査装置１００は、磁場印加部３を備えている。磁場印加部３は、フォトデバイス９を挟んで対向配置される一対の磁極部３１を備えている。一対の磁極部３１は、電磁石または永久磁石（ネオジム磁石など）で構成されており、対向する磁極部３１同士の間に磁場を形成する。本実施形態では、一対の磁極部３１は、表面９Ｓに平行な方向において対向しており、発生する磁場の向きが、フォトデバイス９の表面９Ｓに平行とされている。ただし、磁場の向きは、表面９Ｓに平行な方向に限定されるものではなく、目的に応じて任意に変更してよい。
【００５６】
磁場印加部３は、一対の磁極部３１を回転させる磁極部回転機構３３を備えている。磁極部回転機構３３は、図示しないモーターなどの回転駆動力によって、一対の磁極部３１を、フォトデバイス９を挟んだまま、対向状態でフォトデバイス９の外周に沿って３６０度回転させる。これにより、一対の磁極部３１間に形成される磁場の向きを回転させることができる。したがって、磁場印加部３は、フォトデバイス９の表面９Ｓに平行な任意の方向の電場を発生させることができる。
【００５７】
磁場印加部３により発生した磁場内にフォトデバイス９が設置されると、パルス光ＬＰ１１の照射に応じて発生した自由電子に、ローレンツ力が作用する。ローレンツ力が作用することにより、電子を作用する方向にも加速させることができる。この点について、図４および図５を参照しつつ説明する。
【００５８】
図４は、磁場の印加がない状態における、自由電子４１の動向を説明するための図である。また、図５は、磁場が印加された状態における、自由電子４１の動向を説明するための図である。
【００５９】
まず、図４に示されるように、磁場印加部３による磁場がない場合、自由電子４１は、空乏層９７の内部電場Ｅ１により、ｎ型半導体層９３の側に向けて力Ｆ１１が作用する。図４に示される例では、内部電場Ｅ１の向きは、−Ｚ方向であるため、力Ｆ１１の向きは＋Ｚ方向となり、＋Ｚ側へ加速されることとなる。
【００６０】
これに対して、図５に示されるように、磁場印加部３により磁場Ｈ１が印加された場合、自由電子４１にローレンツ力Ｆ１３が作用する。図５に示される例では、磁場Ｈ１の向きは、＋Ｘ方向である。自由電子４１は、内部電場Ｅ１によって＋Ｚ方向へ移動するため、自由電子４１に−Ｙ方向のローレンツ力Ｆ１３が作用することとなる。すると、＋Ｚ方向の力Ｆ１１と、−Ｙ方向のローレンツ力Ｆ１３とを合成した合成力Ｆ１５が、自由電子４１に作用することとなる。
【００６１】
この合成力Ｆ１５は、力Ｆ１１よりも大きいため、自由電子４１をより大きく加速させることができる。このため、磁場Ｈ１を印加することによって、放射される電磁波の電場強度（振幅）を大きくすることができる。これにより、検出器１３２における電磁波検出のＳ／Ｎを向上することができる。
【００６２】
なお、自由電子４１に作用するローレンツ力Ｆ１３の大きさは、磁場Ｈ１の各方向の成分のうち、内部電場Ｅ１に直交する方向の成分に依存して決定される。したがって、磁場Ｈ１の向きを、内部電場Ｅ１の向きと直交する方向とすることにより、最も大きなローレンツ力Ｆ１３を作用させることができる。したがって、フォトデバイス９の各位置に存在する内部電場の向きを、フォトデバイス９の構造から特定し、該内部電場の向きに直交するように、磁場を作用させることも考えられる。内部電場の向きは、例えば、ｐｎ接合部におけるｐ型半導体とｎ型半導体の接合方向や、ショットキーバリアダイオードにおける金属と半導体の接触方向等から、特定することが可能である。
【００６３】
図１に戻って、検査装置１００は、パルス光ＬＰ１１の照射に応じてフォトデバイス９から発生した電磁波パルスＬＴ１を偏光する偏光素子２０を備えている。偏光素子２０は、フォトデバイス９と、検出器１３２との間の光路上に配置されている。すなわち、検出器１３２は、この偏光素子２０によって変更された電磁波パルスＬＴ１を検出する。
【００６４】
特許文献１（特開２００６−２４７７４号公報）にも記載されているとおり、半導体デバイスから放射される電磁波の電場ベクトルの向き（偏光方向）は、電流の向きに平行となる。したがって、例えば、図５に示されるローレンツ力Ｆ１３の向き（−Ｙ方向）に変更する電磁波パルスＬＴ１に絞って、偏光素子２０により絞って検出することが可能となる。このメリットについて図６及び図７を参照しつつ説明する。
【００６５】
図６および図７は、フォトデバイス９の表面９Ｓの一部を示す概略平面図である。図６では、磁場Ｈ１の向きが−Ｘ方向であるのに対し、図７では、磁場Ｈ１が＋Ｘ方向とされている。また、図６および図７には、２つの結晶粒５１が示されている。図６および図７に示されるように、パルス光ＬＰ１１が照射される地点Ａ〜Ｄが設定されているとする。地点Ａ，Ｄは、結晶粒５１の外部にあり、地点Ｂ，Ｃは、結晶粒５１の内部となっている。地点Ｄは、地点Ｃの＋Ｙ側にあり、地点Ｃ・地点Ｄ間には、自由電子４１の移動を妨げる欠陥５３が存在している。
【００６６】
なお、ここでは、結晶粒５１の内部は、パルス光ＬＰ１１の照射により発生した自由電子４１の動きが、例えば、再結合が起こり易い等の理由により、遅いあるいは妨げられる領域であるものとする。ただし、結晶粒５１の種類等によっては、結晶粒５１の外部よりも内部において、自由電子４１の動きが早くなることもあり得る。
【００６７】
図６に示されるように、−Ｘ方向の磁場Ｈ１が印加された場合、内部電場Ｅ１の向きが−Ｚ方向であるため、各地点Ａ〜Ｄで発生した自由電子４１には、＋Ｙ方向のローレンツ力Ｆ１３（図５）が作用する。このため、＋Ｙ方向に偏光する電磁波パルスＬＴ１が発生することとなる。偏光素子２０を用いることにより、この＋Ｙ方向に偏光する電磁波パルスＬＴ１のみを検出することが可能である。
【００６８】
図６に示されるように、地点Ａ，Ｄは、自由電子４１が比較的早く動く領域である。このため、放射される電磁波強度ＥＡ１，ＥＤ１は比較的大きくなる。これに対して、地点Ｂは、比較的品質が劣る結晶粒５１の内部であるため、自由電子４１の動きが比較的遅くなる。このため、地点Ａ，Ｄに比べて、電磁波強度ＥＢ１が相対的に小さくなっている。さらに地点Ｃにおいては、ローレンツ力Ｆ１３が作用する方向（＋Ｙ方向）に欠陥５３が存在する。このため、地点Ｃにおける電磁波強度ＥＣ１は、電磁波強度ＥＢ１よりも更に低強度となっている。
【００６９】
一方、図７に示されるように、＋Ｘ方向の磁場Ｈ１が印加された場合、内部電場Ｅ１の向きは−Ｚ方向であるため、各地点Ａ〜Ｄで発生した自由電子４１には、−Ｙ方向のローレンツ力Ｆ１３（図５）が作用する。このため、−Ｙ方向に変更する電磁波パルスＬＴ１が発生することとなる。偏光素子２０を用いることにより、この−Ｙ方向に偏光する電磁波パルスＬＴ１のみを検出することが可能である。
【００７０】
図７に示されるように、地点Ａは、比較的品質が劣る結晶粒５１の外部であり、自由電子４１が比較的早く動く領域である。このため、地点Ａにおける電磁波強度ＥＡ２は、比較的高強度である。これに対して、地点Ｂ，Ｃで発生した自由電子４１は、結晶粒５１の内部を移動するため、電磁波強度ＥＢ２，ＥＣ２は、低強度となる。また、地点Ｄにおいては、欠陥５３が−Ｙ側に存在するため、電磁波強度ＥＤ２が、電磁波強度ＥＢ２，ＥＣ２に比べて、低強度となっている。
【００７１】
従来の検査では、内部電場Ｅ１の方向に変更する電磁波しか検査できなかったが、検査装置１００では、磁場Ｈ１を印加することによって、内部電場Ｅ１とは異なる方向に電子を移動させることができる。このため、検査装置１００によると、内部電場Ｅ１とは異なる方向について、フォトデバイス９の検査を行うことができる。
【００７２】
また、例えば地点Ｄのように、磁場Ｈ１の向きを変更することによって、欠陥５３に影響され、電磁波強度の強度が極端に小さくなったり（あるいは大きくなったり）する。これにより、欠陥５３の場所を特定し易くなり、検査精度を向上することができる。
【００７３】
以上が、検査装置１００の構成についての説明である。次に、検査装置１００を用いて行われる、フォトデバイス９の検査の流れを説明する。
【００７４】
＜１．２．  動作＞
図８は、フォトデバイス９の検査の流れ図である。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の制御により実行されるものとする。また、図８に示される流れ図は、一例であり、動作の順序は、適宜変更してもよい。
【００７５】
フォトデバイス９の検査が開始されると、ステージ１１に検査対象となるフォトデバイス９が固定される（図８：ステップＳ１１）。このステップＳ１１においては、オペレータによってフォトデバイス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によって、フォトデバイス９がステージ１１に搬入されるようにしてもよい。このとき、上述したように、フォトデバイス９の表面９Ｓに向けてパルス光ＬＰ１１が照射されるよう、フォトデバイス９が設置される。
【００７６】
フォトデバイス９が固定されると、制御部１６は、モーター１５を駆動することにより、フォトデバイス９を所定の検査位置に移動させる（図８：ステップＳ１２）。この検査位置は、予め、操作入力部１８などを介して設定される位置である。
【００７７】
磁場印加部３により印加する磁場の向きの調整が必要かどうか判定される（図８：ステップＳ１３）。磁場の向きが調整される（図８：ステップＳ１４）。具体的には、磁極部回転機構３３が駆動されることによって、一対の磁極部３１が回転する。すると、一対の磁極部３１により形成される磁場の向きが連続的に変換される。これにより、フォトデバイス９に印加される磁場の向きが調整される。
【００７８】
磁場印加部３によって、フォトデバイス９に磁場の印加が行われる（図８：ステップＳ１５）。そして、照射部１２により、磁場Ｈ１が印加されたフォトデバイス９に対して、パルス光ＬＰ１１の照射が行われる（図８：ステップＳ１６）。そして、検出器１３２により、電磁波パルスＬＴ１の検出が行われる（図８：ステップＳ１７）。
【００７９】
ステップＳ１７においては、例えば、検出タイミングを固定することで、各測定地点における電磁波強度を測定する検査方法と、遅延部１３１を駆動することによって、検出タイミングを変えて、電磁波パルスを復元する検査方法とが実行可能である。
【００８０】
さらに、ステップＳ１７においては、偏光素子２０を利用して、特定方向に偏光する電磁波パルスＬＴ１の電場強度のみを検出器１３２により検出するようにしてもよい。例えば、図６または図７において説明したように、ローレンツ力Ｆ１３が作用する方向に偏光する電磁波パルスＬＴ１の電場強度のみを、偏光素子２０を用いて検出することが可能である。
【００８１】
次に、全ての測定が終了したかどうかが判定される（図８：ステップＳ１８）。例えば、未測定の場所がある場合や、磁場Ｈ１の向きを変更しての測定が必要な場合は、ステップＳ１８において“ＮＯ”と判定され、ステップＳ１２に戻る。そして、例えば測定箇所の変更が必要な場合には、ステップＳ１２においてフォトデバイス９の移動が行われる。また、磁場Ｈ１の向きの変更が必要な場合には、ステップＳ１３及びステップＳ１４において、印加する磁場Ｈ１の向きが適宜変更される。一方、全ての測定が終了した場合は、ステップＳ１８において、“ＹＥＳ”と判定され、検査装置１００は、フォトデバイス９の検査処理を終了する。
【００８２】
図９は、電磁波強度分布を表すイメージング画像ｉ１１の模式図である。イメージング画像ｉ１１は、ステップＳ１７において、各測定地点において、検出タイミングを固定して測定された電磁波強度を、その強度に応じて識別可能に表現した画像である。図９に示される例は、フォトデバイス９である太陽電池を検査した結果を示している。太陽電池を表す画像としては、可視カメラ１４によって撮影したものが採用されてもよいし、太陽電池を模したイラスト画像などが用いられてもよい。図９に示される模式図では、説明の都合上、電場強度を３段階に区別して着色しているが、より多くの段階に区別してもよい。
【００８３】
図９に示されるように、太陽電池の場合、一般的には、測定位置が電極（受光面電極９６）に近い程、光励起キャリアの吸収度合いが高くなる。このため、イメージング画像ｉ１１においても、電極に近いところで、電場強度が大きくなっている。
【００８４】
このようなイメージング画像ｉ１１を生成することにより、フォトデバイス９の広い範囲に渡って、電磁波強度の大小を一度に把握することができる。例えば、ある特定の位置における電磁波強度の大きさ（振幅）を測定することによって、空乏層の欠陥、電極の接触不良などの各種欠陥を検出することができる。
【００８５】
図１０は、電磁波パルスＬＴ１の時間波形の復元例を示す図である。図１０において、横軸は時間を示しており、縦軸は電場強度を示している。また、グラフの下側には、検出器１３２に到達するタイミング（ｔ１〜ｔ８）が互いに相異する、複数のプローブ光ＬＰ１２が概念的に示されている。
【００８６】
図１０に示される時間波形４０は、図８に示されるステップＳ１７において、遅延部１３１を駆動することによって取得される。より詳細には、遅延部１３１を駆動して、電磁波パルスＬＴ１のタイミングを遅延させて、変化させることにより、複数のタイミング（ｔ１〜ｔ８）で電磁波パルスＬＴ１の電場強度が測定されている。
【００８７】
例えば、検出器１３２に対して、検出タイミングｔ１でプローブ光ＬＰ１２が到達するように遅延部１３１が駆動された場合、検出器１３２では、電磁波強度ＥＴ１が検出される。また、遅延部１３１が調整されることによって、検出タイミングがｔ２〜ｔ８にそれぞれ遅延されると、それぞれ電磁波強度ＥＴ２〜ＥＴ８が検出器１３２において検出されることとなる。
【００８８】
このように、フォトデバイス９から放射される電磁波パルスＬＴ１の時間波形を復元する場合、遅延部１３１が制御されることで検出タイミングが変更され、各検出タイミングでの、電磁波パルスＬＴ１の電場強度が測定される。そして、時間波形復元部２１が、取得された電磁波強度を時間軸に沿ってグラフ上にプロットしていくことにより、電磁波パルスＬＴ１の時間波形４０が復元される。
【００８９】
時間波形４０を解析することにより、例えば電磁波パルスＬＴ１の振幅を取得することができる。また、電磁波パルス解析部２３が時間波形４０に対してフーリエ変換を実行することによって、周波数分析を行うことができる。周波数分析を行うことにより、フォトデバイス９の特性をより細かく解析することができる。
【００９０】
なお、フォトデバイス９に形成された電極に、逆バイアス電圧印加回路９９を接続して、逆バイアス電圧を印加するようにしてもよい。フォトデバイス９が太陽電池である場合は、表面電極（受光面電極９６）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、内部電場Ｅ１を大きくすることができるため、電磁波パルスＬＴ１の強度を大きくすることができる。
【００９１】
＜２．  第２実施形態＞
図１に示される検査装置１００では、平面状のフォトデバイス９の表面９Ｓに対して、パルス光ＬＰ１１の光軸が、斜め（入射角度４５度）に入射するように設定されている。しかしながら、パルス光ＬＰ１１の入射角度は、このようなものに限定されるものではない。
【００９２】
図１１は、第２実施形態に係る検査装置１００Ａの照射部１２Ａと検出部１３Ａの概略構成図である。なお、以下の説明において、第１実施形態に係る検査装置１００の構成要素と同様の機能を有する要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００９３】
この検査装置１００Ａにおいても、フェムト秒レーザ１２１から出射されたパルス光ＬＰ１がビームスプリッタＢ１によってパルス光ＬＰ１１とプローブ光ＬＰ１２に分割される。ただし、検査装置１００Ａでは、分割されたパルス光ＬＰ１１が、透明導電膜基板（ＩＴＯ）１９を透過して、フォトデバイス９の表面９Ｓに対して垂直にパルス光ＬＰ１１に入射する。そして、パルス光ＬＰ１１の照射に応じて、フォトデバイス９から放射される電磁波パルスＬＴ１のうち、表面９Ｓ側に放射される電磁波パルスＬＴ１が、透明導電性基板１９を反射して、レンズで集光されて、検出器１３２に入射する。
【００９４】
このような照射部１２Ａおよび検出部１３Ａを備える検査装置１００Ａにおいても、パルス光ＬＰ１１の照射に応じて、フォトデバイス９から放射される電磁波パルスＬＴ１を検出することができる。
【００９５】
＜３．  第３実施形態＞
第２実施形態に係る検査装置１００Ａは、表面９Ｓ側に放射される電磁波パルスＬＴ１を、検出器１３２にて検出するように構成されている。しかしながら、電磁波パルスＬＴ１を、フォトデバイス９の裏面側から検出するようにしてもよい。
【００９６】
図１２は、第３実施形態に係る検査装置１００Ｂの照射部１２Ｂと検出部１３Ｂの概略構成図である。検査装置１００Ｂにおいても、フェムト秒レーザ１２１から出射されたパルス光ＬＰ１が、ビームスプリッタＢ１によってパルス光ＬＰ１１とプローブ光ＬＰ１２に分割される。そして、パルス光ＬＰ１１が、フォトデバイス９の表面９Ｓに対して垂直に入射する。このパルス光ＬＰ１１の照射に応じて、フォトデバイス９から放射される電磁波パルスＬＴ１のうち、フォトデバイス９の裏面側に放射される（透過する）電磁波パルスＬＴ１が、放物面鏡Ｍ１，Ｍ２などを介して、検出器１３２に入射する。
【００９７】
このような照射部１２Ｂおよび検出部１３Ｂを備える検査装置１００Ｂにおいても、検査装置１００と同様に、パルス光ＬＰ１１の照射に応じてフォトデバイス９から放射される電磁波パルスＬＴ１を検出することができる。
【００９８】
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。
【符号の説明】
【００９９】
１００，１００Ａ，１００Ｂ  検査装置
１１  ステージ
１２，１２Ａ，１２Ｂ  照射部
１２１  フェムト秒レーザ
１３，１３Ａ，１３Ｂ  検出部
１３１  遅延部
１３２  検出器
１４  可視カメラ
１５  モーター
１６  制御部
１７  モニター
１８  操作入力部
１９  透明導電性基板
２０  偏光素子
２１  時間波形復元部
２３  電磁波パルス解析部
２５  画像生成部
３  磁場印加部
３１  磁極部
３３  磁極部回転機構
４０  時間波形
４１  自由電子
５１  結晶粒
５３  欠陥
９  フォトデバイス
９１  ｐ型半導体層
９３  ｎ型半導体層
９５  ｐｎ接合部
９７  空乏層
Ｅ１  内部電場
Ｆ１３  ローレンツ力
Ｆ１５  合成力
Ｈ１  磁場
ＬＰ１１  パルス光
ＬＰ１２  プローブ光
ＬＴ１  電磁波パルス
【図１】
2014153314.tif 000003
【図２】
2014153314.tif 000004
【図３】
2014153314.tif 000005
【図４】
2014153314.tif 000006
【図５】
2014153314.tif 000007
【図６】
2014153314.tif 000008
【図７】
2014153314.tif 000009
【図８】
2014153314.tif 000010
【図９】
2014153314.tif 000011
【図１０】
2014153314.tif 000012
【図１１】
2014153314.tif 000013
【図１２】
2014153314.tif 000014