(57)【要約】【課題】  静電解析方法及び静電解析装置に関し、レーザ光を用いた被検査対象物の各製造段階における検査や電極を有さない被検査対象物の検査を電気的に非接触で精度良く行う。【解決手段】  被検査対象物にレーザ光を走査しながら照射するレーザ光入射工程と、前記レーザ光の前記被検査対象物からの反射光を検出する反射光検出工程と、前記反射光検出工程と同期して、前記被検査対象物において前記レーザ光の入射に起因して変化する静電界を静電検出センサの検出電極により電気的に非接触で検出する静電界検出工程と、前記静電界検出工程で取得した検出信号を前記反射光検出工程で取得した検出信号に基づき画像化する画像化工程と、前記画像化工程で形成した静電界強度分布に基づいて前記被検査対象物を解析する解析工程とを設ける。【選択図】          図１
2011089846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査対象物にレーザ光を走査しながら照射するレーザ光入射工程と、
前記レーザ光の前記被検査対象物からの反射光を検出する反射光検出工程と、
前記反射光検出工程と同期して、前記被検査対象物において前記レーザ光の入射に起因して変化する静電界を静電検出センサの検出電極により電気的に非接触で検出する静電界検出工程と、
前記静電界検出工程で取得した検出信号を前記反射光検出工程で取得した検出信号に基づき画像化する画像化工程と、
前記画像化工程で形成した静電界強度分布に基づいて前記被検査対象物を解析する解析工程と
を有する静電解析方法。
【請求項２】
レーザ光源と、
被検査対象物に前記レーザ光源からのレーザ光を走査しながら照射する走査光学系と、  前記レーザ光の前記被検査対象物からの反射光を検出する反射光検出手段と、
前記反射光の検出に同期し、前記被検査対象物において前記レーザ光の入射に起因して変化する静電界を電気的に非接触で検出する検出電極を備えた静電検出センサと、
前記静電検出センサで取得した検出信号を前記反射光検出手段で取得した検出信号に基づき画像化する画像化手段と
を有する静電解析装置。
【請求項３】
前記静電検出センサの検出電極が、針状電極である請求項２に記載の静電解析装置。
【請求項４】
前記被検査対象物に誘導結合により、前記走査光学系の走査周期より速い周波数のリップル電圧を印加する手段を備えるとともに、前記リップル電圧の周波数と同期して、前記静電検出センサからの検出信号を取り込む手段を備えた請求項２または請求項３に記載の静電解析装置。
【請求項５】
前記レーザ光を光変調する光変調手段を備えるとともに、光変調周波数と同期して、前記静電検出センサからの検出信号を取り込む手段を備えた請求項２または請求項３に記載の静電解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電解析方法及び静電解析装置に関し、例えば、レーザ光照射に伴って発生する静電位の変化を非接触で検出して半導体装置をはじめとする化合物半導体、強磁性材料、太陽電池等の各種電子デバイスの故障箇所や植物組織等の電極を有さない被検査対象部を解析する手法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路装置の高集積化、微細化、低電圧化の進展に伴って半導体集積回路装置内部に発生する故障や欠陥の大きさも極めて小さく、また、故障による異常電流や電圧も微小になってきている。このため、高感度で半導体集積回路装置の故障部分を正確に検出する方法が望まれている。
【０００３】
半導体装置の解析手法としては、半導体集積回路装置のチップ表面或いはチップ裏面よりレーザ光を照射し、その照射により発生した熱によって変化する半導体装置内の電気回路における電流や電圧、抵抗の変化を検出する解析法がある。この方法は“オバーク”法（ＯＢＩＲＣＨ；Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｂｅａｍ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ＣＨａｎｇｅ）と呼ばれ、以下、ＯＢＩＲＣＨと称す。
【０００４】
また、半導体装置にレーザ光を照射して、照射したレーザ光により生成された電子やホールを検出する光励起解析法が知られている。この解析法は“オービック法”（ＯＢＩＣ；Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｂｅａｍ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）と呼ばれ、以下、ＯＢＩＣと称す。
【０００５】
また、最近では配線の微細化やプロセス工程の途中過程で、直接メタル配線や電極パッドに電極針を接触させることなく解析できる、非バイアス、非接触プローブ解析が提案されている。例えば、励起レーザ照射による光起電流によってメタル配線を含む閉ループが形成され、その箇所で生ずる磁場を検出する、レーザスクイッド（Ｌａｓｅｒ  ＳＱＵＩＤ）法がある。或いは、パルス状のレーザ光を半導体装置に照射した際に生ずる電磁波を検出するテラヘルツ解析法がある。
【０００６】
上に挙げたレーザ光を用いた各解析手法は、レーザ走査に同期した形で故障箇所の物理位置特定ができるために、半導体装置の解析分野では広く活用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０６−３００８２４号公報
【特許文献２】特開平０５−２０３８７７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】二川  清，「光を用いたＬＳＩの故障解析技術」，日本信頼性学会誌「信頼性」，Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．１，ｐｐ．２８−３６，２００４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
半導体集積回路装置の製造は２００以上の工程を経て作り上げられるため、製品出荷された半導体装置に問題が発覚した場合に、半導体装置の製造途中の多くの仕掛り品や膨大な時間的なロスを発生させることになる。したがって、より製造工程の前段階で検査・解析を行い異常や問題を検出する必要がある。
【００１０】
ところが、上述のＯＢＩＲＣＨやＯＢＩＣによる解析では電極針を内部回路に接触させるための露出したパッド形成が必要であり、メタル配線は形成されていてもパッドが形成されていない段階の半導体装置の解析はできないという問題がある。
【００１１】
また、上述レーザスクイッド法やテラヘルツ解析法の場合には、非接触で行うことができるためパッド形成は必要ないが、半導体装置のメタル配線工程まで完了していないと解析できないという問題がある。
【００１２】
したがって、従来のレーザ光を用いたいずれの解析手法の場合も、半導体装置のメタル配線が形成される工程まで完了しないと適用することができなかった。その結果、従来手法では拡散工程の異常や基板の欠陥異常、不純物注入異常等のようなメタル配線工程より前の製造工程の解析を行うことができないという問題がある。
【００１３】
したがって、本発明は、レーザ光を用いた被検査対象物の各製造段階における検査や電極を有さない被検査対象物の検査を、電気的に非接触で精度良く行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
開示する一観点からは、被検査対象物にレーザ光を走査しながら照射するレーザ光入射工程と、前記レーザ光の前記被検査対象物からの反射光を検出する反射光検出工程と、前記反射光検出工程と同期して、前記被検査対象物において前記レーザ光の入射に起因して変化する静電界を静電検出センサの検出電極により電気的に非接触で検出する静電界検出工程と、前記静電界検出工程で取得した検出信号を前記反射光検出工程で取得した検出信号に基づき画像化する画像化工程と、前記画像化工程で形成した静電界強度分布に基づいて前記被検査対象物を解析する解析工程とを有する静電解析方法が提供される。
【００１５】
また、開示する別の観点からは、レーザ光源と、被検査対象物に前記レーザ光源からのレーザ光を走査しながら照射する走査光学系と、前記レーザ光の前記被検査対象物からの反射光を検出する反射光検出手段と、前記反射光検出と同期して、前記被検査対象物において前記レーザ光の入射に起因して変化する静電界を電気的に非接触で検出する検出電極を備えた静電検出センサと、前記静電検センサで取得した検出信号を前記反射光検出手段で取得した検出信号に基づき画像化する画像化手段とを有する静電解析装置が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
開示の静電解析方法及び静電解析装置によれば、加工が難しい試料や半導体装置等の電子デバイスの製造工程の中間製品解析や、植物組織等の電極を有さない被検査対象物の解析を非接触で精度良く解析することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態の静電解析装置の概念的構成図である。
【図２】レーザ光照射による過渡電界発生原理の説明図である。
【図３】レーザ光照射により発生する静電界の模式的説明図である。
【図４】本発明の実施例１の静電解析装置の概念的構成図である。
【図５】本発明の実施例１に用いる静電界プローブ及びアンプの構成説明図である。
【図６】検出電極の変形例の説明図である。
【図７】ＱＦＰパッケージの解析結果の説明図である。
【図８】ベアシリコン基板の結晶欠陥解析結果の説明図である。
【図９】本発明の実施例２の静電解析装置の概念的構成図である。
【図１０】本発明の実施例３の静電解析装置の概念的構成図である。
【図１１】本発明の実施例４の静電解析装置の概念的構成図である。
【図１２】本発明の実施例５の静電解析装置の概念的構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
ここで、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態の静電解析装置の概念的構成図である。レーザ光源１、試料台２、試料台２に載置した被検査対象物３にレーザ光源１からのレーザ光を走査しながら照射する走査光学系４、静電界を検出する検出電極６を備えた静電検出センサ５、被検査対象物３からの反射光を検出する反射光検出手段７を具備する。また、静電検出センサ５で取得した検出信号を反射光検出手段７で取得した検出信号に基づき画像化する画像化手段８を具備する。
【００１９】
次に、検査手法を説明する。レーザ光源１から放出されたレーザ光をガルバノスキャンミラー等の走査光学系４で走査しながら半導体チップ等の被検査対象物３の全面、もしくは部分領域に照射する。レーザ光照射より被検査対象物３で発生した静電界を検出電極６を備えた静電検出センサ５で検出する。一方、被検査対象物３に走査されながら照射されたレーザ光の一部は反射され、反射光はハーフミラーを含む反射光検出手段７により検出されて被検査対象物３の光学像を形成する。
【００２０】
静電検出センサ５で検出された検出信号は、画像化手段８において反射光検出手段７により検出された検出信号、即ち、被検査対象物３の位置情報と同期させてマッピングすることにより静電界分布図として画像化する。この静電界分布図における暗点或いは輝点を欠陥箇所或いは故障箇所として解析を行う。
【００２１】
例えば、被検査対象物３としての半導体装置のＰＮ接合部位にレーザビーム光を照射した際に光起電流によってここは電子双極子として作用し、距離ｒでの電界Ｅ（ｒ）は、Ａ，ｊ，ｋ（波数）を定数とすると、
Ｅ（ｒ）＝Ａ（１／ｒ3 ＋ｊｋ／ｒ2 ＋ｋ2 ／ｒ）
で表される。
【００２２】
ここで、右辺の第１項は静電界と呼び距離ｒの3 乗に逆比例し、第２項は誘導電界と呼び距離ｒの2 乗に逆比例し、第３項は放射電界（電波）と呼ばれ、減衰が少なく遠くまで伝搬する。このように、放射電界は電界発生部位より距離ｒに反比例し現象するため離れた箇所でも検出でき、誘導電界は距離ｒの２乗に反比例する。
【００２３】
一方、本発明の検出対象である第１項の近距離に作用し周波数（波動）に無関係な静電界は距離ｒの３乗に反比例するため被検査対象物３の至近距離に検出電極６を配置する必要がある。また、静電界は被検査対象物３の全体に分布するが、レーザ光が照射される領域の強度が高いので、検出電極６はその付近に配置されるのが望ましい。
【００２４】
図２はレーザ光照射による過渡電界発生原理の説明図であり、ここでは、半導体チップにレーザ光を照射した場合を例に説明する。レーザ光が半導体装置回路の接合部、ソース・ドレイン拡散部、コンタクトやメタル配線等の回路エレメント９に当った際にレーザスポット径で決まる微小エリアで電界Ｅが発生する。電界Ｅの発生は回路エレメント９の境界が温度勾配や電界勾配が大きくなるため、図に示すように回路エレメント９の境界で電界検出信号は強くなる。なお、符号１０は素子分離層である。
【００２５】
電界Ｅは主に近赤外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高いエネルギーを有するレーザ光を照射した際に生ずる電子・正孔対による光起電流によって発生する。或いは、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生じる静電界変化がある。また、ＰＺＴ等の強誘電体材料に近赤外レーザ照射した場合には、発熱に起因する焦電電流による電界が発生する。
【００２６】
図３は、レーザ光照射により発生する静電界の模式的説明図であり、図３（ａ）は、被検査対象物の裏面からレーザ光を照射した場合を示し、図３（ｂ）は、被検査対象物の表面からレーザ光を照射した場合を示している。
【００２７】
いずれの場合も、発生した静電界は瞬時に半導体チップの表面に分布し、チップに接近させた静電界プローブにて検出が可能である。なお、図３（ｂ）に示すように、表面から照射するレーザ光は半導体装置の基板を透過させる必要がないためにエネルギーの高い、即ち、波長の短いレーザ光が利用でき、且つ、表面回路だけの効率的な静電界の発生・検出が可能になる。
【００２８】
また、空間分解能は照射するレーザ光のスポット径に依存する。例えば、１３４０ｎｍ波長の近赤外レーザを用いた場合１０００ｎｍまで、また、６３２ｎｍ付近の可視レーザを使用した場合は分解能は５００ｎｍ以下まで改善できる。なお、後者の波長はシリコン基板を透過することができないため、図３（ｂ）に示すように、半導体装置のチップ表面回路情報だけを検出するのに有効である。
【００２９】
また、静電検出センサ５は、Ｓ／Ｎ比を上げるために入力容量が２．０ｐＦ以下の低入力容量のＭＯＳ型ＦＥＴ或いはＧａＡｓＦＥＴ等の接合型ＦＥＴが望ましいが、ＥＯ（電気光学結晶）を用いた静電センサやブリッジ回路を用いても良い。なお、１０ｐＦ以上の入力容量のＦＥＴを用いた場合には良好な検出結果がえられなかった。
【００３０】
静電検出センサ５に２．０ｐＦ以下の低入力容量の電界効果型トランジスタを用いた場合には、検出電極６によって変化する電界を電位として電界効果型トランジスタのゲートで検知して、ドレイン−ソース間の電流量として電界を定量的に検出する。
【００３１】
また、電界効果トランジスタのゲートに接続した検出電極６は、検出する範囲に応じて使い分けられ、広い平行面積を有する容量電極は検出電界量が多くなるため数ｍｍ離れた場所でも検出ができる。したがって、半導体装置が組み立てられた状態、例えば、パッケージ樹脂で封止された状態でも変化する静電界が検出可能である。一方、電界が微弱で且つ小さい領域の検出のためには細い針状の電極を用いる。
【００３２】
いずれの電極においても先端に誘電率の高い素材を挟むことで、効率的に電界が検出できる。また、誘電体を挟むことで半導体装置回路の露出したメタル配線にも適用が可能になる。
【００３３】
また、検出感度を高めるために、被検査対象物に配線が形成されている場合には、レーザ光の走査周期より速い周波数のリップル電圧を誘導結合により印加しても良い。または、レーザ光源を直接変調することにより或いは放射されたレーザ光をＥＯ結晶等により、レーザ光の走査周期より速い周波数で光変調しても良い。
【００３４】
以上、説明したように、本発明は、従来のように誘導電界や放射電界を検出するのではなく、メタル配線がなくてもレーザ光照射により発生する静電界を検出しているので、各製造段階のデバイスの解析に用いることができる。また、レーザ光照射によって一部分で生じた微小電界は瞬時に被検出対象物の表面の全面に伝達し分布する静電検出センサを被検出対象物の表面や裏面のどのような箇所に配置しても検出が可能になる。
【００３５】
さらに、本発明は容量結合により静電界を検出するため、被検査対象物がパッケージされた半導体装置である場合、パッケージ樹脂の誘電率εp （≒４）が空気の誘電率の１より高く、検出電極の結合係数が増えて効率的に故障箇所の信号を検出することができる。
【実施例１】
【００３６】
以上を前提として、次に、図４乃至図８を参照して本発明の実施例１の静電解析装置を説明する。図４は、本発明の実施例１の静電解析装置の概念的構成図であり、レーザ光源１１、ガルバノミラー１２、半導体チップ１５を載置する透明板１４を備えたステージ１３、検出電極を構成する平板の容量電極１７を備えた静電界プローブ１６、アンプ１８を備えている。また、半導体チップ１５で反射されたレーザ光を反射するハーフミラー１９、反射光を検出する光検出器２０、アンプ２１、及び、ＰＣ等の画像化装置２２を備えている。
【００３７】
図５は本発明の実施例１に用いる静電界プローブ及びアンプの構成説明図であり、図４（ａ）は全体構成図であり、図４（ｂ）は、アンプの回路構成図である。図４（ａ）に示すように、静電界プローブ１６は入力容量が０．０２ｐＦのＭＯＳ型ＦＥＴ或いは入力容量が２．０ｐＦの接合型ＦＥＴ等の電界効果型トランジスタで構成される。
【００３８】
また、アンプ１８は、抵抗Ｒ1 が接続されたソースアンプＯＰ1 と抵抗Ｒ2 が接続された入力アンプＯＰ2 からなり、抵抗Ｒ1 や抵抗Ｒ2 を可変にして出力レベルＶ0 や入力ＶINのゲインを調整する。
【００３９】
電界効果トランジスタのドレイン−ソース間にアンプ１８により１０ｍＶ〜５Ｖのバイアスを印加して変化する電流をアンプ１８で増幅して解析画像の輝度信号に変換する。電界効果トランジスタのゲートは容量電極１７を接続して開放状態で使い、容量結合による電界を検出する。
【００４０】
次に、解析手順を説明すると、レーザ光源１１から出たビーム光はガルバノミラー１２で水平と垂直に走査され、光学系を通って半導体チップ１５の所望の場所にフォーカスされ、まず、反射した光は光検出器で捕えて画像化装置２２において光学像を作る。
【００４１】
また、レーザ光よって変化する静電界は容量電極１７を介して静電界プローブ１６で検出され、画像化装置２２においてレーザ光の走査タイミングに同期させることによって信号の強度に応じて画像のコントラストとして表示する。これが解析像である。両者の像を合成することで故障位置を特定することができる。
【００４２】
本発明の実施例１においては、レーザ光照射に伴って発生する静電界を検出するだけであるので、被検査対象物である半導体チップを無バイアス且つ電気的に非接触で欠陥箇所や故障箇所の解析を行うことができる。したがって、配線形成前の半導体チップの欠陥箇所や故障箇所の解析を行うことが可能になる。
【００４３】
図６は、検出電極の変形例の説明図である。図６（ａ）は、検出電極としての平板の容量電極１７の下部に誘電体層２３を設けたものである。この場合の誘電体層２３としては、例えば、ガラス（ＳｉＯ2）、ゴム、アクリル等を用いる。
【００４４】
このように、容量電極１７と半導体チップ１５の間に誘電体層２３を入れて結合容量を増やすことにより、半導体チップ１５の表面の電界を効率良く検出することが可能になる。また、半導体チップ１５の表面メタル等の導体が露出している場合においてもショートすることなく測定することができる。
【００４５】
図６（ｂ）は、検出電極としての針状電極２４を用いたものである。この針状電極２４の直径は、例えば、０．０１ｍｍ〜０.５ｍｍ程度とする。このような針状電極２４を用いることにより、小さいエリアの検出が可能になる。
【００４６】
即ち、静電界は上述のように距離ｒの３乗に反比例して減衰するために、細い針の場合、先端の接触面以外の結合容量は減衰し、半導体チップ１５に接近するエリアだけの電界を検出することになる。半導体チップ１５がメタル配線に覆われてシリコン基板との容量結合が低い場合に、メタル配線が少ない場所に針状電極２４を接近させることで効率的に静電界を検出することができる。なお、この針状電極２４の先端部に誘電体を設けることにより、図６（ａ）の場合と同様の効果が期待できる。
【００４７】
図７は、ＱＦＰパッケージの解析結果の説明図であり、図７（ａ）は測定状態を示す平面図であり、図７（ｂ）は測定状態を示す断面図である。また、図７（ｃ）は取得した反射光による光学像であり、図７（ｄ）は取得したＮＥＰＳ（Ｎａｎｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｂｅ  Ｓｅｎｓｏｒ）像である。
【００４８】
図７（ｂ）に示すように、静電気破壊したＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）のパッケージ封止樹脂２５の裏側を取り除き半導体チップ２６の裏面を露出させた状態で波長が１０６４ｎｍで１０ｍＷのレーザ光を照射し発生する電界をパッケージ表面から検出した。
【００４９】
図７（ｄ）のＮＥＰＳ像における上部の白い部位が破壊箇所であり、図７（ｃ）の光学像と合わせて判断するとのゲート電極の位置に当たる。同箇所は静電気ストレスによりＭＯＳトランジスタのゲートが破壊し、レーザ光照射により励起効率が高まり、キャリアの移動増による電界が高くなり、白いコントラストとして顕在化したものである。
【００５０】
図８は、ベアシリコン基板の結晶欠陥解析結果の説明図であり、図８（ａ）は測定状態を示す斜視図であり、図８（ｂ）は測定時における電界イメージを示す断面図である。また、図８（ｃ）は取得した反射光による光学像であり、図８（ｄ）は取得したＮＥＰＳ像である。
【００５１】
図８（ａ）に示すように、波長が１１５２ｎｍで２ｍＷのＨｅＮｅレーザ光をベアシリコン基板２７の裏面から照射し、裏面及び表面で変化する静電界を表面側で静電界プローブ１６により検出する。図８（ｂ）に示すように、静電界はベアシリコン基板２７に一様に分布しているため、どの位置に静電界プローブ１６を持ってきても検出はできる。なお、図８（ｂ）における黒丸は電子を、また、白丸は正孔を表す。
【００５２】
図８（ｄ）に示すＮＥＰＳ像においては、図８（ｃ）に示す光学像では見ることができない、結晶欠陥部が黒いコントラストとして検出されている。ベアシリコン基板２７の結晶欠陥部分は正常な部位に比べて励起効率が低いために周りの正常な部位で発生した励起によるキャリアが再結合しやすく、電界が低くなるため黒いコントラストになったものである。
【実施例２】
【００５３】
次に、図９を参照して、本発明の実施例２の静電解析装置を説明するが、基本的構成は上記の実施例１と同じであり、実施例１に対してリップル電圧、即ち、交流電界を印加する手段を設けたものである。図９は、本発明の実施例２の静電解析装置の概念的構成図であり、実施例２に特有の特徴点のみを説明する。
【００５４】
この実施例２においては、上記の実施例１の構成に加えて半導体チップ１５に対してリップル電圧を印加する電極３１，３２からなる電極対を設けるとともに、アンプとしてロックインアンプ３３を用いたものである。電極３１を半導体チップのＶDD端子近傍に配置し、電極３２をＧＮＤ端子近傍に配置し、容量結合により半導体チップにリップル電圧を印加する。
【００５５】
この場合のリップル電圧は、電極３１，３２の結合容量、半導体チップ１５のインピーダンス、固有リアクタンスによって変わるが、１Ｖ〜３０Ｖの範囲の電圧を印加する。また、リップル電圧の周波数ｆは、レーザ光の走査周期よりも速い周波数とするものであり、例えば、１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲とする。
【００５６】
静電界を検出する場合には、リップル電圧の周波数に同期させて、ロックインアンプ３３で信号処理を行う。それによって、Ｓ／Ｎ比改善することができる。即ち、レーザ光照射に伴う光励起やゼーベック効果による起電流は僅かであるため、外部から交流電界を印加することで電界の偏り（偏極）が生じ、静電界プローブ１６による検出感度が高まる。また、それにより、酸化膜や絶縁体の評価も可能になる。
【実施例３】
【００５７】
次に、図１０を参照して、本発明の実施例３の静電解析装置を説明するが、基本的構成は上記の実施例１と同じであり、実施例１に対してレーザ光変調手段を設けたものである。図１０は、本発明の実施例３の静電解析装置の概念的構成図であり、実施例３に特有の特徴点のみを説明する。
【００５８】
この実施例３においては、上記の実施例１の構成に加えてレーザ光を変調する光変調手段３４を設けるとともに、アンプとしてロックインアンプ３３を用いたものである。この場合の光変調手段３４としては、レーザ光源１１を直接変調するものでも良いし、或いは、ＥＯ（電気光学）結晶を用いてレーザ光源１１から放出されたレーザ光を変調するものでも良い。
【００５９】
この場合の光変調周波数ｆは、レーザ光の走査周期よりも速い周波数とするものであり、速い周波数で変調を掛けることにより、励起効率や温度勾配を大きくすることができ、より微弱な変化を捕らえることができる。したがって、１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲が望ましいが、現状における光変調の限界は１ＭＨｚ程度である。
【００６０】
この場合も、静電界を検出する場合には、光変調周波数に同期させて、ロックインアンプ３３で信号処理を行う。それによって、Ｓ／Ｎ比改善することができる。
【実施例４】
【００６１】
次に、図１１を参照して、本発明の実施例４の静電解析装置を説明するが、基本的構成は上記の実施例１と同じであり、実施例１における検出電極をレーザ光を透過させる開口部を有する枠状構造として、検出電極の上に半導体チップを載置したものである。図１１は、本発明の実施例４の静電解析装置の概念的構成図であり、実施例４に特有の特徴点のみを説明する。
【００６２】
この実施例４においては検出電極を枠状検出電極３５とし、枠状検出電極３５に誘電体層３６を介して半導体チップ１５を載置する。この場合、静電界プローブ１６の移動の必要がなく、半導体チップ１５を枠状検出電極３５の上に置くだけで解析作業ができ、インプロセス工程内の解析を容易にする。
【００６３】
前にも述べたが、静電界は半導体チップ１５の全面に分布するため、このように、半導体チップ１５の裏から検出が可能になった。なお、枠状検出電極３５の代わりに透明検出電極を用いても良く、この場合にはレーザ光を透過させるための開口部を設ける必要はない。
【実施例５】
【００６４】
次に、図１２を参照して、本発明の実施例５の静電解析装置を説明する。図１２は、本発明の実施例５の静電解析装置の概念的構成図であり、ここでは、信号処理手段或いは反射光検出手段は実施例１と同じであるので、静電界プローブの配置構成を説明する。
【００６５】
図１２に示すように、ステージ１３に設けた絶縁性の透明板１４上に半導体チップ１５を載置し、半導体チップ１５の周囲に複数個の静電界プローブ１６をステージ１３に容量電極１７を接触させるように配置する。静電界プローブ１６からの検出信号はアンプ１８で増幅されたのち、スイッチングマトリクス回路＆アンプ回路３７に入力されて、信号の選択や合成処理を行い、解析信号として出力される。
【００６６】
この実施例５においては静電界プローブ１６を複数個配置しているので、検出感度の良い条件の信号だけを選択したり、或いは、複数の静電界プローブ１６の信号の処理を行うことを選択することができる。それによって、一個の静電界プローブ１６を用いた場合に比べてＳ／Ｎ比を改善することができる。
【００６７】
ここで、実施例１乃至実施例５を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を開示する。
（付記１）  被検査対象物にレーザ光を走査しながら照射するレーザ光入射工程と、前記レーザ光の前記被検査対象物からの反射光を検出する反射光検出工程と、前記静電界検出工程と同期して、前記被検査対象物において前記レーザ光の入射に起因して変化する静電界を静電検出センサの検出電極により電気的に非接触で検出する静電界検出工程と、前記静電界検出工程で取得した検出信号を前記反射光検出工程で取得した検出信号に基づき画像化する画像化工程と、前記画像化工程で形成した静電界強度分布に基づいて前記被検査対象物を解析する解析工程とを有する静電解析方法。
（付記２）  静電界検出工程において、静電検出センサの検出電極と前記被検査対象物との間に誘電体材料を介在させる付記１に記載の静電解析方法
（付記３）前記レーザ光入射工程において、前記レーザ光の走査周波数より速い周波数のリップル電圧を前記被検査対象物に誘導結合により印加するともに、前記リップル電圧の周波数に同期して、前記静電検出センサからの検出信号を取り込む付記１または付記２に記載の静電解析方法
（付記４）前記レーザ光入射工程において、前記レーザ光の走査周期より速い周波数で前記レーザ光を光変調するとともに、光変調周波数に同期して、前記静電検出センサからの検出信号を取り込む付記１または付記２に記載の静電解析方法。
（付記５）  レーザ光源と、被検査対象物に前記レーザ光源からのレーザ光を走査しながら照射する走査光学系と、前記レーザ光の前記被検査対象物からの反射光を検出する反射光検出手段と、前記反射光検出と同期して、前記被検査対象物において前記レーザ光の入射に起因して変化する静電界を電気的に非接触で検出する検出電極を備えた静電検出センサと、前記静電検出センサで取得した検出信号を前記反射光検出手段で取得した検出信号に基づき画像化する画像化手段とを有する静電解析装置。
（付記６）
前記静電検出センサの検出電極が、針状電極である付記４に記載の静電解析装置。
（付記７）  前記被検査対象物に誘導結合により、前記走査光学系の走査周期より速い周波数のリップル電圧を印加する手段を備えるとともに、前記リップル電圧の周波数と同期して、前記静電検出センサからの検出信号を取り込む手段を備えた付記５または付記６に記載の静電解析装置。
（付記８）  前記レーザ光を光変調する光変調手段を備えるとともに、光変調周波数と同期して、前記静電検出センサからの検出信号を取り込む手段を備えた付記５または付記６に記載の静電解析装置
（付記９）  前記静電検出センサが、入力容量が２ｐＦ以下の低容量電界効果型トランジスタを備えている付記５乃至付記８のいずれか１に記載の静電解析装置。
（付記１０）  前記被検査対象部を非導電性の測定用部材上に載置するとともに、前記静電検出センサを前記測定用部材上に複数個設置し、前記被検査対象部で発生する静電界分布を前記試料台を介して検出する付記５に記載の静電解析装置。
【符号の説明】
【００６８】
１  レーザ光源
２  試料台
３  被検査対象物
４  走査光学系
５  静電検出センサ
６  検出電極
７  反射光検出手段
８  画像化手段
９  回路エレメント
１０  素子分離層
１１  レーザ光源
１２  ガルバノミラー
１３  ステージ
１４  透明板
１５  半導体チップ
１６  静電界プローブ
１７  容量電極
１８  アンプ
１９  ハーフミラー
２０  光検出器
２１  アンプ
２２  画像化装置
２３  誘電体層
２４  針状電極
２５  パッケージ封止樹脂
２６  半導体チップ
２７  ベアシリコン基板
３１，３２  電極
３３  ロックインアンプ
３４  光変調手段
３５  枠状検出電極
３６  誘電体層
３７  スイッチングマトリクス回路＆アンプ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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