(57)【要約】【課題】  ＬＳＩなどの半導体デバイスやベアＳｉウェハを検査・解析する走査レーザＳＱＵＩＤ顕微鏡法において、磁気強度像を取得するだけでは十分な感度が得られない場合があった。【解決手段】  基準信号１に同期した変調信号２により強度変調された変調ビーム６１を生成する変調ビーム生成手段１０と、サンプル７０を移動させる試料台７１と、変調ビーム６１を照射したときに生成される電流により誘起される磁気６３を検出し磁場信号４を出力する磁気検出手段２０と、強度信号５及び位相差信号７を出力する信号抽出手段３０と、システム制御手段４０と、表示手段５０とを備えている。【選択図】      図１
2005134196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の基準信号に同期した変調信号に基づいて、強度変調された変調光を生成し、収束して、変調ビームを生成する第１ステップと、
被解析対象の所定の被照射位置に前記変調ビームを照射したときに生成される電流により誘起される磁気を検出して磁場信号を出力する第２ステップと、
前記磁場信号及び前記基準信号に基づいて、前記磁気の強度及び前記基準信号と前記磁場信号との位相差を抽出し、それぞれ強度信号と及び位相差信号として出力する第３ステップと、
前記第３ステップで抽出した少なくとも前記位相差信号を前記被照射位置の情報と対応させて出力する第４ステップと、
を有することを特徴とする非破壊解析方法。
【請求項２】
前記位相差信号を前記被照射位置情報と対応させて所定の記憶手段に記憶する第５ステップを更に有する請求項１記載の非破壊解析方法。
【請求項３】
各前記被照射位置において前記第２ステップ乃至第４ステップを繰り返しながら、前記被解析対象の所望の被検査領域を前記変調ビームで走査する第６ステップと、
各前記被照射位置で検出された前記位相差信号に基づいて、前記被検査領域の位相差分布を画像表示する第７ステップを、更に有する請求項１に記載の非破壊解析方法。
【請求項４】
前記第６ステップが、各前記被照射位置において前記第２ステップ乃至第５ステップを繰り返しながら、前記被解析対象の所望の被検査領域を前記変調ビームで走査するものである請求項３記載の非破壊解析方法。
【請求項５】
前記第４ステップが、前記強度信号及び前記位相差信号を前記被照射位置の情報と対応させて出力し、
各前記被照射位置の前記強度信号を用いて、前記被検査領域の磁気強度分布を画像表示する第８ステップを、更に有する請求項１又は３に記載の非破壊解析方法。
【請求項６】
前記記憶手段に記憶された前記被検査領域の前記位相差信号を用いて、位相差毎の出現頻度をグラフ表示する第９ステップを更に有する請求項４記載の非破壊解析方法。
【請求項７】
前記第４ステップが、前記強度信号及び前記位相差信号を前記被照射位置の情報と対応させて出力し、
前記第５ステップが、前記強度信号及び前記位相差信号を前記被照射位置情報と対応させて所定の記憶手段に記憶し、
前記記憶手段に記憶された前記被検査領域の前記強度信号の情報を用いて、磁気強度毎の出現頻度をグラフ表示する第１０ステップを更に有する請求項４又は６に記載の非破壊解析方法。
【請求項８】
前記第２ステップにおける磁気の検出は、超伝導量子干渉素子磁気センサによるものである請求項１乃至７いずれか１項に記載の非破壊解析方法。
【請求項９】
前記第１ステップで生成される変調光は、レーザ光である請求項１乃至８いずれか１項に記載の非破壊解析方法。
【請求項１０】
所定の基準信号に同期した変調信号により強度変調された変調光を生成し、収束して、変調ビームを生成する変調ビーム生成手段と、
被解析対象の所定の被照射位置に前記変調ビームが照射されるように前記被解析対象の移動及び前記変調ビームの移動の少なくともいずれか一方を制御するビーム照射位置制御手段と、
前記変調ビームを照射したときに生成される電流により誘起される磁気を検出し磁場信号を出力する磁気検出手段と、
前記基準信号と前記磁場信号を入力して前記磁気の強度及び前記基準信号と前記磁場信号との位相差を抽出し、それぞれ強度信号及び位相差信号として出力する信号抽出手段と、
前記変調ビーム生成手段による前記被解析対象への前記変調ビームの照射の制御及び前記被照射位置情報に応じた前記試料移動手段の制御を行うと共に前記強度信号及び前記位相差信号を入力し、前記被照射位置情報と対応させて出力するシステム制御手段と、
前記強度信号及び前記位相差信号の少なくとも一方と、前記被照射位置情報とを入力し、画像表示する表示手段と、
を有することを特徴とする非破壊解析装置。
【請求項１１】
前記ビーム照射位置制御手段が、前記変調ビームの照射位置を移動させるビーム移動手段及び前記被解析対象を移動させる試料移動手段の少なくともいずれか一方を含む請求項１０記載の非破壊解析装置。
【請求項１２】
前記変調ビーム生成手段における前記変調光が、レーザ光である請求項１０又は１１に記載の非破壊解析装置。
【請求項１３】
前記磁気検出手段が、超伝導量子干渉素子磁気センサを備える請求項１０乃至１２いずれか１項に記載の非破壊解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体のように所定の波長の光を照射した際に電流が発生する被解析対象を非破壊且つ非接触で解析する方法及び装置に関し、特に照射する光としてレーザ光を用い、レーザ光照射に伴う電流発生による誘起磁気を超高感度の磁気センサであるＳＱＵＩＤ（ Superconducting Quantum Interference Device、超伝導量子干渉素子）磁気センサを用いて検出する走査レーザＳＱＵＩＤ顕微鏡を用いた非破壊解析方法及び非破壊解析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査レーザＳＱＵＩＤ顕微鏡法は現在実用化に向けて研究開発が行われている検査・解析技術である。図６はその基本原理を説明するための従来の走査レーザＳＱＵＩＤ顕微鏡５００の基本的な構成を示す概略ブロック図である。図６を参照すると、走査レーザＳＱＵＩＤ顕微鏡５００では、パルス発生器５０１により所定の基準信号５１０と同期させて発生したレーザ変調用信号５０２で強度変調がかかったレーザビーム５０３が光学系５０４により細く絞られてサンプル５０５に照射される。サンプル５０５の内部ではレーザビーム５０３の照射の結果、光誘起電流が発生し、その電流が磁気５０６を誘起する。この磁気５０６の強度をＳＱＵＩＤ磁気センサ５０７で検出する。ＳＱＵＩＤ磁気センサ５０７で検出された磁場強度は磁場信号５０８としてロックインアンプ５０９に入力される。ロックインアンプ５０９内部ではパルス発生器５０１から送られてきた基準信号５１０と磁場信号５０８との位相差５１１を合わせこみ、基準信号５１０の周波数と同じ周波数成分のみを磁場信号５０８から抽出し、強度信号５１２として出力する。このような一連の過程を、サンプル５０５の所望の領域を走査しながら（５１３）行うことで、強度像５１４を得る。尚、図６の磁場信号５０８はノイズ成分も含むが、図では磁場信号のうち、基準信号と同じ周波数成分のみを表示した。また、実際の信号は矩形でないが、位相差を簡単に図示するために模式的に矩形で示した。
【０００３】
このようにして得られた強度像５１４は走査レーザＳＱＵＩＤ顕微鏡像と呼ばれている。この走査レーザＳＱＵＩＤ顕微鏡像の空間分解能はＳＱＵＩＤ磁気センサ５０７の寸法やサンプル５０５とＳＱＵＩＤ磁気センサ５０７との距離とは無関係にレーザビーム５０３のサンプル上での絞り径のみで決まり、サブミクロンの空間分解能が報告されている。
【０００４】
走査レーザＳＱＵＩＤ顕微鏡法の用途としていままでに報告されている主なものは３種類ある。非特許文献１ではベアＳｉウェハの不純物濃度分布を見るのに応用している。特許文献１ではＳｉ拡散層中での少数キャリアの拡散長の計測に応用している。特許文献２ではＬＳＩの検査・解析への応用が検討されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１９７７００号公報
【０００６】
【特許文献２】特開２００２−３１３８５９号公報
【非特許文献１】Jorn Beyerm Dietmar Drung, and Thomas Schurig,“SQUID Photoscanning : An Imaging Technique for NDE of Semiconductor Wafers and Devices based on Photomagnetic Detection”,アイイーイーイー  トランザクションズ  オン  アプライド  スーパーコンダクティビティ(IEEE Transactions on Applied Superconductivity),米国,２００１年３月,  Vol.11, No. 1, p.1162-1167
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の走査レーザＳＱＵＩＤ顕微鏡法においては、ＬＳＩ等の半導体デバイスの検査・解析の際に、故障や異常等に対して十分な感度が得られないことがある、という問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、従来の走査レーザＳＱＵＩＤ顕微鏡法の性能を向上させ、故障や異常をより敏感に検知することができる非破壊解析方法及び非破壊解析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明者は、上記問題を解決すべく鋭意研究を進めた結果、従来の走査レーザＳＱＵＩＤ顕微鏡法においては検知した磁場信号のみに基づいて故障や異常の有無を検知しようとしていたが、故障や異常の存在は磁場信号と基準信号との位相差にも影響を及ぼすことがあることを見いだした。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
【００１０】
本発明による非破壊解析方法は、
所定の基準信号に同期した変調信号に基づいて、強度変調された変調光を生成し、収束して、変調ビームを生成する第１ステップと、
被解析対象の所定の被照射位置に前記変調ビームを照射したときに生成される電流により誘起される磁気を検出して磁場信号を出力する第２ステップと、
前記磁場信号及び前記基準信号に基づいて、前記磁気の強度及び前記基準信号と前記磁場信号との位相差を抽出し、それぞれ強度信号と及び位相差信号として出力する第３ステップと、
前記第３ステップで抽出した少なくとも前記位相差信号を前記被照射位置の情報と対応させて出力する第４ステップと、
を有することを特徴とする。
【００１１】
また、前記位相差信号を前記被照射位置情報と対応させて所定の記憶手段に記憶する第５ステップを更に有することができる。
【００１２】
また、各前記被照射位置において前記第２ステップ乃至第４ステップを繰り返しながら、前記被解析対象の所望の被検査領域を前記変調ビームで走査する第６ステップと、
各前記被照射位置で検出された前記位相差信号に基づいて、前記被検査領域の位相差分布を画像表示する第７ステップを、更に備えるようにしてもよい。このとき、前記第６ステップが、各前記被照射位置において前記第２ステップ乃至第５ステップを繰り返しながら、前記被解析対象の所望の被検査領域を前記変調ビームで走査するようにすることもできる。
【００１３】
また、前記第４ステップにおいて、前記強度信号及び前記位相差信号を前記被照射位置の情報と対応させて出力し、各前記被照射位置の前記強度信号を用いて、前記被検査領域の磁気強度分布を画像表示する第８ステップを、更に有することもできる。
【００１４】
また、前記記憶手段に記憶された前記被検査領域の前記位相差信号を用いて、位相差毎の出現頻度をグラフ表示する第９ステップを更に有することもできる。
【００１５】
また、前記第４ステップにおいて前記強度信号及び前記位相差信号を前記被照射位置の情報と対応させて出力し、前記第５ステップにおいて前記強度信号及び前記位相差信号を前記被照射位置情報と対応させて所定の記憶手段に記憶し、前記記憶手段に記憶された前記被検査領域の前記強度信号の情報を用いて、磁気強度毎の出現頻度をグラフ表示する第１０ステップを更に有することもできる。
【００１６】
尚、前記第１ステップで生成される変調光は、レーザ光であるのが好ましく、前記第２ステップにおける磁気の検出はＳＱＵＩＤ磁気センサを用いるのが望ましい。
【００１７】
また、本発明の非破壊解析装置は、
所定の基準信号に同期した変調信号により強度変調された変調光を生成し、収束して、変調ビームを生成する変調ビーム生成手段と、
被解析対象の所定の被照射位置に前記変調ビームが照射されるように前記被解析対象の移動及び前記変調ビームの移動の少なくともいずれか一方を制御するビーム照射位置制御手段と、
前記変調ビームを照射したときに生成される電流により誘起される磁気を検出し磁場信号を出力する磁気検出手段と、
前記基準信号と前記磁場信号を入力して前記磁気の強度及び前記基準信号と前記磁場信号との位相差を抽出し、それぞれ強度信号及び位相差信号として出力する信号抽出手段と、
前記変調ビーム生成手段による前記被解析対象への前記変調ビームの照射の制御及び前記被照射位置情報に応じた前記試料移動手段の制御を行うと共に前記強度信号及び前記位相差信号を入力し、前記被照射位置情報と対応させて出力するシステム制御手段と、
前記強度信号又は前記位相差信号の少なくとも一方と、前記被照射位置情報とを入力し、画像表示する表示手段と、を有することを特徴とする。尚、ビーム照射位置制御段は、前記変調ビームの照射位置を移動させるビーム移動手段及び前記被解析対象を移動させる試料移動手段の少なくともいずれか一方を含むのが好ましい。
【００１８】
本発明の非破壊解析方法或いは非破壊解析装置は、磁場信号と基準信号との位相差を像として表示することにより異常を積極的に検知しようとするものである。また、走査位置に対応した位相差の像だけでなく、観測範囲での位相差の出現頻度をグラフ表示することで、感度よく異常の検知が可能となる。更には、強度信号についても走査位置に対応した強度分布像を得るだけでなく、観測範囲での強度毎の出現頻度をグラフ表示することで、感度よく異常を検知できる。
【００１９】
尚、これらの実方法としては、例えば信号抽出手段として２位相型のロックインアンプを用いることにより、磁気の強度信号と共に基準信号と磁場信号との位相差信号を出力可能となる。また、走査位置に対応した位相差信号や強度信号を、例えばパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣとする）のハードディスク（以下、ＨＤＤとする）やメモリ等の記憶手段に蓄積しておくことで、観測範囲内の位相差や強度の出現頻度をヒストグラムの形式で表示することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の非破壊解析方法或いは非破壊解析装置によれば、例えばＬＳＩの配線部における異常が従来法より敏感に検知できる場合があるという効果が得られる。これは、配線部に断線、高抵抗、ショート、リークなどの異常があると、光電流が流れる経路において、異常がない場合に比べて、容量（寄生容量を含む）や抵抗（寄生抵抗を含む）に違いがあり、これらの違いは強度信号だけで観測するよりは位相差信号をも観測するほうが敏感に検知できる場合があることによる。また、レーザビーム照射箇所と位相差や強度の対応だけでは見逃しがちな差異を位相差や強度の出現頻度で表示することで差異を敏感に検知できる場合があることである。
【００２１】
また、ＬＳＩ等の半導体装置の基板部における不純物分布異常、結晶欠陥などの異常が従来法より敏感に検知できるという効果も得られる。これは、レーザビームにより発生した少数キャリアの消滅までの過程の違いが、強度信号だけで観測するより敏感に検知できることによる。また、レーザビーム照射箇所と位相差や強度の対応だけでは見逃しがちな差異を位相差や強度の出現頻度で表示することで差異を敏感に検知できる場合があることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明の実施の形態について図を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の非破壊解析装置１００の一実施形態を示す概略ブロック図である。図１を参照すると、本実施形態の非破壊解析装置１００は、所定の基準信号１に同期した変調信号２により強度変調された変調光を生成し、収束して、変調ビーム６１を生成する変調ビーム生成手段１０と、被解析対象であるサンプル７０が搭載されサンプル７０の所定の被照射位置に変調ビーム６１が照射されるように当該被解析対象の移動を制御するビーム照射位置制御手段となってサンプル７０を移動させる試料移動手段である試料台７１と、変調ビーム６１を照射したときに生成される電流により誘起される磁気６３を検出し磁場信号４を出力する磁気検出手段２０と、基準信号１と磁場信号４を入力して磁気６３の強度及び基準信号１と磁場信号４との位相差６を抽出し、それぞれ強度信号５及び位相差信号７として出力する位相調整機能を備えた信号抽出手段３０と、変調ビーム生成手段１０によるサンプル７０への変調ビーム６１の照射の制御及び被照射位置情報に応じて試料台７１の制御を行うと共に強度信号５及び位相差信号７を入力し、被照射位置情報と対応させて出力するシステム制御手段４０と、強度信号５及び位相差信号７の少なくとも一方と被照射位置情報とを入力して画像表示する表示手段５０とを備えている。
【００２３】
そして、変調ビーム生成手段１０は、基準信号１及び基準信号１に同期した変調信号２を生成して出力する信号発生手段となるパルス発生器１１と、例えば変調機構内蔵ファイバレーザ等で構成され、パルス発生器１１から出力された変調信号２により強度変調がかかった変調光であるレーザ光を発生する変調光生成手段となるレーザ光発生器１２と、このレーザ光を所定の位置に導く導光手段となる例えば光ファイバ１４と、光ファイバ１４を介して導かれたレーザ光を回折限界まで収束して変調ビーム６１を生成し、必要に応じてサンプル７０上を走査しながらサンプル７０に所望の位置に照射する光学手段となる光学ユニット１３と、を備えて構成される。
【００２４】
磁気検出手段２０は、サンプル７０上から発生した磁気６３を検出するためのＳＱＵＩＤ磁気センサ２１及びＳＱＵＩＤ磁気センサ２１を制御し、検出した磁気６３に応じて出力されるＳＱＵＩＤ出力信号３を入力して必要な処理を施し磁場信号４として出力するＳＱＵＩＤ用電子回路２２で構成される。尚、ＳＱＵＩＤ磁気センサ２１としては、例えばＨＴＳ（High Temperature Superconducting、高温超伝導）ＳＱＵＩＤ磁束計を用いることができる。ＨＴＳＳＱＵＩＤ磁束計を用いることで１ｐＴ（ピコテスラ）以下の微小な磁気の検出も可能であり、高感度にレーザ励起磁気を検出することができる。通常はサンプル７０と垂直方向の磁気のみを検出する向きに配置する。また、ＳＱＵＩＤ用電子回路２２には、例えばＦＬＬ（Flux-locked loop）電子回路を用いることができる。
【００２５】
信号抽出手段３０は、例えば２位相ロックインアンプで構成され、ＳＱＵＩＤ用電子回路２２からの磁場信号４及び基準信号１が入力される。そして、入力された基準信号１と磁場信号４とを比較して基準信号１と同じ周波数成分のみを取り出し、強度信号５及び基準信号１と磁場信号４との位相差６に応じた位相差信号７とに分けてそれぞれ出力する。
【００２６】
制御ユニット４０は、ステージ走査信号により試料台７１に搭載されたサンプル７０の移動を制御すると共に必要に応じてレーザ走査信号により変調ビーム生成手段１０の光学ユニット１３を制御し変調ビーム６１を必要に応じてサンプル７０上で走査させながらサンプル７０に照射する。また、信号抽出手段３０から出力される強度信号５や位相差信号７を取り込み、ステージ走査やレーザ走査と同期させ、走査レーザＳＱＵＩＤ顕微鏡像として、表示するための制御を行う。より具体的には、変調ビーム６１の照射位置情報と当該照射位置に対応する強度信号５や位相差信号７とを組み合わせて画像表示用信号８として出力する。
【００２７】
表示手段５０は、例えばＨＤＤを備えたＰＣ５１とディスプレイ５２で構成され、制御ユニット４０からの画像表示用信号８に基づき各照射点で検知された磁気に対応する磁場信号４と基準信号１との位相差の大きさに対応した位相差像８２だけでなく、磁気の強度に対応する強度像８１も表示する。
【００２８】
試料台７１は、例えばＸ−Ｙステージで構成され、サンプル７０を搭載し、制御ユニット４０から出力されるステージ走査信号に応じてサンプル７０をＸ方向及びＹ方向に移動させる。
【００２９】
次に、この非破壊解析装置１００の動作を、本発明の非破壊解析方法の一実施形態と共に説明する。
【００３０】
先ず、本発明による非破壊解析方法の一実施形態は、
所定の基準信号に同期した変調信号に基づいて、強度変調された変調光を生成し、収束して、変調ビームを生成する第１ステップと、
被解析対象の所定の被照射位置に変調ビームを照射したときに生成される電流により誘起される磁気を検出して磁場信号を出力する第２ステップと、
基準信号及び第２ステップで出力された磁場信号に基づいて、検出した磁気の強度及び基準信号と磁場信号との位相差を抽出し、それぞれ強度信号と及び位相差信号として出力する第３ステップと、
第３ステップで抽出した強度信号及び位相差信号を被解析対象の被照射位置の情報と対応させて出力する第４ステップと、を有し、
更に、強度信号及び位相差信号を被照射位置情報と対応させて所定の記憶手段に記憶する第５ステップと、各被照射位置において第２ステップ乃至第５ステップを繰り返しながら、被解析対象の所望の被検査領域を変調ビームで走査する第６ステップと、
各被照射位置で検出された位相差信号に基づいて、被検査領域の位相差分布を画像表示する第７ステップと、
各被照射位置の強度信号を用いて、被検査領域の磁気強度分布を画像表示する第８ステップと、を有している。
【００３１】
次に具体的な動作について説明する。
【００３２】
先ず、サンプル７０として、例えばシリコンウェハ（以下、Ｓｉウェハとする）を試料台７１に搭載する。次に、パルス発生器１１で基準信号１及びこれに同期した変調信号２を生成し、基準信号１を信号抽出手段３０に出力すると共に、変調信号２を例えば変調機構を内蔵した波長１０６５ｎｍのファイバレーザで構成したレーザ光発生器１２に出力して強度変調をかけたレーザ光を発生させる。このレーザ光を光ファイバ１４で光学ユニット１３に導き、サンプル７０上に最小スポットの変調ビーム６１が当たるように絞りこむ（第１ステップ）。
【００３３】
次に、変調ビーム６１を最初の照射点に照射し、サンプル７０から発生した磁気６３をＳＱＵＩＤ磁気センサ２１で検出し、ＳＱＵＩＤ用電子回路２２から磁場信号４として出力する（第２ステップ）。
【００３４】
次に、この磁場信号４を信号抽出手段３０に入力して、信号抽出手段３０の位相調整機能を用い、基準信号１の位相を任意の値（通常はゼロ度）に合わせ、出力として強度信号５及び基準信号１と磁場信号４との位相差６に対応した位相差信号７を選択し、このふたつの信号を別々に制御ユニット４０に出力する（第３ステップ）。制御ユニット４０は、強度信号５と位相差信号７を当該照射点の位置情報と対応させて、画像表示用信号８としてＰＣ５１に出力し（第４ステップ）、ＰＣ５１の例えばＨＤＤやメモリ等の記憶手段（図示せず）にこれらを記憶させる（第５ステップ）。以下、ステージ走査信号による試料台７１のＸ−Ｙ走査及び必要に応じてレーザ走査信号による変調ビーム６１の走査を組み合わせて、サンプル７０の所望の被検査領域の各照射点を順次選択し第２ステップ乃至第５ステップの処理を繰り返す（第６ステップ）。
【００３５】
また、ＰＣ５１は、ディスプレイ５２に強度信号５或いは位相差信号７に応じた輝度変調像或いはカラー表示像を、サンプル７０の照射点に同期させて表示する（第７ステップ、第８ステップ）。この場合、強度信号５に対応した強度像８１と位相差信号７に対応した位相差像８２は、必要に応じていずれか一方だけを表示してもよいが、双方を同時に表示する場合はそれぞれ独立したウィンドウに表示するのが好ましい。また、上述のように強度信号５と位相差信号７が変調ビーム６１の照射点位置情報と対応させて記憶手段に記憶させてあれば、当該サンプル７０の所望の領域内での各々の出現頻度をヒストグラムのようにグラフ表示することも容易にできる（第９ステップ、第１０ステップ）。
【００３６】
尚、本実施形態のようにレーザ光発生器１２としてファイバレーザを用いることにより、変調信号２の周波数（以下、変調周波数とする）を最大１ＭＨｚまでの任意の値に設定できる。但し、変調周波数の選択には多くの要因を考慮する必要がある。例えば、磁場信号が非常に微弱でＳ／Ｎが悪い場合には、スペクトルアナライザで磁場信号を観測し、ノイズの少ない周波数を選択する必要がある。また、変調ビーム６１の照射により発生する光電流が誘起した磁気の磁場信号（以下、レーザ励起磁場信号とする）の周波数依存性が強い場合にはレーザ励起磁場信号が大きくなる周波数を選択することでＳ／Ｎがよくなる。サンプルの場所によりレーザ励起磁場信号の周波数依存性が大きく異なる場合には、いくつかの変調周波数を選択する必要がある。また、波長１０６５ｎｍのレーザ光を用いているので、サンプル７０がＳｉウェハであれば、その裏面から変調ビーム６１を照射して、Ｓｉ基板を透過し、Ｓｉウェハ表面近傍のｐ−ｎ接合へ変調ビーム６１を到達させることが可能となる。この場合はＳｉウェハの裏面を事前に鏡面研磨しておくのが望ましい。そうすることにより裏面から照射した変調ビーム６１を効率よく表面近傍まで到達させることができる。変調ビーム６１の照射によりＳｉウェハ内部のｐ−ｎ接合やバルク内で発生した光電流は、配線部やバルク内部を流れ、Ｓｉウェハ表面近傍に磁気を誘起する。尚、ＳｉウェハはＬＳＩ製造工程途中のどの工程のものでもよい。
【００３７】
また、磁気６３を検出するＳＱＵＩＤ磁気センサ２１としては例えばＨＴＳ（High Temperature Superconducting、高温超伝導）ＳＱＵＩＤ磁束計を、またＳＱＵＩＤ用電子回路２２としてはＦＬＬ（Flux-locked loop）電子回路を、それぞれ用いることができる。ＳＱＵＩＤ磁気センサ２１としてＨＴＳＳＱＵＩＤ磁束計を用いることで１ｐＴ（ピコテスラ）以下の微小な磁気の検出も可能であり、高感度にレーザ励起磁気を検出することができる。通常はＳｉウェハと垂直方向の磁気のみを検出する向きに配置する。
【００３８】
ところで、通常は環境磁気の大きさはμＴ（マイクロテスラ）のオーダであるため、ＦＬＬ（Flux-locked loop）電子回路で構成したＳＱＵＩＤ用電子回路２２は安定に動作ができない。このため、磁気シールド６５によりＳＱＵＩＤ磁気センサ２１の磁場検出部付近の磁気をｎＴ（ナノテスラ）程度にまで減衰させるのが望ましい。
【００３９】
ＳＱＵＩＤ用電子回路２２から出力される磁場信号４には環境磁気ノイズなどのノイズもまじっており、総合磁気の大きさとしてはｎＴオーダ程度である。レーザ励起磁場は通常ｐＴからｎＴ程度であるため、変調周波数と同じ周波数成分のみを２位相ロックインアンプのような信号抽出手段３０を通して取り出すことでＳ／Ｎが格段に改善される。信号抽出手段３０として２位相ロックインアンプを用いることで、パルス発生器１１から出ている基準信号１と同じ周波数の成分のみを取り出せるだけでなく、その成分の基準信号１との位相差信号７を強度信号５と分離して出力することが可能である。
【００４０】
次に、本実施形態の非破壊解析装置１００及び非破壊解析方法を用いて、解析した例を説明する。図２は、最先端ＬＳＩの１チップ全体を対象に取得した位相差像８２の例で，（ａ）は不良品チップの位相差像であり、（ｂ）は比較のために取得した良品チップの位相差像である。１チップの大きさはおおよそ６ｍｍｘ１０ｍｍである。変調ビーム６１のビーム径はほぼ１０μｍに絞り、セラミックステージで構成した試料台７１をＸ−Ｙ走査することにより取得した。変調周波数は１００ｋＨｚで取得した。図２（ａ），（ｂ）の位相差像と同時に取得したそれぞれのチップの強度像８１を図３（ａ），（ｂ）に示す。図２の位相差像においては、例えばＡ部のような真っ白な箇所が＋１８０度の位相差に対応し、Ｂ部のような真っ黒な箇所が−１８０度の位相差に対応する。
【００４１】
図４（ａ），（ｂ）は、それぞれ図２（ａ），（ｂ）の位相差像における位相差とその出現頻度をそれぞれ横軸と縦軸にしてグラフ表示したものであり、位相差が−１８０度付近から＋１８０度付近にわたって広く分布していることが分かる。
【００４２】
図２において、（ａ）の不良品チップの位相差像と（ｂ）の良品チップの位相差像を比較してみると、いくつかの箇所でコントラストが異なることが分かる。例えばチップ右端の中央付近（（ａ）のＰ１部及び（ｂ）のＰ２部）で、両者が大きく異なることが分かる。一方、図３の強度像では（ａ）の不良品チップの強度像と（ｂ）の良品チップの強度像を比較してみると、やはり右端の中央付近（（ａ）のＱ１部及び（ｂ）のＱ２部）に差異は見えるものの位相像での差異ほどでなない。
【００４３】
次に、位相差の出現頻度分布グラフで見比べる。図４（ａ）の不良品チップの位相差出現頻度グラフと、図４（ｂ）良品チップの位相差出現頻度グラフを見比べると、丸印で囲ったふたつの箇所（（ａ）のC1部、D1部とこれらに対応する（ｂ）のC2部、D2部との比較）で差異が明確に見られる。このように位相差出現頻度グラフをつかうことにより、強度像だけで見比べるより、高感度で差異が見分けられることが分かる。
【００４４】
次に、磁気強度の出現頻度分布グラフで差異の有無を検討する。図５は（ａ），（ｂ）は、それぞれ図３（ａ），（ｂ）の強度像における磁気強度とその出現頻度をそれぞれ横軸と縦軸にしてグラフ表示したものである。（ａ）の不良品チップの磁気強度出現頻度グラフと、（ｂ）の良品チップの磁気強度出現頻度グラフを比較してみると、丸印で囲った箇所（（ａ）のE1部とこれに対応する（ｂ）のE2部との比較）で差異が明確に見られる。このように強度出現頻度グラフをつかうことにより、強度像だけで見比べるより、高感度で差異が見分けられることが分かる。
【００４５】
尚、本発明は上記実施形態の説明に限定されるものでなく、その要旨の範囲内において種々変更が可能である。例えば、ビーム照射位置制御手段として被解析対象を移動させる試料移動手段で構成した例を示したが、変調ビーム６１を移動させる図示されていない回転ミラー等のビーム移動手段で構成し、所望の照射位置への変調ビーム６１の照射をこのビーム移動手段により制御するようにしてもよく、或いは試料移動手段とビーム移動手段を共に備え、これらの組み合わせにより制御するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の非破壊解析装置の一実施形態を示す概略ブロック図である。
【図２】本発明を用いて取得したＬＳＩチップの位相差像の例で，（ａ）は不良品チップの位相差像であり、（ｂ）は良品チップの位相差像である。
【図３】強度像の例で、（ａ），（ｂ）は、それぞれ図２（ａ），（ｂ）の位相差像と同時に取得した強度像である。
【図４】位相差出現頻度グラフの例で、（ａ），（ｂ）は、それぞれ図２（ａ），（ｂ）の位相差像における位相差とその出現頻度をそれぞれ横軸と縦軸にしてグラフ表示したものである。
【図５】磁気強度出現頻度グラフの例で、（ａ），（ｂ）は、それぞれ図３（ａ），（ｂ）の強度像における磁気強度とその出現頻度をそれぞれ横軸と縦軸にしてグラフ表示したものである。
【図６】走査レーザＳＱＵＩＤ顕微鏡法の基本原理を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    基準信号
２    変調信号
３    ＳＱＵＩＤ出力信号
４    磁場信号
５    強度信号
６    位相差
７    位相差信号
８    画像表示用信号
１０    変調ビーム生成手段
１１    パルス発生器
１２    レーザ光発生器
１３    光学ユニット
１４    光ファイバ
２０    磁気検出手段
２１    ＳＱＵＩＤ磁気センサ
２２    ＳＱＵＩＤ用電子回路
３０    信号抽出手段
４０    制御ユニット
５０    表示手段
５１    ＰＣ
５２    ディスプレイ
６１    変調ビーム
６３    磁気
６５    磁気シールド
７０    サンプル
７１    試料台
８１    強度像
８２    位相差像
１００    非破壊解析装置
【図１】
2005134196.tif 000003
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図２】
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【図３】
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