(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元回路が形成された半導体デバイスに所定の電圧を印加して該半導体デバイスを印加状態に保持する保持工程と、
該印加状態に保持された該半導体デバイスの該二次元回路上に所定の波長を有するレーザ光を二次元的に走査するように照射する照射工程と、
前記半導体デバイス上の前記レーザ光が照射されるレーザ光照射位置から放射される電磁波を検出して該電磁波を時間的に変化する電場信号に変換する検出・変換工程と、
該時間的に変化する電場信号の位相を判定する判定工程と、
を有し、前記判定工程で判定された位相が該レーザ光照射位置の電界方向に依存することを用いて前記半導体デバイスの電界方向分布を測定することを特徴とする、該半導体デバイスの電界分布測定方法。
【請求項２】
さらに、前記時間的に変化する電場信号の所定時刻での電場の振幅をサンプリングするサンプリング工程を有し、該サンプリング工程でサンプリングされた電場の振幅が前記レーザ光照射位置の電界の強度に比例することを用いて電界強度分布をも測定することを特徴とする、請求項１に記載の半導体デバイスの電界分布測定方法。
【請求項３】
サンプリング工程の所定時刻は複数の時刻であり、該サンプリング工程は該複数の時刻での電場の振幅をサンプリングし、異なる時刻の電界強度分布を測定することを特徴とする、請求項２に記載の半導体デバイスの電界分布測定方法。
【請求項４】
前記レーザ光は所定の周波数で変調されたものであることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体デバイスの電界分布測定方法。
【請求項５】
前記保持工程の所定の電圧は所定の周波数で変調された電圧を有し、前記検出・変換工程は該変調周波数で変調された電磁波を時間的に変化する電場信号に変換し、変調された電圧が印加された回路部分の電界分布を測定することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体デバイスの電界分布測定方法。
【請求項６】
前記照射工程は、前記二次元回路上に前記レーザ光を近接場光学系を介して二次元的に走査するように照射することを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体デバイスの電界分布測定方法。
【請求項７】
前記照射工程の前記所定の波長は、前記半導体デバイスの材料に前記レーザ光が吸収されるように選択されることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体デバイスの電界分布測定方法。
【請求項８】
二次元回路が形成された半導体デバイスに所定の電圧を印加して該半導体デバイスを印加状態に保持する電圧印加装置と、
所定の波長を有するレーザ光を発生するレーザ装置と、
該印加状態に保持された該半導体デバイスの該二次元回路上に該レーザ光を二次元的に走査するように照射する照射装置と、
前記半導体デバイス上の前記レーザ光が照射されるレーザ光照射位置から放射される電磁波を検出して該電磁波を時間的に変化する電場信号に変換する電磁波検出・変換装置と、
該電磁波検出・変換装置から出力される該時間的に変化する電場信号を入力して該電場信号の位相を判定する位相判定手段と、
を有し、該位相判定手段で判定された位相が該レーザ光照射位置の電界方向に依存することを用いて前記半導体デバイスの電界方向分布を測定することを特徴とする、半導体デバイスの電界分布測定装置。
【請求項９】
さらに、前記電磁波検出・変換装置から出力される前記時間的に変化する電場信号を入力して該電場信号の所定時刻での電場の振幅をサンプリングする電場振幅サンプリング手段を有し、該サンプリング手段でサンプリングされた電場の振幅が該レーザ光照射位置の電界の強度に比例することを用いて前記半導体デバイスの電界強度分布をも測定することを特徴とする、請求項８に記載の半導体デバイスの電界分布測定装置。
【請求項１０】
前記電場振幅サンプリング手段は複数の所定時刻での電場の振幅をサンプリングし、異なる時刻の電界強度分布を測定することを特徴とする、請求項９に記載の半導体デバイスの電界分布測定装置。
【請求項１１】
前記レーザ光を所定の周波数で変調する変調手段を有することを特徴とする、請求項８ないし１０のいずれかに記載の半導体デバイスの電界分布測定装置。
【請求項１２】
前記電圧印加装置は前記半導体デバイスに所定の周波数で変調された電圧を印加し、前記電磁波検出・変換装置は該変調周波数で変調された電磁波のみを時間的に変化する電場信号に変換し、変調された電圧が印加された回路部分の電界分布を測定することを特徴とする、請求項８ないし１１のいずれかに記載の半導体デバイスの電界分布測定装置。
【請求項１３】
前記照射装置は近接場光学系を有し、前記二次元回路上に前記レーザ光を該近接場光学系を介して二次元的に走査するように照射することを特徴とする、請求項８ないし１２のいずれかに記載の半導体デバイスの電界分布測定装置。
【請求項１４】
前記レーザ装置は、前記半導体デバイスの材料に吸収される波長のレーザ光を発生することを特徴とする、請求項８ないし１３のいずれかに記載の半導体デバイスの電界分布測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、半導体素子や半導体集積回路などの半導体デバイスの電界分布を非接触に測定する方法と装置に関する。詳しくは、半導体デバイスに電圧を印加した状態でレーザ光を照射し、放射される電磁波から電界分布を非接触に測定する方法と装置に関する。この電界分布測定方法と装置は、半導体デバイスの断線などの回路不良、ドーピング不良、積層膜間の短絡不良などの検査に応用することができる。
【背景技術】  半導体集積回路や半導体素子等の半導体デバイスの内部の電界分布を非破壊・非接触で測定する方法として、レーザを用いたテラヘルツ（ＴＨｚ）電磁波イメージング法が知られている（紀和利彦、斗内政吉「後方散乱型テラヘルツ電磁波イメージングによる半導体ＩＣ断線評価」応用物理学会春季学術講演会予稿集、第３分冊、ｐ１１８３（２００３年３月２９日）。これは半導体デバイスの回路に電圧を印加した後、回路表面にレーザ光を照射することで、ＴＨｚ電磁波を発生させ、その発生した電磁波の振幅強度からレーザ光照射位置の電界強度を測定するものである。しかし、この従来の方法は、発生した電磁波の振幅強度のみを使用するため電界の方向の区別がつかず、得られる情報が少なく、半導体デバイスの検査や故障診断には不十分であった。また、測定の空間分解能が照射するレーザ光の回折限界で規定され、微細な半導体集積回路の電界分布を測定するには分解能的に問題があった。さらに、従来の方法は、回路全体の電界分布が測定できるだけで、例えば、信号経路のみといった特定領域の電界分布を測定することができなかった。
また、上記の従来技術に関連する技術として、超短光パルスを半導体スイッチに照射し、テラヘルツ電磁波を空中に放射させる技術（図１）が知られている（Ｄ．Ｈ．Ａｕｓｔｏｎ  ａｎｄ  Ｍ．Ｃ．Ｎｕｓｓ，″ＥＬＥＣＴＲＯＯＰＴＩＣ  ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ  ＯＦ  ＦＥＭＴＯＳＥＣＯＮＤ  ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ  ＴＲＡＮＳＩＥＮＴＳ″，ＩＥＥＥ  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＱＵＡＮＴＵＭ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，Ｖｏｌ．２４，ｐｐ．１８４−１９７，ＦＥＢ．１９８８．）。図１に於いて、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に光伝導膜として働く低温成長（ＬＴ）ＧａＡｓ薄膜を成長させ、さらにその上に５μｍ程度の間隔を設けたアンテナ構造を金合金で作製する。光パルスが照射された瞬間のみ電流が流れる光導電性薄膜としてＬＴ−ＧａＡｓが一般的に用いられている。金合金部分は電極も兼ねており、直流電圧源に接続されている。中央の出っ張り部分は、微小ダイポールアンテナとして作用し、この間隙部分にパルスレーザ光を当てて励起すると、光吸収によりキャリアは価電子帯から伝導帯へ励起され、励起された光キャリアは印加電圧により加速された後、緩和していく。このキャリアの動きを瞬時電流と考えるとこの電流の時間微分に比例したパルス電磁波が発生する。
上記のように、従来技術には、電界の方向を区別できない、電界分布測定の空間分解能が低い、特定領域の電界分布を測定できない、という問題があった。
本発明は、かかる問題点を解決するために創出されたものである。すなわち、本発明の目的は、電界の方向を区別でき、空間分解能が高く、特定領域の電界を測定できる半導体デバイスの電界分布測定方法と装置を提供することである。
【発明の開示】
本発明の半導体デバイスの電界分布測定方法は、二次元回路が形成された半導体デバイスに所定の電圧を印加して該半導体デバイスを印加状態に保持する保持工程と、該印加状態に保持された該半導体デバイスの該二次元回路上に所定の波長を有するレーザ光を二次元的に走査するように照射する照射工程と、該レーザ光照射位置から放射される電磁波を検出して該電磁波を時間的に変化する電場信号に変換する検出・変換工程と、該時間的に変化する電場信号の位相を判定する判定工程と、を有している。
レーザ光照射位置から放射される電磁波の電場信号の時間変化波形の位相を判定し、判定された位相が該レーザ光照射位置の電界方向に依存することを用いて、該照射位置の電界の方向を判定するので、電界の方向を区別することができる。
上記方法においては、さらに、前記時間的に変化する電場信号の所定時刻での電場の振幅をサンプリングするサンプリング工程を有するようにすることができる。
サンプリング工程でサンプリングされた電場の振幅が前記レーザ光照射位置の電界の強度に比例することを用いて電界強度分布をも測定することが可能になる。
また、前記サンプリング工程の所定時刻を複数の時刻にし、該サンプリング工程は該複数の時刻での電場の振幅をサンプリングし、異なる時刻の電界強度分布を測定するようにしてもよい。
同一のレーザ光照射位置の時系列電界分布が得られ、半導体デバイスの基板のドーピング箇所の特定などが可能になる。さらに、放射される電磁波が基板の深さ方向で屈折率が変化する界面によって反射され、その反射波が遅れて半導体デバイス表面から放射されるので、異なる時刻でその反射波の電場の振幅をサンプリングすることで、深さ方向の情報が得られる。
前記保持工程の所定の電圧は所定の周波数で変調された電圧を有し、前記検出・変換工程は該変調周波数で変調された電磁波を時間的に変化する電場信号に変換するようにすることができる。
変調された電圧が印加された回路部分のみの電界分布を測定することが可能になる。
前記レーザ光は所定の周波数で変調されたものであるとしてもよい。
レーザ光を照射した部分の電界分布を測定することができる。
前記照射工程は、前記二次元回路上に前記レーザ光を近接場光学系を介して二次元的に走査するように照射することができる。
電界分布測定の空間分解能を回折限界より高くすることが可能になる。
前記照射工程の前記所定の波長は、前記半導体デバイスの材料に前記レーザ光が吸収されるように選択されるようにすることができる。
照射されるレーザ光によって多数の光キャリアが発生し、放射される電磁波の強度が増し、検出・変換工程のＳ／Ｎが向上する。
また、前記課題を解決するための本発明の半導体デバイスの電界分布測定装置は、二次元回路が形成された半導体デバイスに所定の電圧を印加して該半導体デバイスを印加状態に保持する電圧印加装置と、所定の波長を有するレーザ光を発生するレーザ装置と、該印加状態に保持された該半導体デバイスの該二次元回路上に該レーザ光を二次元的に走査するように照射する照射装置と、該レーザ光照射位置から放射される電磁波を検出して該電磁波を時間的に変化する電場信号に変換する電磁波検出・変換装置と、該電磁波検出・変換装置から出力される該時間的に変化する電場信号を入力して該電場信号の位相を判定する位相判定手段と、を有し、該位相判定手段で判定された位相が該レーザ光照射位置の電界方向に依存することを用いて電界方向分布を測定することを特徴とする。
上記装置においては、さらに、前記電磁波検出・変換装置から出力される前記時間的に変化する電場信号を入力して該電場信号の所定時刻での電場の振幅をサンプリングする電場振幅サンプリング手段を有し、該サンプリング手段でサンプリングされた電場の振幅が該レーザ光照射位置の電界の強度に比例することを用いて電界強度分布をも測定するようにすることができる。
また、本発明の半導体デバイスの電界分布測定装置においては、前記電場振幅サンプリング手段は複数の所定時刻での電場の振幅をサンプリングし、異なる時刻の電界強度分布を測定することができる。
さらに、前記電圧印加装置は前記半導体デバイスに所定の周波数で変調された電圧を印加し、前記電磁波検出・変換装置は該変調周波数で変調された電磁波のみを時間的に変化する電場信号に変換し、変調された電圧が印加された回路部分の電界分布を測定することができる。
前記レーザ光を所定の周波数で変調する変調手段を有するようにすることができる。
本発明の半導体デバイスの電界分布測定装置においては、前記照射装置は近接場光学系を有し、前記二次元回路上に前記レーザ光を該近接場光学系を介して二次元的に走査するように照射することができる。
また、前記レーザ装置は、前記半導体デバイスの材料に吸収される波長のレーザ光を発生することができる。
【図面の簡単な説明】    図１は超短光パルスを半導体スイッチに照射し、テラヘルツ電磁波を空中に放射させる背景技術の原理図である。
図２は本発明の半導体デバイスの電界分布測定装置の概略図であると共に、実施例１の半導体デバイスの電界分布測定装置Ａの概略図でもある。
図３は半導体デバイスから放射される電磁波の電場信号とサンプリング時刻を説明する図である。
図４は実施例１の電界分布測定結果を示すカラーイメージである。
図５は実施例２の半導体デバイスの電界分布測定装置Ｂの概略図である。
図６は実施例２の半導体デバイスの電界分布測定装置Ｂの近接場光学プローブ５４の先端部の拡大図である。
図７は実施例２の電界分布測定結果を示すカラーイメージである。
図８は実施例３の電界分布測定結果を示すカラーイメージである。
図９は実施例４の電界分布測定結果を示すカラーイメージである。
図１０は実施例５の電界分布測定結果を示すカラーイメージである。
発明をの実施するための最良の形態
以下に本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
図２は、本発明の一実施形態を示す半導体デバイスの電界分布測定装置Ａの概略図である。この図に示すように、電界分布測定装置Ａは、電圧印加装置２、レーザ装置３、照射装置５、電磁波検出・変換装置６、及び位相判定手段７１を備える。
電圧印加装置２は、電源回路であり、測定対象である半導体デバイス１の２次元回路に所定の電圧を印加し、印加状態に保持する。所定の電圧を印加し、印加状態に保持するとは、半導体デバイス１に適合する電圧（例えば、ＤＣ±１６Ｖ）を電源ラインに印加し、アースラインを接地した状態に保持することを言う。したがって、この印加状態において、電源ラインに接続された半導体デバイス１の回路部分は所定の電圧となり、アースラインに接続された回路部分はアース（例えば０Ｖ）となり、その間に電位差が発生する。電源印加装置２は、±の直流電圧と変調電圧を可変して供給できるのが望ましい。測定対象の半導体デバイス１が変わっても適合する電圧を印加することができる。また、所定の周波数で変調された電圧を半導体デバイス１の例えば信号ラインに印加することもできる。
レーザ装置３は、レーザ光４を発生する。レーザ装置３としては、パルス幅がフェムト秒の超短光パルスのレーザ光４を発生する例えば、モードロックレーザ、又はファイバーレーザ等を用いることができる。レーザ装置３としては、発生したレーザ光４を半導体デバイス１に照射したとき電磁波が発生されるものであれば、レーザ光４が特に超短光パルスである必要がなく、例えば、発振波長が接近したｃｗレーザ光を発生する２台のｃｗ発振半導体レーザでもよい。レーザ光４の波長は、半導体デバイス１の基板材料に吸収される波長が望ましく、半導体デバイスの基板材料に応じて選ぶようにするとよい。すなわち、基板材料がＳｉの場合は１１１７ｎｍ以下の波長のレーザ光を発生するレーザ装置、ＧａＡｓの場合は８８５ｎｍ以下の波長のレーザ光を発生するレーザ装置、Ｇｅの場合は１８７９ｎｍ以下の波長のレーザ光を発生するレーザ装置を、それぞれ用いることが望ましい。半導体デバイスの基板材料に吸収される波長のレーザ光を発生させるレーザ装置としては、ＹｂやＥｒイオンをドープしたファイバを増幅媒体とするファイバレーザが適している。さらに、レーザ光４の波長は、半導体デバイス１のパッケージを透過し且つ半導体デバイスの基板材料で吸収される波長がよい。パッケージを外す必要がなくなる。また、レーザ光４のモードはシングルモードが好ましい。シングルモードは、ビーム品質が高く、回折限界まで集光して半導体デバイス１に照射することができる。なお、パッケージをレーザ光４を透過する物質で構成すれば、パッケージを透過する波長を選択する必要がなくなる。
照射装置５は、半導体デバイス１の二次元回路上にレーザ光４を二次元的に走査するように照射する。図２の電界分布測定装置Ａでは、照射装置５は、レーザ光４を二つのビームに分割するビームスプリッタ５１、分割された一方のビーム（励起ビーム４１）を半導体デバイス１に集光照射する集光レンズ５２、及び半導体デバイス１を載置してｘ方向（紙面に直交する方向）とｙ方向（紙面方向）に移動させるｘ−ｙ移動ステージ５３からなり、ｘ−ｙ移動ステージ５３の移動により、ステージ５３の上に載置された半導体デバイス１がｘ−ｙ移動し、集光レンズ５２による励起ビーム４１の集光照射スポットが半導体デバイス１の二次元回路上を走査する。ビームスプリッタ５１の後にミラーを挿入して、ビームスプリッタ５１で分割された励起ビーム４１が半導体デバイス１の裏面から集光照射されるようにすることもできる。こうすることで、回路を構成する金属膜等で照射される励起ビーム４１が反射されないので、放射される電磁波を効率よく検出できる。また、照射装置５は、集光レンズ５２の後に近接場光学プローブを挿入してプローブ先端から染み出すエバネッセント波を半導体デバイス１に照射するようにするとよい。照射スポットをプローブ先端径近くまで小さくでき、電界分布測定の空間分解能を光の回折限界より高くすることができる。なお、照射装置５は、集光レンズ５２の後に例えばガルバノミラーを挿入してビームスプリッタ５１で分割された励起ビーム４１を二次元に走査し、ステージ上に静止している半導体デバイス１に照射するようにしてもよい。
電磁波検出・変換装置６は、照射されるレーザ光が通る穴のあいた軸外し放物面鏡６１、穴なしの軸外し放物面鏡６１’、電磁波検出器６２、及びロックインアンプ６３とからなる。軸外し放物面鏡６１，６１’はコンデンサ光学系を構成し、半導体デバイス１から放射される電磁波を効率よく検出器６２に入射させる。電磁波検出器６２には、光伝導アンテナ、或いはＺｎＴｅなどの電気光学結晶などを用いることができる。電磁波検出器６２には、ビームスプリッタ５１で分割された他方のビーム（トリガビーム４２）がコーナキューブ９とミラー１０で構成される遅延線で遅延されて入射し、検出器６２がそのトリガビームでゲートされる。電磁波検出器６２に電磁波だけを透過する光学フィルタを装着するとよい。半導体デバイス１の金属膜などで反射されるレーザ光などの背景光をカットしてＳ／Ｎを上げることができる。放射される電磁波が変調されている時、ロックインアンプ６３をその変調周波数に同期させることでＳ／Ｎを上げることができると共に、上記のように、電圧印加装置２で信号ラインに変調電圧を印加する場合は信号ラインから放射される電磁波だけを変換することができる。
位相判定手段７１は、検出・変換装置６から出力される電磁波の電場の時間変化信号を入力して、その信号波形の位相を判定する。図３は、電磁波の電場振幅の時間変化を模式的に示したもので、実線の場合を正位相、点線の場合を逆位相と判定する。電界分布測定装置Ａではパソコン７がその機能を行うので、パソコン７が位相判定手段７１を内蔵していることになる。パソコン７は、レーザ装置３とＸ−Ｙ移動ステージ５３を制御し、電磁波検出・変換装置６から入力される電磁波の電場の時間変化信号の位相を正位相と逆位相に判定してその判定結果をＣＲＴ７３上の半導体デバイス１に対応する位置に色により表示する。
パソコン７に電場振幅サンプリング手段の機能をさらにもたせるようにしてもよい。電場振幅サンプリング手段は、電磁波検出・変換装置６から入力される電磁波の電場の時間変化信号の所定時刻（例えば、図３のτ０、τ１）での電場の振幅をサンプリングする。パソコン７は、電磁波検出・変換装置６から入力される電磁波の電場の時間変化信号の所定時刻での電場の振幅をサンプリングし、そのサンプリング結果をＣＲＴ７３上の半導体デバイス１に対応する位置に色の濃淡により表示する。
上述した電界分布測定装置Ａを用いた本発明の電界分布測定方法によれば、半導体デバイス１を所定の電圧印加状態に保持する保持工程と、半導体デバイス１の二次元回路上にレーザ光４を二次元的に走査するように照射する照射工程と、その照射位置から放射される電磁波を検出して時間的に変化する電場信号に変換する検出・変換工程と、電場信号の位相を判定する位相判定工程と、を有し、電場の位相から照射位置の電界の方向を測定する。
上述した電界分布測定装置Ａの変形態様を用いた本発明の電界分布測定方法によれば、さらに、所定の時刻での電場信号の振幅をサンプリングするサンプリング工程を有し、電場の振幅から照射位置の電界強度をも測定する。
また、電圧印加装置２で半導体デバイス１のたとえば、信号ラインに所定の周波数で変調された電圧を印加し、電磁波検出・変換装置６でその変調周波数の電磁波のみを検出することで、たとえば信号ラインの電界分布のみを測定することができる。
さらに、照射装置５に近接場光学プローブを用いることで、電界測定の空間分解能をレーザ光４の回折限界以上に高めることができる。
パソコン７に位相判定工程と、複数の時刻での電場の振幅をサンプリングする電場振幅サンプリング工程を持たせるようにすることで、半導体デバイス１の同一位置の時系列の電界方向、電界強度を測定することができる。
【実施例１】  上述した図２は、本発明の実施例１の電界分布測定装置Ａの構成例である。すなわち、電圧印加状態にある半導体デバイス１にレーザ光４を照射することにより照射位置から電磁波を発生させ、放射される電磁波を電磁波検出・変換装置６で検出し、電磁波の電場の時間変化信号の位相を測定するものである。
半導体デバイス１は、図４の（ａ）に示すテストパターンを形成したテストサンプルである。このサンプルはＩｎＰ基板上に幅３０μｍの金線を２５μｍの間隔を空けて形成したもである。電圧印加装置２から金線に交互に＋２Ｖ、−２Ｖの直流電圧が印加されるようになっている。
レーザ装置３には、モード同期チタンサファイアレーザを用いた。このレーザ装置３からは、波長が７９０ｎｍ、パルス幅が１００ｆｓ、パルス繰返しが８２ＭＨｚ、平均パワーが３６ｍＷのレーザ光４が放射される。
照射装置５の集光レンズ５２の焦点距離は１００ｍｍで、テストサンプル１の上での励起ビーム４１の照射スポット径は２５μｍである。
レーザ光４は、図示しないチョッパーにより約１ＫＨｚの周波数に変調されてテストサンプル１に照射されるようにしている。
電磁波検出・変換装置６の電磁波検出器６２として、光伝導アンテナを用いた。
図４の（ｂ）が、テストサンプル１を電圧印加状態に保持して、励起ビーム４１を照射して、位相を測定した結果で、正位相（図３の実線に対応）の電磁波が放射される位置を赤色に、逆位相（図３の点線に対応）の電磁波が放射される位置を青色に、電磁波が放射されない位置を黒色に、カラー表示したものである。図４の（ａ）と（ｂ）から、赤色の領域には左向きの電界が、青色の領域には右向きの電界がかかっており、本実施例１の電界分布測定装置Ａで電界の方向を測定できることがわかる。
図４の（ｃ）は、比較のためにテストサンプル１に電圧を印加しないで、位相を測定した結果で、電界がないため電磁波が放射されず、全面が黒色一色を示した。
【実施例２】  図５は、本発明の実施例２の電界分布測定装置Ｂの構成例である。照射装置５が近接場光学プローブ５４を有する点と、パソコン７が電磁波の電場の時間変化信号の所定時刻の電場振幅をサンプリングするサンプリング手段７２を有する点、以外は実施例１と同じである。
図６は、図５の丸で囲んだプローブ５４の先端部の拡大図である。プローブ５４は、励起ビーム４１が透過する透明媒体で作られており、入射端と出射端以外は金属皮膜５４２で覆われている。出射端の金属皮膜５４２で覆われない開口部の径は０．２μｍで、この開口部から励起ビーム４１のエバネッセント波４１’が染み出し、半導体デバイス１に照射される。
実施例２の半導体デバイス１も実施例１のようなテストサンプルで、図７に示すような寸法をしている。すなわち、金線の幅が６μｍで、金線と金線の間隔が１μｍである。
図７の（ｂ）が、テストサンプル１を電圧印加状態に保持して、励起ビーム４１のエバネッセント波４１’を照射して、位相及び電場の振幅を測定した結果で、位相を赤色と青色で区別すると共に、振幅の大きさを色の濃度で表示したものである。これから、金線間の間隔が１μｍでも電界方向と電界強度が測定されていることがわかる。すなわち、近接場光学プローブ５４を介して励起ビーム４１を照射することで、１μｍの空間分解能が達成された。
【実施例３】  図８は、本発明の実施例１の電界分布測定装置Ａの半導体デバイス１としてオペアンプ（ＬＭ３０１ＡＨ：Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を用い、電界分布を測定した結果である。図８（ａ）は、レーザ装置３を２ＫＨｚの周波数で変調することで変調したレーザ光４を発生させ、電圧印加装置２でオペアンプ１の電源ラインに±１６Ｖ（直流）、信号ラインに−１０Ｖ（直流）をそれぞれ供給した状態で電界分布を測定した結果であり、オペアンプ１の全体の電界分布を知ることができる。図８（ｂ）は、レーザ装置３に変調をかける代わりに、電圧印加装置２でオペアンプ１の信号ラインに２ＫＨｚで変調された±１０Ｖの変調電圧を供給した状態で電界分布を測定した結果であり、信号ラインの電界分布のみを知ることができる。
【実施例４】  図９は、実施例３で用いたオペアンプ１の電界分布を実施例２の電界分布測定装置Ｂを用いて高分解能で測定した結果である。すなわち、上段左側の図が、レーザ装置３を２ＫＨｚの周波数で変調することで変調したレーザ光４を発生させ、電圧印加装置２でオペアンプ１の電源ラインに±１６Ｖ（直流）、信号ラインに−１０Ｖ（直流）をそれぞれ供給した状態で電界分布を測定した結果である。一方図９の上段右側の図は、右下に示すように、回路の一部を故意に断線させた後に電界分布を測定した結果で、断線によって電界分布が大きく変化していることがわかり、本発明を半導体デバイスの断線等の検査に応用できることが示された。
【実施例５】  図１０は、実施例３のオペアンプ１の電界分布を実施例２の電界分布測定装置Ｂを用いてオペアンプ１の特定領域の電界分布の時間変化を測定した結果である。図１０の左の図は、電場の振幅が最初にピーク値になる時刻（τ＝０ｐｓ）での電界分布であり、真ん中の図はτ＝５ｐｓ、右の図はτ＝９．５ｐｓでの電界分布である。電圧印加装置２によるオペアンプ１の電圧印加保持状態が一定であるのに、電界分布が時系列で変化するのは、励起ビーム４１の照射により発生する光キャリア以外の影響、例えば、ドーピングレベルの不均一性の影響を受けていると考えられる。したがって、異なる時刻の電場の振幅をサンプリングすることで、電界分布の時間変化を測定できドーピングレベルの不均一性なども評価できることが示された。
産業上の利用の可能性
本発明の半導体デバイスの電界分布測定方法及び装置は、半導体デバイスの開発段階での電界分布測定に利用できるだけでなく、半導体デバイス製品生産段階での断線、欠陥、動作不良などの検査にも利用することができる。
【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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