(57)【要約】ノンメカニカルコンタクト信号測定装置は、テスト中の構造体における第１の導体と、第１の導体と接触するガスとを有する。少なくとも一つの電子ビームは、ガス中に向けられ、ガスを通過してガス中にプラズマを生成するようにされる。第２の導体は、プラズマと電気的に接触する。信号源は、プラズマが第１の導体に向けられる際に第１の導体、プラズマ及び第２の導体を介して電気計測器に結合される。電気計測器は信号源に反応する。【選択図】図１
2014521932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テスト中の構造体における第１の導体と、
第１の導体と接触するガスと、
ガス中に向けられ、ガスを通過してガス中にプラズマを生成する少なくとも一つの電子ビームと、
プラズマと電気的に接触する第２の導体と、
プラズマが第１の導体に向けられる際に第１の導体、プラズマ及び第２の導体を介して電気計測器に結合された信号源と
を有し、
電気計測器が信号源に反応することを特徴とするノンメカニカルコンタクト信号測定装置。
【請求項２】
さらに、テスト中の構造体における回路を有し、かかる回路は第１の導体に結合され、電気計測器が回路に反応することを特徴とする請求項１記載のノンメカニカルコンタクト信号測定装置。
【請求項３】
信号源が第１の導体に結合され、また電気計測器が第２の導体に結合されることを特徴とする請求項１記載のノンメカニカルコンタクト信号測定装置。
【請求項４】
電気計測器が第１の導体に結合され、また信号源が第２の導体に結合されることを特徴とする請求項１記載のノンメカニカルコンタクト信号測定装置。
【請求項５】
ガスが空気、分子窒素、又は不活性ガスであることを特徴とする請求項１記載のノンメカニカルコンタクト信号測定装置。
【請求項６】
さらに、ガス中に向けられ、ガスを通過してガス中に多数のプラズマを生成する多数の電子ビームを有することを特徴とする請求項１記載のノンメカニカルコンタクト信号測定装置。
【請求項７】
テスト中の構造体が薄膜トランジスタアレイであることを特徴とする請求項１記載のノンメカニカルコンタクト信号測定装置。
【請求項８】
少なくとも一つの電子ビームが、テスト中の構造体の位置に対して移動するようにされることを特徴とする請求項１記載のノンメカニカルコンタクト信号測定装置。
【請求項９】
さらに、測定装置に結合されかつ測定装置からの多数のデータ値を記憶するようにされたデータ記憶ユニットと、
データ記憶ユニット、測定装置及び信号源に結合された制御ユニットと
を有し、
データ記憶ユニット、測定装置及び信号源が制御ユニットに反応することを特徴とする請求項１記載のノンメカニカルコンタクト信号測定装置。
【請求項１０】
さらに、テスト中の構造体に入射する光を軽減するようにされた包囲体を有し、入射する光を軽減することにより、電気計測器からのデータ値の精度を改善することを特徴とする請求項１記載のノンメカニカルコンタクト信号測定装置。
【請求項１１】
さらに、少なくとも一つのオリフィスをもち、外側にテスト中の構造体が配置される真空包囲体と、
少なくとも一つの電子ビームを少なくとも一つのオリフィスへ向けるようにされた真空包囲体における少なくとも一つの電子ビーム発生器と
を有することを特徴とする請求項１記載のノンメカニカルコンタクト信号測定装置。
【請求項１２】
さらに、少なくとも一つのオリフィスにおいて真空包囲体に取付けられ、少なくとも一つの電子ビームが通過する膜を有し、
前記膜は、真空包囲体内を真空に維持するようにされかつ膜を介して少なくとも一つの電子ビームの第１の部分を伝達するようにされることを特徴とする請求項１１記載のノンメカニカルコンタクト信号測定装置。
【請求項１３】
真空包囲体が真空フランジを備え、少なくとも一つのオリフィスがこの真空フランジを通って延びていることを特徴とする請求項１１記載のノンメカニカルコンタクト信号測定装置。
【請求項１４】
第２の導体は、オリフィスを包囲する真空包囲体の一部を含み、ガス及びプラズマが、オリフィスを包囲する真空包囲体の一部に結合していることを特徴とする請求項１１記載のノンメカニカルコンタクト信号測定装置。
【請求項１５】
少なくとも一つの電子ビーム発生器は、
少なくとも一つの電子源と、電子ビームをスポットサイズに収束するようにされた少なくとも一つの電子レンズと
を備えることを特徴とする請求項１１記載のノンメカニカルコンタクト信号測定装置。
【請求項１６】
第２の導体は、前記膜を含むことを特徴とする請求項１２記載のノンメカニカルコンタクト信号測定装置。
【請求項１７】
前記膜は、窒化珪素、炭化珪素、アルミナ、ダイヤモンド状炭素膜、黒鉛、二酸化珪素、超薄型カーボン、ベリリウム、窒化ベリリウム及びポリイミドから成るグループから選択した材料を含むことを特徴とする請求項１２記載のノンメカニカルコンタクト信号測定装置。
【請求項１８】
前記膜は、基板上に位置する蒸着層を含み、基板が、基板の一部を介してウインドウ領域から除去され、基板が、膜を支持するフレームを形成するようにされ、また少なくとも一つの電子ビームがフレームにおけるウインドウ領域に向けられることを特徴とする請求項１２記載のノンメカニカルコンタクト信号測定装置。
【請求項１９】
第２の導体は、膜上に位置する導電性フィルムを備え、少なくとも一つの電子ビームが導電性フィルムを通過し、導電性フィルムが、少なくとも一つの電子ビームの第２の部分を、導電性フィルムを通って伝達するようにされ、またガス及びプラズマが導電性フィルムに結合されることを特徴とする請求項１２記載のノンメカニカルコンタクト信号測定装置。
【請求項２０】
さらに複数の電子源を有することを特徴とする請求項１５記載のノンメカニカルコンタクト信号測定装置。
【請求項２１】
フレームは、ウインドウ領域をオリフィスに合致するように位置決めしてフレームにおけるウインドウ領域を通って膜に少なくとも一つの電子ビームを衝突できるように接着剤又はクランプによって真空包囲体に結合されることを特徴とする請求項１８記載のノンメカニカルコンタクト信号測定装置。
【請求項２２】
ウインドウ領域がスリットとして形成され、また少なくとも一つの電子ビーム発生器が、
少なくとも一つの電子源と、
電子ビームをスポットサイズに収束させる少なくとも一つの電子レンズと、
スリットを通して電子ビームをスキャンするようにされた少なくとも一つの偏向光学系と
を備えることを特徴とする請求項１８記載のノンメカニカルコンタクト信号測定装置。
【請求項２３】
導電性フィルムは、膜上に位置する接着層と、接着層上に位置する導電層とを備え、ガス及びプラズマが導電層に結合されることを特徴とする請求項１９記載のノンメカニカルコンタクト信号測定装置。
【請求項２４】
テスト中の構造体に第１の導体を設けること、
第１の導体に接触させてガスを供給すること、
少なくとも一つの電子ビームをガス中に供給し電子ビームをガスに通してプラズマを生成するようにすること、
第２の導体をプラズマに電気的に結合すること、
プラズマが第１の導体に向けられて電気計測器を信号源に反応させる時に第１の導体、第２の導体及びプラズマを介して電気計測器に信号源を結合すること
を特徴とするノンメカニカルコンタクト信号測定方法。
【請求項２５】
さらに、
テスト中の構造体における回路を第１の導体に結合して電気計測器を回路に反応させるようにすることを特徴とする請求項２４記載のノンメカニカルコンタクト信号測定方法。
【請求項２６】
さらに、
信号源を第１の導体に結合すること、
電気計測器を第２の導体に結合すること
を特徴とする請求項２４記載のノンメカニカルコンタクト信号測定方法。
【請求項２７】
さらに、
電気計測器を第１の導体に結合すること、
信号源を第２の導体に結合すること
を特徴とする請求項２４記載のノンメカニカルコンタクト信号測定方法。
【請求項２８】
ガスが空気、分子窒素、又は不活性ガスであることを特徴とする請求項２４記載のノンメカニカルコンタクト信号測定方法。
【請求項２９】
さらに、
多数の電子ビームをガス中に向けて、ガスを通過してガス中に多数のプラズマを生成するようにすることを特徴とする請求項２４記載のノンメカニカルコンタクト信号測定方法。
【請求項３０】
さらに、
薄膜トランジスタアレイをテストすることを特徴とする請求項２４記載のノンメカニカルコンタクト信号測定方法。
【請求項３１】
さらに、
少なくとも一つの電子ビームを、テスト中の構造体の位置に対して動かすことを特徴とする請求項２４記載のノンメカニカルコンタクト信号測定方法。
【請求項３２】
さらに、
少なくとも一つのオリフィスをもち、外側にテスト中の構造体を配置する真空包囲体を設けること、
真空包囲体における少なくとも一つの電子ビーム発生器によって少なくとも一つの電子ビームを少なくとも一つのオリフィスへ向けること
を特徴とする請求項２４記載のノンメカニカルコンタクト信号測定方法。
【請求項３３】
さらに、
電気計測器からテスト中の構造体における回路に関連した多数のデータ値をデータ記憶ユニットに記憶すること、
制御ユニットによってデータ記憶ユニット、電気計測器及び信号源を制御すること
を特徴とする請求項２５記載のノンメカニカルコンタクト信号測定方法。
【請求項３４】
さらに、
テスト中の構造体における回路の欠陥をモニターすること、
欠陥を検出した場合に制御ユニットに記録すること、
欠陥を検出した場合に電気計測器からテスト中の構造体における回路の欠陥に関連した多数のデータ値をデータ記憶ユニットに記憶すること、
制御ユニットによってデータ記憶ユニット、電気計測器及び信号源を制御すること
を特徴とする請求項２５記載のノンメカニカルコンタクト信号測定方法。
【請求項３５】
少なくとも一つのオリフィスにおいて膜によって真空包囲体内の真空を維持すること、
少なくとも一つの電子ビームの第１の部分を膜に伝達すること
を特徴とする請求項３２記載のノンメカニカルコンタクト信号測定方法。
【請求項３６】
さらに、
真空フランジを設けること、
真空フランジを通って少なくとも一つのオリフィスを延ばすこと
を特徴とする請求項３２記載のノンメカニカルコンタクト信号測定方法。
【請求項３７】
さらに、
オリフィスを取り巻く真空包囲体の一部をガス及びプラズマに結合することを含み、
オリフィスを取り巻く真空包囲体の一部が第２の導体であること
を特徴とする請求項３２記載のノンメカニカルコンタクト信号測定方法。
【請求項３８】
さらに、
少なくとも一つの電子ビームを供給すること、
電子ビームをスポットサイズに収束させること
を特徴とする請求項３２記載のノンメカニカルコンタクト信号測定方法。
【請求項３９】
制御ステップが、
テスト中の構造体における第１の信号線の第１の電気特性を第１の状態に設定すること、
テスト中の構造体における第２の信号線の第２の電気特性に関連した複数のデータ値の１番目を記憶し、第１の状態に関連している第１のデータ値を記憶すること、
第１の電気特性は第２の状態に設定すること、
第２の電気特性に関連した複数のデータ値の２番目を記憶し、第２の状態に関連した第２のデータ値を記憶すること
を含み、
第２の電気特性が回路を介して第１の電気特性に反応すること
を特徴とする請求項３３記載のノンメカニカルコンタクト信号測定方法。
【請求項４０】
膜が、窒化珪素、炭化珪素、アルミナ、ダイヤモンド状炭素膜、黒鉛、二酸化珪素、超薄型カーボン、ベリリウム、窒化ベリリウム及びポリイミドから成るグループから選択した材料を含むことを特徴とする請求項３５記載のノンメカニカルコンタクト信号測定方法。
【請求項４１】
さらに、
基板上に層として膜を蒸着すること、
基板の一部を介してウインドウ領域から基板を除去することにより膜を支持するフレームを形成すること、
少なくとも一つの電子ビームをフレームにおけるウインドウ領域に指向すること
を特徴とする請求項３５記載のノンメカニカルコンタクト信号測定方法。
【請求項４２】
さらに、
膜上に位置した第２の導体である導電性フィルムを通して少なくとも一つの電子ビームの第２の部分を伝達すること、
ガス及びプラズマを導電性フィルムに結合すること
を特徴とする請求項３５記載のノンメカニカルコンタクト信号測定方法。
【請求項４３】
さらに、
多数の電子ビームを供給すること
を特徴とする請求項３８記載のノンメカニカルコンタクト信号測定方法。
【請求項４４】
さらに、
接着剤またはクランプによってフレームを真空包囲体に結合すること、
オリフィスと一致させるようにウインドウ領域を位置決めすること、
フレームにおけるウインドウ領域を介して少なくとも一つの電子ビームを膜に照射すること
を特徴とする請求項４１記載のノンメカニカルコンタクト信号測定方法。
【請求項４５】
さらに、
ウインドウ領域をスリットとして形成すること、
少なくとも一つの電子ビームを供給すること、
電子ビームをスポットサイズに収束させること、
スリットを介して電子ビームをスキャンすること
を特徴とする請求項４１記載のノンメカニカルコンタクト信号測定方法。
【請求項４６】
さらに、
膜上に接着材を塗布すること、
接着層上に導電層を設けること、
ガス及びプラズマを導電層に結合すること
を特徴とする請求項４２記載のノンメカニカルコンタクト信号測定方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、米国仮出願第６１/５０８，５７８号、出願日２０１１年７月１５日、名称「ELECTRICAL INSPECTION OF ELECTRONIC DEVICES USING ELECTRON-BEAM INDUCED PLASMA PROBES」の３５USC １１９（ｅ）に規定する優先権を主張し、かかる出願の内容はすべて参照として本明細書に包含される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一般的には電子装置の機械的接触なしのプロービングに関し、特に電子装置の電気検査中に電子信号を機械的接触なしに測定することに関する。
【０００３】
機械的接触を確立する必要なしにパターン構造体において電圧及び電流を測定し印加する能力は、ノンメカニカルコンタクトプロービングがテスト中の装置・パネルに損傷する機会を最少化しかつテスト効率の改善に通じるので、半導体装置、フラットパネルディスプレイ、例えば液晶及び有機発光ダイオードディスプレイ、バックプレーン及びプリント回路基板の機能（電気）テストにとって重要である。
【０００４】
Ｐｈｏｔｏｎ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ社（ＰＤＩ）・ＯｒｂｏｔｅｃｈのＶｏｌｔａｇｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ（登録商標）光学システム（ＶＩＯＳ）は、テスト中の装置における電界を光学センサーで記録する光学情報に変換するのに電気光学変換器を使用している。その他の技術では、二次電子によってテスト中の装置における電圧を間接的に測定しており、装置を真空中に置く必要がある。これらの方法は、電圧測定にはおよそ適しているが、検査に用いる信号を駆動するために装置の周囲のパッドに機械的に接触する必要がある。
【０００５】
近年、導電性プラズマに基づいた別の種類の検査方法が現れてきた。これらの方法の背後にある主要概念は、イオンと並んで可動の二次電子を含む指向性プラズマがノンメカニカルコンタクトプローブとして機能し得ることにある。過去にこのような幾つかの「プラズマプロービング」方法が提案されてきた。それらの方法はざっと二つのカテゴリーに分けることができ、一方のカテゴリーは、高強度のレーザー誘起イオン化に基づいており、高いイオン化閾値によりテスト中の装置にレーザー誘起損傷のリスクがあり得、また他方のカテゴリーは、高電圧コロナ放電に基づいており、この場合には、イオン化された種の散乱角が広範囲であり、特にアーク発生に関して損傷のリスクがある。
【０００６】
膜及び差動ポンプの開口を用いた電子ビーム撮像システムは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）における生きた標本や湿潤標本の電子ビーム特性のために又はライブサンプルにおけるＸ線回析のために電子ビームをガス雰囲気内へ伝搬させるのに用いられてきた。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態によれば、ノンメカニカルコンタクト信号測定装置は、テスト中の構造体における第１の導体と、第１の導体と接触するガスと、少なくとも一つの電子ビームとを備える。電子ビームはガス中に向けられ、ガスを通過してガス中にプラズマを生成する。ノンメカニカルコンタクト信号測定装置は、さらに、プラズマと電気的に接触する第２の導体と、プラズマが第１の導体に向けられる際に第１の導体、プラズマ及び第２の導体を介して電気計測器に結合された信号源とを備える。電気計測器は、信号源に反応する。
【０００８】
一実施形態によれば、ノンメカニカルコンタクト信号測定装置は、さらに、テスト中の構造体における回路を備える。かかる回路は第１の導体に結合され、電気計測器は回路に反応する。
【０００９】
別の実施形態によれば、信号源は、第１の導体に結合され、また、電気計測器は第２の導体に結合される。別の実施形態によれば、電気計測器は第１の導体に結合され、また、信号源は第２の導体に結合される。
【００１０】
別の実施形態によれば、ガスは、空気、分子窒素、又は不活性ガスである。別の実施形態によれば、ノンメカニカルコンタクト信号測定装置は、さらに、ガス中に向けられ、ガスを通過してガス中に多数のプラズマを生成する多数の電子ビームを備える。
【００１１】
別の実施形態によれば、テスト中の構造体は、薄膜トランジスタアレイである。別の実施形態によれば、少なくとも一つの電子ビームは、テスト中の構造体の位置に対して移動するようにされる。
【００１２】
別の実施形態によれば、ノンメカニカルコンタクト信号測定装置は、さらに、測定装置に結合されかつ測定装置からの多数のデータ値を記憶するようにされたデータ記憶ユニットと、データ記憶ユニット、測定装置及び信号源に結合された制御ユニットとを備える。データ記憶ユニット、測定装置及び信号源は、制御ユニットに反応する。
【００１３】
別の実施形態によれば、ノンメカニカルコンタクト信号測定装置は、さらに、テスト中の構造体に入射する光を軽減するようにされた包囲体を備える。入射する光を軽減することにより、電気計測器からのデータ値の精度は改善される。
【００１４】
別の実施形態によれば、ノンメカニカルコンタクト信号測定装置は、さらに、少なくとも一つのオリフィスをもち、外側にテスト中の構造体が配置される真空包囲体と、少なくとも一つの電子ビームを少なくとも一つのオリフィスへ向けるようにされた真空包囲体における少なくとも一つの電子ビーム発生器とを備える。別の実施形態によれば、ノンメカニカルコンタクト信号測定装置はさらに、少なくとも一つのオリフィスにおいて真空包囲体に取付けられ、少なくとも一つの電子ビームが通過する膜を備える。かかる膜は、真空包囲体内を真空に維持するようにされかつ膜を介して少なくとも一つの電子ビームの第１の部分を伝達するようにされる。
【００１５】
別の実施形態によれば、真空包囲体は、真空フランジを備え、少なくとも一つのオリフィスは、この真空フランジを通って延びている。別の実施形態によれば、第２の導体は、オリフィスを包囲する真空包囲体の一部を含み、ガス及びプラズマは、オリフィスを包囲する真空包囲体の一部に結合している。
【００１６】
別の実施形態によれば、少なくとも一つの電子ビーム発生器は、少なくとも一つの電子源と、電子ビームをスポットサイズに収束するようにされた少なくとも一つの電子レンズとを備える。別の実施形態によれば、第２の導体は膜を備えている。
【００１７】
別の実施形態によれば、膜は、窒化珪素、炭化珪素、アルミナ、ダイヤモンド状炭素膜、黒鉛、二酸化珪素、超薄型カーボン、ベリリウム、窒化ベリリウム及びポリイミドから成るグループから選択した材料を含む。別の実施形態によれば、膜は、基板上に位置する蒸着層を含む。基板は、基板の一部を介してウインドウ領域から除去される。基板は、膜を支持するフレームを形成するようにされ、また少なくとも一つの電子ビームはフレームにおけるウインドウ領域に向けられる。
【００１８】
別の実施形態によれば、第２の導体は、膜上に位置する導電性フィルムを備え、少なくとも一つの電子ビームは導電性フィルムを通過する。導電性フィルムは、少なくとも一つの電子ビームの第２の部分を、導電性フィルムを通って伝達するようにされ、またガス及びプラズマは導電性フィルムに結合される。別の実施形態によれば、ノンメカニカルコンタクト信号測定装置はさらに多数の電子源を備える。
【００１９】
別の実施形態によれば、フレームは、ウインドウ領域をオリフィスに合致するように位置決めしてフレームにおけるウインドウ領域を通って膜に少なくとも一つの電子ビームを衝突できるように接着剤又はクランプによって真空包囲体に結合される。別の実施形態によれば、ウインドウ領域は、スリットとして形成され、また少なくとも一つの電子ビーム発生器は、少なくとも一つの電子源と、電子ビームをスポットサイズに収束させる少なくとも一つの電子レンズと、スリットを通して電子ビームをスキャンするようにされた少なくとも一つの偏向光学系とを備える。別の実施形態によれば、導電性フィルムは、膜上に位置する接着層と、接着層上に位置する導電層とを備え、ガス及びプラズマは導電層に結合される。
【００２０】
本発明の一つの実施形態によれば、ノンメカニカルコンタクト信号測定方法は、テスト中の構造体に第１の導体を設けること、第１の導体に接触させてガスを供給すること、及び少なくとも一つの電子ビームをガス中に供給し電子ビームをガスに通してプラズマを生成することを含む。ノンメカニカルコンタクト信号測定方法は、さらに、第２の導体をプラズマに電気的に結合すること、及びプラズマが第１の導体に向けられて電気計測器を信号源に反応させる時に第１の導体、第２の導体及びプラズマを介して電気計測器に信号源を結合することを含む。
【００２１】
一つの実施形態によれば、本方法は、さらに、テスト中の構造体における回路に関連した電気計測器からの複数のデータ値をデータ記憶ユニットに記憶すること、及びデータ記憶ユニット、電気計測器及び信号源を制御ユニットによって制御することを含む。
【００２２】
別の実施形態によれば、本方法の制御ステップは、テスト中の構造体における第１の信号線の第１の電気特性を第１の状態に設定することを含む。テスト中の構造体における第２の信号線の第２の電気特性に関連した複数のデータ値の１番目が記憶される。第１のデータ値は第１の状態に関連している。第１の電気特性は第２の状態に設定される。第２の電気特性に関連した複数のデータ値の２番目が記憶される。第２のデータ値は第２の状態に関連している。第２の電気特性は回路を介して第１の電気特性に反応される。
【００２３】
別の実施形態によれば、本方法は、さらに、テスト中の構造体における回路の欠陥をモニターすること、及び欠陥が検出された場合に、制御ユニットを登録することを含む。本方法はさらに、欠陥を検出した場合にデータ記憶ユニットに電気計測器からの複数のデータ値を記憶すること、及びデータ記憶ユニット、電気計測器及び信号源を制御ユニットによって制御することを含む。多数のデータ値はテスト中の構造体における回路の欠陥に関連付けられる。
【００２４】
本発明の実施形態の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び添付図面を参照してより良く理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態によるノンメカニカルコンタクト信号測定装置の概略横断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態によるノンメカニカルコンタクト信号測定装置の概略横断面図。
【図３】図１及び図２のノンメカニカルコンタクト信号測定装置に関連したプラズマビーム抵抗、有効プラズマビーム抵抗、電子ビームエネルギー及びプラズマビーム直径の典型的なシミュレーションデータを示す図。
【図４】本発明の一実施形態による膜及びフレーム組立体の簡単化した横断面図。
【図５】本発明の一実施形態による真空包囲体の一部に取付けた膜及びフレーム組立体の簡単化した横断面図。
【図６】本発明の一実施形態による真空包囲体の一部に取付けた膜及びフレーム組立体の簡単化した平面図。
【図７】図１及び図２のノンメカニカルコンタクト信号測定装置に関連したプラズマ電流、電子ビーム電流、及びサンプル電圧の典型的な特性データを示す図。
【図８】図１及び図２のノンメカニカルコンタクト信号測定装置に関連したプラズマビーム空間応答の典型的な特性データを示す図。
【図９】図１及び図２のノンメカニカルコンタクト信号測定装置に関連したプラズマビーム時間応答の典型的な特性データを示す図。
【図１０】本発明の一実施形態によるデュアルプローブのノンメカニカルコンタクト信号測定装置の概略斜視図。
【図１１】（Ａ）は、本発明の一実施形態による多数の可動検査ヘッドを備えたノンメカニカルコンタクト信号測定装置のブロック線図の上面図、（Ｂ）は、本発明の一実施形態による図１１Ａの装置におけるプラズマプローブの動きを詳細に示す拡大差し込み図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の一実施形態による装置は、ノンメカニカルコンタクト信号測定を可能にするように電子ビーム誘導プラズマプローブに基づく検査技術及びサブシステムを含む。電子ビームは、空気又はその他のガスを有効にイオン化し得、そしてテスト中の装置（以下テスト中の構造体と記載する）に対する損傷のリスクが殆どなしに、指向性の高いプラズマコラムを発生する。電子ビームは、またプラズマプローブの横方向サイズの制御を行い得、このことは、装置の小さくて高密度の導体における電気信号を測定するために重要な利点である。
【００２７】
図１は、本発明の第１の実施形態によるノンメカニカルコンタクト信号測定装置１００の概略横断面図である。電子ビーム１１０は、従来の方法を用いて真空１３０内で電子ビーム発生器１２０によって発生される。電子ビーム１１０は、真空包囲体１４０（以下真空チャンバーと記載する）の一部１４０ａに設けたオリフィス１４５を介して真空包囲体１４０から出ていく。電子ビームの一部は、膜及びフレーム組立体１５５を通って真空包囲体の外側の雰囲気ガス１５０（以下雰囲気又はガスと記載する）へ通され、膜及びフレーム組立体１５５は、電子ビーム発生器を収容している真空包囲体の内側の真空を維持するが電子ビームに対しては半透過性である。代わりに、膜及びフレーム組立体１５５は、オリフィス又は複数のオリフィスが真空包囲体内の真空を維持するように十分小さい場合には、任意選択事項であり得る。
【００２８】
雰囲気ガスに入る際に、電子ビームの一部における電子は、ガス原子と衝突し、偏向され、イオン化を通してエネルギーを失う。従って、ガス中に向けられる電子ビームの一部はガス中にプラズマ１６０（以下プラズマプローブと記載する）を誘導し、電子ビームはガスを通過する。スローなガスイオンから離れて、これらの電子・ガス衝突は、誘導しない低エネルギーの二次電子を生成する。従って、電圧及び電流はプラズマを通して測定され得、或いは印加され得る。それでプラズマは、非接触すなわちノンメカニカルコンタクト電気プローブ又はプラズマプローブとして機能し得る。後方散乱電子は、プラズマプローブにおいて電圧又は電流信号を搬送するのには用いられない。
【００２９】
図１には、また、第１の導体１６５が示され、この第１の導体１６５は、テスト中の構造体１７０上に設けられ、ガスは第１の導体と接触し得る。テスト中の構造体は、ベース１７５で支持され或いはベース上に設置され得る。真空包囲体から離れてすなわち真空包囲体の外側に相対している膜及びフレーム組立体の「装置」すなわち「テスト中の構造体」側は第２の導体１８０で被覆され得、第２の導体１８０は以下に詳細に説明するように薄膜導電性フィルムであり得る。ガス１５０は第１の導体１６５と第２の導体１８０との間にあり、第１の導体１６５及び第２の導体１８０と接触する。代わりの実施形態では、オリフィスを取り巻く真空包囲体の一部は導電性材料又は第２の導体に対応した導電性装置側フィルムで被覆した材料によって構成され得る。別の代わりの実施形態では、第２の導体は別の電極又はフィルムとして形成され得、別の電極又はフィルムは膜及びフレーム組立体１５５と第１の導体との間のどこかにあるが、第２の導体がプラズマに電気的に結合される限り、膜に直接取付ける必要はなく、真空包囲体の外側の電子ビームの一部を乱すことがなく、また第２の導体は検査ヘッド１９５に取付けられ得る。真空包囲体、電子ビーム発生器、及び第２の導体は、プラズマプローブを生成する検査ヘッド１９５として参照され得る。
【００３０】
第２の導体１８０は、電気計測器１８５又は信号源１９０に結合され得る。データ記憶装置及びシステム制御ブロック１９８は、検査ルーチンを制御し、測定したデータを記憶し、また検査ヘッド１９５、電気計測器１８５、及び信号源１９０に結合される。データ記憶装置及びシステム制御ブロック１９８内のデータ記憶ユニットは、計測器に結合され、そして計測器１８５からの複数のデータ値を記憶するようにされ得る。データ記憶装置及びシステム制御ブロック１９８内の制御ユニットは、データ記憶ユニット、測定器１８５、及び信号源１９０に結合され得る。データ記憶ユニット、計測器１８５、及び信号源１９０は、制御ユニットに反応し得る。
【００３１】
かかるプラズマプローブの実施形態で測定した電圧及び電流の例について以下に説明する。第２の導体１８０は、プラズマ１６０に電気的に接触し又はプラズマ１６０に結合するので、プラズマが第１の導体１６５に向けられる際に、信号源は、第１の導体１６５、プラズマ１６０、及び第２の導体１８０を介して電気計測器に結合され得る。言い換えれば、信号源１９０、第１の導体１６５、プラズマ１６０、第２の導体１８０、及び電気計測器１８５は、プラズマが第１の導体１６５に向けられる際には導電性ループを形成し、電気計測器１８５が信号源１９０に反応するようにされ得る。電気計測器１８５は、電圧、電流、ＡＣ又はＤＣ信号を測定し得、或いは普通に実施されるように時間の関数としてこれら信号のいずれも測定し得る。信号源１９０は電圧、電流、ＡＣ又はＤＣ信号を発生し得、或いは普通に実施されるように時間の関数としてこれら信号のいずれも提供し得る。電気計測器１８５及び信号源１９０の位置は、導電性ループにおいて交換できる。図１に示す実施形態では、信号源は第１の導体に結合され、また電気計測器は第２の導体に結合される。
【００３２】
ノンメカニカルコンタクト信号測定装置の一実施形態では、さらにテスト中の構造体に回路１６７が設けられ得る。回路１６７は第１の導体に結合され得、また電気計測器はさらにかかる回路に反応し得る。第２の導体１８０はプラズマ１６０に電気的に接触するすなわちプラズマ１６０に結合されるので、信号源は、プラズマが第１の導体１６５に向けられる際には、第１の導体１６５、回路１６７、プラズマ１６０、及び第２の導体１８０を介して電気計測器に結合され得る。言い換えれば、信号源１９０、第１の導体１６５、回路１６７、プラズマ１６０、第２の導体１８０、及び電気計測器１８５は、プラズマが第１の導体１６５に向けられる際には導電性ループを形成し得、電気計測器１８５は信号源１９０及び回路１６７の両方に反応することができる。こうして、計測器はテスト中の構造体における回路の特徴を実行することができる。
【００３３】
テスト中の構造体は、好ましくは、第２の導体に近接した真空包囲体の外側に位置している。好ましくは、テスト中の装置における第１の導体は、検査ヘッドとの機械的な干渉を阻止するために第２の導体から十分に大きくしかもプラズマを通る適切な信号を確実にするように例えば第１及び第２の導体間で電気信号をうまく結合するために十分に低いプラズマプローブ抵抗を確実にするように十分小さいギャップ距離に配置される。ギャップ距離はギャップ制御機構（図示していない）によって維持され得る。ギャップ制御装置は、テスト中の構造体と第２の導体との間に３０〜５０μｍの範囲のギャップを形成するようにされる。ギャップが３０μｍ以下である場合には、機械的干渉の可能性が高まる。ギャップが５００μｍ以上である場合には、プラズマコラムの直径は、高エネルギー電子ビームでも大きくなりすぎ得る。ギャップ距離は所望のギャップ距離の許容範囲例えば＋／−５μｍで制御され得る。
【００３４】
検査ヘッド１９５の測定側（又は特に膜及びフレーム組立体１５５）とテスト中の構造体１７０とのギャップ分離が大きくなると、プラズマプローブの直径は、図８に示しかつ以下にさらに詳しく説明するように大きくなる。システムの分解能は、分解能を改善するのにギャップを最少化することを提案するプラズマプローブが広がるにつれて低下する。半直感的には、プラズマプローブの抵抗は、プラズマプローブの直径の広がりのためにギャップ距離の増大につれて低下する。しかし、検査ヘッドが小さなギャップのために接触すると、テスト中の構造体や検査ヘッドを損傷し得る。従って、最適なギャップ分離は、接触による損傷を防ぐために、システム分解能と所望の分解能との間の妥協である。例えば、フラットパネルディスプレイ検査応用では５０μｍの最小分離が望ましいが、その他の応用では最小の望ましい分離は異なり得る。分離は、高いプラズマ抵抗を介しての信号の過剰な損失を防ぐため好ましくは５００μｍより大きくない。検査ヘッドとテスト中の装置との間の分離は、多数の異なる開ループ及び閉ループギャップ制御方法によって維持され得る。一例は、Ｏｒｂｏｔｅｃｈ・ＰＤＩのＶＩＯＳ−ｂａｓｅｄ  Ａｒｒａｙ  Ｃｈｅｃｋｅｒ（商標）システムにおける電気光学変調器を浮かせるのに現在用いられている３点エアベアリング（空気軸受）である。他のギャップ制御機構は、ボイスコイル及び圧電素子のようなアクチュエータ並びに光学干渉型センサー、容量センサー及び圧力センサーのようなギャップ（フィードバック）センサーを包含し得る。
【００３５】
図２は、本発明の第２の実施形態によるノンメカニカルコンタクト信号測定装置２００を示す概略横断面図である。図２に示す実施形態は、図１に示す実施形態と対応しているが、図２に示す実施形態では、電気計測器１８５は第１の導体１６５に結合され、また信号源１９０は第２の導体１８０に結合される。第２のその他の要素は同じ参照番号を付した図１におけるものと同じ機能をもち、ここでは改めて詳しくは説明しない。
【００３６】
電子ビーム誘導プラズマプローブ方法について適切な動作条件を決めるために、プロセスに伴うイオンと共に一次及び二次電子の空間的かつ一時的分布のシミュレーションが実行される。図３には、図１及び図２のノンメカニカルコンタクト信号測定装置に関連したプラズマビーム抵抗、有効プラズマビーム抵抗、電子ビームエネルギー、及びプラズマビーム直径の典型的なシミュレーションデータが示されている。この目的には多くのアプローチが用いられ得、例えば、パーティクル・イン・セル（ＰＩＣ）法に基づきモンテカルロ・衝突（ＭＣＣ）法と組み合わさったモデルが、正確な結果をもたらすと歴史的に示されているので選択されてきた。ＰＩＣ法は、固定メッシュにおいて測定した首尾一貫した電磁場における粒子の軌道を描くのに用いられる。ＭＣＣ法は、荷電粒子間の衝突をシミュレートするのに用いられる。シミュレーションのために仮定した雰囲気ガスは、空気の一次構成成分を表す分子窒素（Ｎ２）であった。シミュレーションはプラズマの全特徴（特性）を提供し得る。種々の出力パラメータ例えばテスト中のターゲットすなわち装置のレベルにおけるプラズマの直径及びプラズマ抵抗をシミュレートし得る。プラズマ抵抗及びプラズマの直径は両方とも二次電子分布に関する量である。
【００３７】
シミュレーションの結果は、膜とターゲットとの（例えば第２の導体と第１の導体との）所与分離すなわちギャップの場合、低ビームエネルギーが低プラズマ抵抗値をもたらし、閾値ビームエネルギーまで下がり、電子ビームがもはやガスを有効にイオン化せず、この時点で閾値以下に更に低下すると、閾値ビームエネルギーの抵抗が増大することを示している。例えば、膜とターゲットとの分離が５０μｍである場合、プラズマ抵抗の最小値は５ｋｅＶで２．７Ｍオームである。一方、膜とターゲットとの分離が１００μｍである場合、プラズマ抵抗の最小値は１０ｋｅＶで６Ｍオームまで増加する。他方、プラズマ直径は、ビームエネルギーと共に小さくなるが、ビームエネルギーはある特定の値以上では平らになる。例えば、エネルギーが５ｋｅＶから２０ｋｅＶへ増大される際には、プラズマ直径は８５μｍから６０μｍまで減少するが、それより高いエネルギーでは変化しない。これらの結果は、検査のパラメータがプラズマ抵抗及び直径の適切な組み合わせを得るように選択され得ることを示している。しかし、プラズマ抵抗及び直径はビームエネルギーに対して反対に依存しているので、これらパラメータを同時に最小化することはできない。最適条件は、典型的な装置構造体と重なるプラズマの一部の有効抵抗を決めることにより達成され得る。例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）アレイにおける線は幅５〜５０μｍであり得る。所与ビームエネルギーでは、プラズマ直径は、作動距離と共に小さくなり、そして二次電子の横方向拡散距離に比較して小さい限り電子ビームのスポットサイズによってあまり影響を受けないことが認められる。Ｎ２及びＯ２の混合物（より正確には空気の組成を表す）を含む他のガス混合物のシミュレーションが行われ、これについては図１１を参照して以下に詳しく説明し、上記の結論に一致する。
【００３８】
再び図１を参照すると、真空包囲体１４０内の電子ビーム発生器１２０は、電子源１９６及び電子光学系１９７を備え得る。電子光学系１９７は少なくとも一つの電子レンズ及び少なくとも一つの偏向光学系（図示していない）を備え得る。プラズマプローブを生成する電子ビームを発生するのに種々の電子源を用いることができる。それらの電子源には、熱イオン、電界放出、及びショットキー源が含まれる。電子ビームエネルギーは、第１の導体から第２の導体までの通路（約５０〜５００μｍ）にわたる雰囲気ガスを有効にイオン化するように５〜５０ｋｅＶの範囲内にあり得る。５ｋｅＶ以下の電子ビームエネルギーは散乱によりビームを過剰に広げさせることになり、膜及びフレーム組立体を過剰に加熱させることになり得る。５０ｋｅＶ以上の電子ビームエネルギーは、一次電子がイオン化過程において十分に関与しないことになり、比較的高いプラズマ抵抗に寄与する。プラズマプローブの横寸法、すなわちプラズマプローブ技術の空間分解能を制御するために、雰囲気へ入る部位におけるビーム直径又はスポットサイズは好ましくは、テスト中の装置の特徴間の最短距離に対して小さくあるべきである。殆どのディスプレイに関する応用の場合には、５００μｍ以下か又は５００μｍに等しい電子ビームの直径又はスポットサイズが許容できる。
【００３９】
ビームを所望のスポットサイズに収束させるために使用した電子レンズの他に、電子ビーム発生器はまた、ビームを偏向、操作或いは変調するのに用いられ得る少なくとも一つの偏向光学系（図示していない）を備え得る。真空包囲体内の電子ビーム発生器は、電子ビームをオリフィス１４５に指向するようにされる。別の実施形態では、検査ヘッドは、多数の源、又は単一の源から発生して複数の電子ビームをガス中に指向させ電子ビームの通過するガス中に多数のプラズマを生成するようにした多数のビームを備え得る。
【００４０】
電子ビーム組立体における典型的な真空レベルは、１０−７Ｔｏｒｒ又はそれ以下の範囲であり得、そしてターボポンプ、イオンポンプ、拡散ポンプなどを含む種々のポンピング法によって達成され得る。雰囲気ガスは好ましくは無毒であり、そして空気、分子窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）あるいはその他の不活性ガスのようなガスを含む高イオン化横断面をもち得る。一実施形態では、ガスは大気圧にある。別の実施形態では、ガスは大気圧の空気である。
【００４１】
図４は、本発明の一実施形態による膜及びフレーム組立体１５５の簡単化した横断面図である。膜及びフレーム組立体１５５は、膜４１０、膜上に位置する導電性フィルム４２０、及び膜を支持するフレーム４３０を有し得る。導電性フィルム４２０は、図１に示すような第２の導体１８０に相応し得、また膜４１０は膜及びフレーム組立体１５５を介してオリフィス１４５で真空包囲体１４０に取付けられる。図４を参照すると示されているように、膜４１０は第１の面４４０と第２の面４５０とを備え、そして真空包囲体内を真空に維持しかつ膜を通して電子ビームの第１の部分を伝達するようにされる。膜の第１の面４４０は真空包囲体の内側に向って面しており、それで電子ビーム発生器からの電子ビームは、フレーム４３０におけるウインドウ領域４８０を通って膜の第１の面に衝突する。膜の第２の面４５０は真空包囲体の外側すなわちテスト中の構造体に向って対向している。膜の第２の面４５０は、導電性フィルムが膜上に蒸着（堆積）されない場合（図示していない）に、膜で僅かに減衰され得る電子ビームの第１の部分が代わりの実施形態における膜から放出される部位である。
【００４２】
膜４１０は、良好な電子透過性を確実にするように低原子番号（例えば１５未満又は１５に等しい）をもち得る材料で作られる。１５以上の原子番号をもつ膜材料は、膜において電子ビームを過剰に散乱させる。膜材料はまた高圧力差に耐え得る。かかる膜材料には、窒化珪素（ＳｉｘＮｙ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ダイヤモンド状炭素膜、黒鉛、二酸化珪素、超薄型カーボン、ベリリウム及び窒化ベリリウム並びにポリイミド（Ｑｕａｎｔｏｍｉｘ（商標）カプセルに用いられる）が含まれ得る。膜材料の厚さは、必要な電子透過性及び真空に対する耐性を達成するために８〜５００ｎｍを含む範囲内にあり得る。膜材料の厚さが８ｎｍ以下である場合には、膜は、真空包囲体内の真空と真空包囲体外側のガスとの圧力差に機械的に耐えることができない。膜材料の厚さが５００ｎｍ以上である場合には、膜は、電子ビームを透過させることができない。膜の横サイズは、０．０１〜５ｍｍの範囲のサイズで、加熱及びビームアライメントを考慮している。０．０１ｍｍ以下の膜の横サイズは、ｉ）フレーム組立体におけるウインドウ領域に対して電子ビームを整列させるのに伴う困難さ、及びｉｉ）フレーム組立体におけるウインドウ領域を電子ビームの幅より大きくする必要性によって制限される。５ｍｍ以上の膜の横サイズは、過剰な熱抵抗によって制限され、過剰な熱抵抗は結果として電子ビームによる膜の過熱となる。薄膜は熱伝導率が低いので、高い温度は、ある特定のビーム電流レベルでの加熱に関して主要な電子吸収を抑え得る。従って、膜は、狭い膜ウインドウ領域の選択、膜ウインドウ領域のメッシュや格子の構成によって、或いは膜上に金属格子を蒸着することによって達成され得るヒートシンク源（すなわち真空包囲体の一部）に対して良好に熱結合し得る。
【００４３】
幾つかの膜材料は導電性ではなく、従ってプラズマプローブに結合すべき信号の測定又は印加を可能にする一つ以上の付加的な導電性被覆を必要とし得る。第２の導体は、膜４１０の第２の面４５０上に導電性フィルム４２０を備え得る。導電性フィルム４２０は、減衰がわずかであるために、電子ビームの第２の部分を伝達するようにされ得る。ガス及びプラズマは、導電性フィルム４２０と接触して信号をプラズマプローブに結合させる。金属被覆は導電性フィルムであるので十分に適合され、最良の候補は、高導電率、膜に対する良好な接着性、低反応性、並びに電子散乱を最少化するため低原子番号及び低密度をもつ。導電性フィルム４２０は、膜の第２の面４５０上に蒸着される接着層４６０、及び接着層上に蒸着される導電層４７０を備え得る。幾つかのフィルム層は、これらの要求を満たすように組み合わされ得る。例えば、接着層４６０は、接着を改善するためにＴｉやＴｉＷを含み得、また導電層４７０は、高導電性及び低反応性のためＡｕを含み得る。代わりの実施形態では、導電性フィルム４２０は、Ｔｉ、Ｂｅ、Ｓｃ、Ｖ、又はＣｒのような低原子番号、低抵抗率及び高融点をもつ金属の単一層であり得る。導電性フィルム４２０の厚さは、好ましくは１０〜５０ｎｍの範囲であり得る。導電性フィルムの厚さは、電子ビームの減衰及び散乱を低く保つため５０ｎｍに等しいか又はそれ以下であり、また厚さは、十分な導電率及び接着性を提供するため１０ｎｍに等しいか又はそれ以上である。
【００４４】
別の実施形態（図示していない）では、真空を維持するために真空シール膜の代わりに電子ビーム発生包囲体における一つ又は複数のオリフィスが用いられる場合に、導電性電極は、第２の導体としてオリフィスの近くに配置され得、そしてオリフィスからの電子ビームの放出を妨げることなしに、プラズマにおける電気信号を検知したり供給するように電子ビーム誘導プラズマに電気的に結合するようにされる。別の実施形態（図示していない）では、第２の導体は、オリフィスを取り巻く真空包囲体の一部を含み得、ガス及びプラズマは、少なくとも真空包囲体の外側においてオリフィスを取り巻く真空包囲体の一部と接触する。
【００４５】
膜及びフレーム組立体１５５は、以下の実施形態によって製造され得る。膜４１０は、基板上に蒸着した層であり得る。基板は、シリコンのような半導体であり得る。基板は、基板のかなりの部分を介して又は好ましくは膜を支持するフレーム４３０を形成するため全基板を介してウインドウ領域４８０から除去される。電子ビーム発生器からの電子ビームはフレームにおけるウインドウ領域を介して膜の第１の面４４０に向けられ得る。膜４１０は、シリコン（Ｓｉ）基板上の窒化珪素（ＳｉｘＮｙ）の薄膜蒸着（例えば低圧化学蒸着法によって）によって作成され得る。従って、基板の一つ以上の小断面（電子ビームを伝達するウインドウ領域又はスリットの所望サイズにほぼ対応する）は、写真平板法及び化学エッチングによって除去される。その後、基板は個々の部分に分割され、個々の部分は、一つ以上のＳｉｘＮｙウインドウ領域又はスリットを備えたＳｉフレームを含み、膜及びフレーム組立体を形成する。
【００４６】
一つの実施形態では、第２の導体は、膜が十分な導電性の材料で形成される場合には膜を備え得る。例えば、膜は黒鉛から成り得る。膜を形成するのに導電性材料が用いられる場合には、導電性フィルムは任意選択的であるが省略され得る。この実施形態では、膜及びフレーム組立体を真空包囲体に装着する際に、フレームも導電性材料で形成する場合には絶縁性スペーサが設けられ得る。
【００４７】
図５は、本発明の一実施形態による、真空包囲体１４０ａの一部に取付けられた膜及びフレーム組立体１５５の簡単化した横断面図である。真空包囲体１４０ａの一部には真空フランジ５１０（以下、代わりにフランジと記載する）と呼ばれる真空包囲体の別の部片が設けられ得、真空フランジ５１０は真空シール及びボルトを介して真空包囲体のレスト（台）に取付けられる。代わりに、真空包囲体１４０は単一部片又は複数の部片（図示していない）によって形成され得る。
【００４８】
真空フランジ５１０は、真空包囲体の内側に向いた第１の面５２０及び真空包囲体の外側に向いた第２の面５３０を備え得る。オリフィス１４５は、真空フランジの第１の面から第２の面へ真空フランジを通って延びている。真空包囲体は、真空包囲体の外部における接着部材又はクランプにより真空包囲体にフレーム４３０を結合し、またオリフィス１４５、ウインドウ領域４８０を電子ビームが通過し膜の第１の面に衝突できるようにオリフィス１４５と一致させてすなわちオリフィス１４５と並べて膜及びフレーム組立体１５５におけるウインドウ領域４８０を位置決めするようにされる。フレーム４３０は、例えば超高真空適合接着剤又はエポキシ（図示していない）を用いて膜及びフレーム組立体１５５に一致した又は膜及びフレーム組立体１５５より幾分大きい開口５４０を備えた真空フランジ５１０に接合又はクランプされ得る。
【００４９】
任意選択事項ではあるが、結合工程を容易にし最適な真空適合性を確実にするため特殊な特徴がフランジに画定され得る。例えば、フランジは、接合を助けるためにフランジにおける開口の周囲に「額縁」のような形状の接着剤グローブ５５０を備え得る。例えば金接触ピン又はばね板（図示していない）を用いることによって、フランジにおける膜及びフレーム組立体の中心決めを容易にしかつプラズマプローブを介して信号を測定し印加するために膜における導電性フィルムとの電気的接触を確立する、電子配線又はピンのガイドチャンネルが含まれ得る。
【００５０】
さらに、一つの実施形態では、膜フランジは、好ましくは、電子ビームによる衝撃を最少化するようにして設計される。オリフィス１４５は、真空包囲体の内側（電子ビーム発生器に面した側）における第１の端部５６０と、真空包囲体の内側と反対側における第２の端部５７０とを備え得る。オリフィス１４５の第１の端部５６０は、電子ビームによるアーク発生及び帯電を最少化するためにオリフィスの第２の端部５７０より広いテーパー状の開口５８０を備え得る。別の実施形態では、オリフィスを取り巻く真空包囲体の一部は、形成し続けて電子ビーム制御に伴う問題を生じさせ得る磁場を最少化するようにされ得る。例えば、真空包囲体の一部１４０ａ又は真空フランジ５１０の材料は、ＳＳＴ３１６を含む磁場を最少化するのに適した材料から選択され得る。
【００５１】
図６は、本発明の一実施形態による真空包囲体の一部１４０ａ又は５１０に取付けられた膜及びフレーム組立体１５５の簡単化した平面図である。図６に示す実施形態は、以下の新規のエレメントを除いて図５に示す実施形態に対応している。真空フランジ５１０は、メカニカル・インターフェース用の一つ以上のネジ孔６１０、ファラデーカップ冶具（図示していない）用の一つ以上の貫通孔６２０、及びプラズマプローブを介して信号を測定し印加するために膜上の導電性フィルムとの電気的接触を容易に確立させる電子配線用の一つ以上のガイドチャンネル６３０を備え得る。接着剤グローブは、図示したように、膜及びフレーム組立体１５５の周囲の直ぐ内側の内側エッジ５５０ａと膜及びフレーム組立体１５５の周囲を越えて延びる接着剤グローブの外側エッジ５５０ｂとの間に延びている。図６におけるその他のエレメントは図５に同じ参照番号で示すものと同じ機能を有し、改めて詳細には説明しない。
【００５２】
図７には、図１及び図２のノンメカニカルコンタクト信号測定装置に関連したプラズマ電流、電子ビーム電流及びサンプル電圧の典型的な特性データを示す。図７は、大気状態に保持したテスト中の構造体が、電子に対して反透過性でありしかも導電性フィルムで被覆した膜を通って伝達される電子ビームで照射される際の電子ビーム誘導プラズマプローブの実験検証結果を示す。言い換えれば、図７には、種々のビーム電流におけるプラズマプローブのＩ−Ｖ特性を示す。膜上の導電性フィルムとテスト中の構造体との間に流れる電流は、テスト中の構造体に電圧を印加した時に測定され得る。電流は印加した電圧の関数として増大し、このことは、この電流が試料に印加した電圧を測定するのに用いられ得ることを意味している。しかし、テスト中の構造体が真空に保持される場合又は電子ビームが止められてプラズマを形成しないようにした場合には、いずれの場合も電流は測定されず、このことは、先に記載した測定電流信号がプラズマプローブを生成する電子ビームと大気との相互作用に関連していることを立証している。この電流信号は、電子ビーム電流Ｉｂを増大することによって増幅され得る。
【００５３】
図８には、図１及び図２のノンメカニカルコンタクト信号測定装置に関連したプラズマビーム空間応答の典型的な特性データを示す。言い換えれば、図８は、プラズマの横寸法を特徴付け、プラズマ直径の測定結果を示している。これらの検査は、テスト中の構造体における導電性と絶縁性のインターフェースを横切ってビームをステッピングしそして結果としてのプラズマ電流を測定することにより行われた。このアプローチを用いて測定したプラズマ直径は、少なくとも１５０μｍの推定作動距離の場合１３０μｍであった。これはこの作動距離の場合正しい状態の大きさであり、ほとんどのＴＶ型の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ディスプレイにおける測定に対して十分な分解能であろう。プラズマ直径は、例えば電子ビームエネルギー、ギャップ距離などのようなプラズマパラメータを調整することによってさらに減少され得る。
【００５４】
図９には、図１及び図２のノンメカニカルコンタクト信号測定装置に関連したプラズマビームの時間応答の典型的な特性データを示す。プラズマプローブの時間的挙動は、交流電源、電流増幅器、及びオシロスコープを用いて立証された。トップ波形に表されたステップ機能電圧をテスト中の構造体に印加した場合、ボトム波形で表すプラズマプローブ信号立上り時間は２μ秒未満である。プラズマモデルは上述のように、典型的な立上り時間が実際に１００ｎ秒程度又はそれ以下であり、それでプラズマ以外の回路コンポーネントの帯域幅はこの実験では制限因子であった。
【００５５】
電子ビーム誘導プラズマプローブ技術の立証及びテストアプリケーションは以下の実例構造体を含み得るがそれらに限定されない。電気的欠陥は、ピクセル電極における電圧の測定によってＬＣＤ薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイにおいて検出され得る（ＬＣＤアレイテスター）。電気的欠陥は、ピクセル電極における電流の直接測定によって有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ＴＦＴアレイにおいて検出され得る（ＯＬＥＤアレイテスター）。オープン及びショートは、ＬＣＤ及びＯＬＥＤディスプレイＴＦＴアレイの駆動線において検出され得る（オープン・ショートテスター）。ＬＣＤ及びＯＬＥＤディスプレイＴＦＴアレイは、蒸着修理の後に確認され得る。ＰＣＢ及び半導体装置の製造に用いるために上記と同様な応用が提供され得る。ソーラーパネルの電圧又は電流測定はなされ得る。
【００５６】
テスト中の構造体における種々の場所に多数のプラズマプローブが同時に指向され得る。図１０は、本発明の一実施形態によるデュアルプローブのノンメカニカルコンタクト信号測定装置１０００の概略斜視図である。デュアルプローブのノンメカニカルコンタクト信号測定装置１０００は、第１のプラズマプローブ１６０Ａを発生する第１の検査ヘッド１９５Ａと第２のプラズマプローブ１６０Ｂを発生する第２の検査ヘッド１９５Ｂとを備えている。第１及び第２のプラズマプローブ１６０Ａ、１６０Ｂはそれぞれ、一対の第１の導体領域１６５ＡＡ、１６５ＢＡに向けられ、対の第１の導体領域１６５ＡＡ、１６５ＢＡは、テスト中の構造体１７００上で離間して位置している。対の第１の導体領域１６５ＡＡ、１６５ＢＡは、テスト中の構造体における簡単な回路の一例である線１６７Ａの両端部に結合される。例えば、線１６７Ａは、テスト中のＴＦＴアレイにおけるデータ線、ゲート線又は共通線であり得る。信号源１９０は、第２の検査ヘッド１９５Ｂにおける第２の導体１８０Ｂ、第２のプラズマプローブ１６０Ｂ、第１の導体領域１６５ＢＡ、線１６７Ａ、第１の導体領域１６５ＡＡ、第１のプラズマプローブ１６０Ａ、及び第１の検査ヘッド１９５Ａにおける第２の導体１８０Ａを通る直列接続ループを介して電気計測器１８５に結合される。電気計測器は、線１６７Ａが繋がってから、第１の電気シグネチャにより信号源に反応する。
【００５７】
例えば、線１６７Ａは、ＴＦＴディスプレイに整列して配列される多数のｉ線１６７Ａ〜１６７ｉの一本であり得る。各線は、各線の両端に配置したそれ自体のそれぞれ対の第１の導体領域を備え得る。検査ヘッド１９５Ａ、１９５Ｂは方向矢印１２００で示すように、線の長さ寸法に垂直な方向に第１及び第２のプラズマプローブ１６０Ａ、１６０Ｂを移動するようにされ得る。プラズマプローブの動きは、検査ヘッドを機械的に動かすこと、偏向光学系を用いて第１及び第２のプラズマプローブを生成する電子ビームを電子的にスキャンすること、或いは機械的動きと電子スキャンとを組み合わせることによって行われ得る。この例では、線１６７Ｂは、表面欠点１１００を含んでいる。第１及び第２の検査ヘッドが線１６７Ｂの両端に結合される対の第１の導体領域１６５ＡＢ、１６５ＢＢに第１及び第２のプラズマプローブを指向すると、直列接続ループは線１６７Ｂにおける表面欠点１１００によって壊される。それで、電気計測器は、オープン欠陥を検出する第２の電気シグネチャをもって信号源に反応する。この例では、ＭＨｚ範囲の交流電流、高周波信号がプラズマ抵抗の変動を解消するのに有利であり得、また代わりとして直流電流信号が用いられる場合には、オープン欠陥の電気テストシグネチャをマスクし得る。複数のプラズマプローブは、複雑な回路の機能テストのためにテスト中の構造体に種々の信号を注入及び・又は測定し得る。
【００５８】
一つの実施形態では、複数のプラズマプローブは、機械的プロービングに関連したダメージなしに複雑な回路の機能テストのためにテスト中の構造体に種々の信号を注入及び・又は測定し得る。例えば、ケルビンテスト配置に用いる複数のプラズマプローブは、テスト中の回路における導電率の変化を一層正確に感知し得る。
【００５９】
多くの異なるシステムアーキテクチャ（構成）が想定され得る。一つの実施形態では、電子ビームプラズマプローブに基づくノンメカニカルコンタクト信号測定装置システムは、スループット要求に依存して一つ以上の検査ヘッドを組み込み得る。別の実施形態では、ノンメカニカルコンタクト信号測定装置は、テスト中の構造体の位置に対して電子ビームを機械的に動かすようにされ得る。別の実施形態では、プラズマビームは、テスト中の構造体の位置に対してプラズマビームを電子的にスキャンすることによって移動され得る。別の実施形態では、プラズマビームは、電子スキャン及び機械的運動の組み合わせにより移動され得る。代わりに、別の実施形態では、テスト中の構造体はプラズマビームに対して動き得る。別の実施形態では、システムには、テスト中の構造体の主軸線に沿った検査を達成するようにテスト中の構造体を回転させる機構が設けられ得る。
【００６０】
図１１Ａは、本発明の一実施形態による多数の可動検査ヘッドを備えたノンメカニカルコンタクト信号測定システム２０００のブロック概略頂面図である。この例におけるテスト中の構造体はＴＦＴディスプレイＴＶパネル又はプレイトであり得る。ノンメカニカルコンタクト信号測定システム２０００は、ベース１７５を備え、多数のそれぞれの検査ヘッド１９５１〜１９５４を介して多数のＴＦＴディスプレイ１７０１〜１７０４を同時にテストするのに十分なように大きい。この例では、四つのＴＦＴディスプレイ及び四つの検査ヘッドが示されている。しかし、別の実施形態では、単一ＴＦＴディスプレイをテストするのに多数の検査ヘッドが用いられ得、或いは多数のＴＦＴディスプレイをテストするのに一つの検査ヘッドが用いられ得る。
【００６１】
検査ヘッド１９５１〜１９５４には、各検査ヘッドが図示したようにＹ方向に独立して機械的に動き得るようにガントリ２１００に機械的に取り付けられる。図示したＸ、Ｙ方向は、ＴＦＴディスプレイの面に平行な平面に位置する。少なくとも一つのプローブバー２２００は、多数の電気信号を印加しかつ機械的プロービング技術（法）によりＴＦＴディスプレイに給電するのに用いられ得る。検査ヘッドの各々はまたＸ方向にそれぞれのプラズマプローブを電子的にスキャンし得る。電子的にスキャンしたプラズマプローブは、少なくとも一つの長くて狭い膜スリットと、少なくとも一つの偏向光学系によってスリットの長い側面に沿って偏向される少なくとも一つの電子ビームとを用いて実行され得る。Ｘ方向にプラズマプローブを電子的にスキャンすることと、同時にＹ方向に検査ヘッドを機械的に動かすこととの組み合わせは、各ＴＦＴディスプレイにおける検査スライス領域２４００の一部をカバーし、そして以下に詳細に説明するようにテスト時間を有利に短縮し得る。一つの実施形態では、検査ヘッドは、検査スライス領域２４００の大部分又は全領域をテストできるように一つ以上のプラズマプローブを備え得る。Ｘ方向における検査スライス領域２４００の幅は、検査ヘッド当たりのビーム数と各ビームによってスキャンされる距離との積で決められ得る。ガントリ２１００は、検査スライス領域２４００のテスト完了後に検査ヘッドをＸ方向に機械的に動かして次のスライス領域をテストする又は例えばＴＦＴディスプレイを外すことができるようにする。
【００６２】
代わりの実施形態では、ガントリ２１００は代わりに、取付けられた全ての検査ヘッドをＹ方向に機械的に動かすようにＸ方向にその長さを備えて位置決めされ得、プラズマプローブはＸ方向に電子的にスキャンされ、そして検査ヘッドは、検査スライスのテスト完了後にＸ方向に機械的にステップする。
【００６３】
図１１Ｂは、本発明の一実施形態による図１１Ａの装置におけるプラズマプローブの動きを詳しく示す拡大差し込み図である。図１１Ａには、プラズマプローブをＸ方向に電子的にスキャンすることと、同時に検査ヘッドをＹ方向に機械的に動かすこととの組み合わせにより、プラズマプローブを第１の対角線スキャン２５００において第１のプローブ位置２５１０から第２のプローブ位置２５２０へどのように動かすかを示している。検査ヘッドの機械的動き及びプラズマプローブの同時電子的スキャンは、ＴＦＴピクセルの列に沿った長さＰｓに沿ってＸ方向におけるビームの電子的スキャンと同時に、ＴＦＴディスプレイにおける単一ピクセル列Ｐｈの高さをプラズマプローブが横断するようにされ得る。例えば、長さＰｓは上述のＸ方向に各ビームでスキャンした距離に相応している。検査ヘッドの動きは、プローブが第１の列のＴＦＴピクセルにおける第１の対角線スキャン２５００の終了点の第２のプローブ位置２５２０からＹ方向において第１の列のＴＦＴピクセルの上方に位置した第２の列のＴＦＴピクセルにおける第２の対角線スキャン２６００の開始点の第３のプローブ位置２６１０へ非常に素早くリセットし得るので、Ｙ方向に連続し得る。従って、ＴＦＴディスプレイ面を横切ってプラズマプローブを単に機械的に動かすことで可能なものより検査スライス領域２４００の速いテストカバーレジが達成される。
【００６４】
一つの実施形態では、ＬＣＤと共にＯＬＥＤ用のフルスケール電気テスターに加えて、電子ビーム誘導プラズマプローブを用いたノンメカニカルコンタクト信号測定装置は、光学式自動欠陥検査（ＡＯＩ）又はＯｒｂｏｔｅｃｈのＡｒｒａｙＣｈｅｃｋｅｒ（商標）システムを用いた電気光学テストのような他の主要な検査技術と組み合わせてオンデマンド電気診断で実行し得る。テスト中の構造体１７０における回路の欠陥１６７（図１に示す）は、まず、プラズマプローブを用いずに主要な検査技術を用いてモニターされる。主要な検査技術で欠陥が検出された場合には、位置や形態のような欠陥の特徴は、データ記憶装置及び制御ブロック１９８内の制御ユニットに記録され得る。そして欠陥が検出された場合には、プラズマプローブを用いたノンメカニカルコンタクト信号測定装置は、欠陥をさらに詳細に良く特徴付けるために、電気計測器１８５で多数のデータ値を取得し得る。欠陥は例えばディスプレイの欠陥領域におけるピクセル（複数）であり得る。欠陥に関連したさらに詳細な特性データは、欠陥の原因を決めそして機械的なプロービングで生じるようなディスプレイのさらなるダメージなしに欠陥の修繕のための情報を提供するのに用いられ得る。電気計測器１８５からの多数のデータ値は、データ記憶装置及び制御ブロック１９８内のデータ記憶ユニットに記憶され得る。データ記憶ユニット、電気計測器１８５、及び信号源１９０の動作は、データ記憶ユニット記憶されたテストルーチンを用いて、データ記憶装置及び制御ブロック１９８内の制御ユニットによって調整され制御される。
【００６５】
例えば、ＡｒｒａｙＣｈｅｃｋｅｒ（商標）システムによってＬＣＤパネルにおける欠陥ピクセルを検出した際に、そのピクセルにおける問題のＴＦＴの伝達特性は、ピクセル電極の少なくとも一つ上に電子ビーム誘導プラズマプローブを配置すること、データ電圧Ｖｄｓをそれの公称値（約５〜１０Ｖ）に設定すること、ゲート電圧Ｖｇを掃引すること、及び結果としてのＩｄｓ電流を測定することで特定され得る。代わりに、Ｉｄｓ対ＶｄｓはＶｇの固定値に対して測定できる。通常二つ以上のトランジスタを備えるＯＬＥＤピクセルでは、時間の関数として変化する多くの駆動信号を伴うより複雑な測定が行われ得る。これらの測定には、機械的プローブを受け入れるように設計した領域において従来の機械的プロービングを用いてテスト中のパネルに対して駆動されることになる幾つかの外部信号を必要とし得、一方、少なくとも一つのプラズマプローブは、機械的プロービングがディスプレイをさらに損傷させる恐れのある領域に非機械的プロービングを用いてテスト中の構造体における信号を測定し又は供給するのに用いられる。機械的にプローブした駆動信号は、ＡｒｒａｙＣｈｅｃｋｅｒ（商標）のようなシステムを用いて全パネルテストのために用いたものと同じであるので、プラズマプローブの「オンデマンド電気診断」能力は、すでに機械的プロービング能力をもたないＡＯＩシステムよりむしろＡｒｒａｙＣｈｅｃｋｅｒ（商標）システムに組み込んだ際に必要とされる付加的なシステム機能の点からは複雑さを加えない。
【００６６】
上述のプラズマプローブを用いた詳細な電気測定能力の代わりの実施形態は、独立型の電気特性システムであり得る。かかるシステムを用いることにより、ＬＣＤ又はＯＬＥＤディスプレイの動作領域におけるＴＦＴの性能は、欠陥位置の事前認識の必要なしに非破壊方法で判断され得る。プラズマプローブを用いたノンメカニカルコンタクト信号測定装置は、テスト中の構造体における回路を詳しく特徴付けるために電気計測器１８５を用いて多数のデータ値を取得し得る。電気計測器１８５からの多数のデータ値は、データ記憶装置及び制御ブロック１９８内のデータ記憶ユニットに記憶され得る。データ記憶ユニット、電気計測器１８５、及び信号源１９０の動作は、データ記憶ユニットに記憶されたテストルーチンを用いてデータ記憶装置及び制御ブロック１９８内の制御ユニットによって調整及び制御される。この能力により、装置性能及び一様性をモニターでき、このことは、特に新しいＴＦＴパネルデザイン生産の強化段階中、プロセスの問題を確認するのに役立つ。
【００６７】
一つの実施形態では、制御ユニットは、テスト中の構造体における第１の信号線の第１の電気特性を第１の状態に設定するのを調整し得る。例えば、テスト中のＴＦＴアレイにおけるゲート線の電圧は、従来の機械的プロービングにより第１の電圧に設定され得る。それで、コントローラは、テスト中の構造体における第２の信号線の第２の電気特性と関連した多数のデータ値の１番目を記憶し得、第１のデータ値は第１の状態に関連している。第２の信号線は、電子ビーム誘導プラズマによって探索され得、そして第２の信号線に関連したデータ値は電気計測器によって測定され得る。例えば、電子ビーム誘導プラズマは、テスト中のアレイに設けたＴＦＴのドレーンに結合され得るピクセル電極おける電圧を探索するのに用いられ得る。電気計測器を介してプラズマプローブで測定した電圧値は、データ記憶ユニットに記憶され得る。そして、コントローラは第１の電気特性を第２の状態に設定し得、すなわち、ゲート線における電圧は第２の電圧に変化される。その後、コントローラは、第２の電気特性に関連した多数のデータ値の２番目を記憶し得、第２のデータ値は第２の状態に関連している。例えば、同じＴＦＴのドレーンに結合したピクセル電極における電圧は再び、電気計測器を介してプラズマプローブによって測定され、データ記憶ユニットに記憶される。従って、第１のドレーン電圧データは第１のゲート電圧と関連付けられ、また第２のドレーン電圧データは第２のゲート電圧と関連付けられる。第２の電気特性は回路を介して第１の電気特性に反応する。例えば、ドレーン線は、相互に接続したトランジスタすなわち回路を介してゲート線に反応し得る。コントローラは、データ記憶ユニットにおいて望ましい量のデータが取得されるまで、上記シーケンスを繰り返し得、そして特性は従来技術で作られたグラフィカル・ユーザー・インターフェース又はハードコピーを介して再調査のため出力され得る。
【００６８】
プラズマプローブ法は、「オンデマンド」電気診断用のＡｒｒａｙＣｈｅｃｋｅｒ（商標）システムに現在用いられているＩＶプローブのような既存の解決法に勝る利点がある。これら既存の解決法は、テスト中のピクセルに対して物理的に接触する（例えば角針を用いて）ことに頼っている。この方法では、機械的に接触したピクセルを例外なく損傷させることになり、従って一般的にはＬＣＤやＯＬＥＤパネルの動作領域には用いられず、むしろパネルに隣接したテスト領域において用いられる。従って、既存の方法は、その他の主な検査技術手段で検出した欠陥の電気診断を容易に行うことができない。さらに、プラズマプローブ技術と違って、機械的に接触するプロービングは、各被検査ピクセルの間で針を上げたり下げたりせねばならず、どちらかと言えば遅く、特に特徴の小さなパネル（例えばＯＬＥＤディスプレイ）においては空間選択性が悪い。
【００６９】
一つの実施形態では、「オンデマンド電気診断」能力を組み込んだ電気検査システムは、電子ビーム誘導プラズマプローブ検査ヘッドを干渉なしで自由に独立して動かせるステージにこれらの検査ヘッドを装着ことによって高い処理能力を持つように構成され得、それにより、プラズマプローブなしでの主な検査及びプラズマプローブを用いた電気診断は並列に行うことができる。これは、例えば、主な検査のために用いられる検査ヘッドを装着する別のガントリ又はガントリの背後に電子ビーム誘導プラズマプローブ検査ヘッドを設置することにより達成できる。代わりに、プラズマプローブ電気診断ステーションは、最近のＩＶプローブの場合のように、主な検査のために用いられる検査ヘッドと同じ物理的マウントに設置できる。この場合、並列検査及びオンデマンド電気診断は可能でないが、しかしこれは多くの状況、特にプロセスの開発中には許容され得る。
【００７０】
さらなる正確な欠陥診断結果のため、また好ましくは電気特性のために、プラズマプローブを用いた電気テストは、光誘導キャリアの生成を防ぐため暗い場所で行われ得る。かかるキャリアは高いＴＦＴ  ＯＦＦ電流につながるチャンネル欠陥のような欠陥をマスクし得る。一つの実施形態では、ノンメカニカルコンタクト信号測定装置は、光の低減が電気計測器１８５からのデータ値の精度を改善するために、テスト中の構造体１７０に入射する光を低減するように包囲され又は構成される。
【００７１】
本発明の上記の実施形態は例示のためであり、限定するものではない。種々の変更及び等価のものが可能である。本発明は、例として単一プラズマプローブを参照して説明してきたが、本発明はプラズマプローブの数によって限定されないことが理解されよう。本発明は例として円形のプラズマに関して説明してきたが、本発明はプラズマの形状によって限定されないことが理解されよう。本発明の実施形態は、膜を支持するフレームを形成するのに用いた基板材料の種類によって限定されない。本発明の実施形態は、膜、フレームまたは真空包囲体の形状によって限定されない。本発明の実施形態は、真空包囲体への膜やフレームの取付け方法によって限定されない。本発明の実施形態は、プラズマに結合した信号源や電気計測器の形式あるいはそれらの数によって限定されない。本発明の実施形態は、テスト中の構造体に対するプラズマプローブの動かし方によって限定されない。さらに、本発明は、フラットパネル上の他の回路、マイクロ電子回路、回路ボード、ソーラーパネル、半導体回路などのような薄膜トランジスタアレイのテストに限定されない物理的接触を必要としないすなわち無接触プロービングのテスト応用において用いられ得る。その他の追加、除去又は変更は本明細書の記載の観点で明らかであり、特許請求の範囲内にあるものとする。
【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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【国際調査報告】
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