(57)【要約】【課題】インコヒーレントな光を出力する光源を用いた光源装置において、ＳＮ比を向上すること。【解決手段】光源装置１３は、インコヒーレントな光を出力する光源１３１と、インコヒーレントな光の光路上に配置され、インコヒーレントな光を増幅する光増幅器１３３と、インコヒーレントな光の光路上に配置され、インコヒーレントな光における強度がピークとなる波長を含む波長帯域の強度を選択的に低減し、インコヒーレントな光の強度分布の波長幅を広げるＢＥＦ１３４と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インコヒーレントな光を出力する光源と、
前記インコヒーレントな光の光路上に配置され、前記インコヒーレントな光を増幅する第１の光増幅器と、
前記インコヒーレントな光の光路上に配置され、前記インコヒーレントな光における強度がピークとなる波長を含む波長帯域の強度を選択的に低減し、前記インコヒーレントな光の強度分布の波長幅を広げる第１の選択低減部と、を備える光源装置。
【請求項２】
前記第１の選択低減部は、前記第１の光増幅器の前段に配置されている、請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記第１の光増幅器の後段に配置された第２の選択低減部を更に備える、請求項２記載の光源装置。
【請求項４】
前記インコヒーレントな光の光路上に配置され、前記インコヒーレントな光の強度を調整する光調整部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項記載の光源装置。
【請求項５】
前記第１の光増幅器は、半導体光増幅器である、請求項１〜４のいずれか一項記載の光源装置。
【請求項６】
前記光源は、ＳＬＤ、ＬＥＤ、及びＡＳＥ光源のいずれかを有する、請求項１〜５のいずれか一項記載の光源装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置から出力された光を受けて、前記出力された光を半導体デバイスの選択領域に照射する光学系と、
前記半導体デバイスから反射された前記出力された光を受光して、検出信号を出力する光検出器と、を備える、検査装置。
【請求項８】
半導体デバイスに対向して配置される磁気光学結晶と、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置から出力された光を受けて、前記出力された光を前記磁気光学結晶上の選択領域に照射する光学系と、
前記磁気光学結晶から反射された前記出力された光を受光し、検出信号を出力する光検出器と、を備える、検査装置。
【請求項９】
前記半導体デバイスにテスト信号を印加する信号印加部と、
前記検出信号を受けて、前記検出信号を解析する解析部と、を更に備える、請求項７又は８記載の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置及び検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体の故障解析等に関するＥＯＰ（Electoro-OpticalProbing）装置、ＥＯＦＭ（Electro-Optical Frequency Mapping）装置、及びＭＯＦＭ（Magneto-Optical Frequency Mapping）装置の光源として、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）等のインコヒーレントな光を出力する光源（以下、インコヒーレントな光源という場合もある。）が用いられている（例えば特許文献１参照）。このようなインコヒーレントな光は、レーザのようなコヒーレントな光と比べて干渉縞が発生しにくいというメリットがある。一方で、一般的に、インコヒーレントな光は、ＳＮ比の点においてはコヒーレントな光と比べて劣るとされている。
【０００３】
例えば非特許文献１には、インコヒーレントな光を出力する光源であるＳＬＤと、光増幅器である半導体光増幅器（ＳＯＡ：semiconductor optical amplifier）とを組み合わせた光源装置が開示されている。半導体光増幅器は、入力光のパワーが大きくなると活性層中に蓄えられたキャリアが入力光を増幅するために消費され、ゲインが減少する。ゲインが減少した状態（ゲイン飽和）においては、半導体光増幅器の光増幅特性が非線形となる。このような増幅特性が非線形となった領域において入力光を増幅することにより、入力光の強度雑音を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２４７３９７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】T. Yamatoya, Fumio Koyama, ”Noise Suppression of Spectrum-sliced light using SemiconductorOptical Amplifiers”, Electronics and Communications in Japan, Part2 Vol.86, No.2, 2003
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１に開示された光源装置のように、ＳＬＤと半導体光増幅器とを組み合わせることにより、光を発生するＳＬＤに由来したノイズ（例えば、強度の時間的なゆらぎ）を低減することができる。しかしながら、コヒーレントな光と比較すると、より一層のＳＮ比の向上が求められている。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、インコヒーレントな光を出力する光源を用いた光源装置及び検査装置において、ＳＮ比を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る光源装置は、インコヒーレントな光を出力する光源と、インコヒーレントな光の光路上に配置され、インコヒーレントな光を増幅する第１の光増幅器と、インコヒーレントな光の光路上に配置され、インコヒーレントな光における強度がピークとなる波長を含む波長帯域の強度を選択的に低減し、インコヒーレントな光の強度分布の波長幅を広げる第１の選択低減部と、を備える。
【０００９】
この光源装置では、光源から出力されたインコヒーレントな光におけるピーク波長を含む波長帯域の強度が、第１の選択低減部によって選択的に低減させられる。ピーク波長を含む波長帯域の強度が低減することにより、入力光の強度分布のＮ（０＜Ｎ＜１）値（例えば半値）における波長幅が広がる。光源から出力されたインコヒーレントな光のノイズ（強度の時間的なゆらぎ）を示すＲＩＮ（Relative Intensity Noise）の値は、光の波長幅に反比例する。このため、第１の選択低減部により強度分布のＮ値の波長幅が広がることにより、光源から出力されたインコヒーレントな光のノイズを低減し、光源装置から出力される光のＳＮ比を向上することができる。
【００１０】
また、第１の選択低減部は、第１の光増幅器の後段に配置されていてもよい。これにより、第１の光増幅器の後段において、第１の光増幅器による増幅後の光におけるピーク波長を含む波長帯域の強度が第１の選択低減部によって選択的に低減させられる。このことで、光のＮ値における波長帯域幅が広がり、第１の光増幅器による増幅後の光のノイズを低減することができる。ここで、光源から出力される光が小さい場合には、インコヒーレントな光のノイズを低減しても、ＳＮ比を十分に向上させることができない。この点、光源から出力された光が第１の光増幅器により増幅されることにより、インコヒーレントな光を十分に大きくすることができる。以上より、光の大きさを担保しながらノイズを低減することにより、インコヒーレントな光のＳＮ比を向上させることができる。
【００１１】
また、第１の選択低減部の後段に配置された第２の光増幅器を更に備えてもよい。このように光増幅器が多段接続された構成においては、上述したように、第１の光増幅器の後段に配置された第１の選択低減部によって第１の光増幅器による増幅後の光のノイズを低減することができる。また、第２の光増幅器の前段において、第１の選択低減部により、第２の光増幅器に入力される光の波長帯域幅が広げられるため、第２の光増幅器におけるＡＳＥノイズを低減することができる（詳細は後述）。以上のことから、より好適にインコヒーレントな光のＳＮ比を向上させることができる。
【００１２】
また、第１の選択低減部は、第１の光増幅器の前段に配置されていてもよい。光増幅器では、入力光の増幅に寄与しない、エネルギーの低い電荷が自然放出光（ＡＳＥ）となることによって時間的な強度のゆらぎ（ＡＳＥノイズ）が発生すると考えられる。すなわち、入力光の増幅に寄与しない長波長側のエネルギーの低い電荷が多いほど、入力光のノイズが増加すると推定される。この点、第１の光増幅器の前段において、第１の選択低減部により、ピーク波長を含む波長帯域の強度が低減させられることにより、第１の光増幅器に入力される光の波長幅が広がり、第１の光増幅器における長波長側のエネルギーの低い電荷が増幅に寄与し易くなる。このことで、第１の光増幅器において増幅に寄与しない長波長側の電荷を相対的に少なくすることができ、自然放出光に起因したノイズを低減することができる。
【００１３】
また、第１の光増幅器の後段に配置された第２の選択低減部を更に備えてもよい。このような構成では、上述したように、第１の光増幅器の前段に配置された第１の選択低減部により、第１の光増幅器に入力される光の波長帯域幅が広がりＡＳＥノイズが低減される。また、第１の光増幅器の後段において、第２の選択低減部により、第１の光増幅器による増幅後の光の波長帯域幅が広げられため、第１の光増幅器による増幅後の光のノイズを低減することができる。
【００１４】
また、光源装置は、インコヒーレントな光の光路上に配置され、インコヒーレントな光の強度を調整する光調整部をさらに備えてもよい。これにより、選択低減部や光増幅器に入出力される光の強度を適切に調整することができる。
【００１５】
また、光調整部は、アッテネータまたはＮＤフィルタを有していてもよい。これにより、インコヒーレントな光の強度を適切に低減（減衰）することができる。
【００１６】
また、第１の光増幅器は、半導体光増幅器を有していてもよい。これにより、インコヒーレントな光を適切に増幅することができる。
【００１７】
また、光源は、ＳＬＤ、ＬＥＤ、及びＡＳＥ光源のいずれかを有していてもよい。これにより、インコヒーレントな光を確実に出力することができる。
【００１８】
本発明の一態様に係る検査装置は、上述した光源装置と、光源装置から出力された光を受けて、当該光を半導体デバイスの選択領域に照射する光学系と、半導体デバイスから反射された光を受光して検出信号を出力する光検出器と、を備える。これにより、上述した光源装置を光プロービングにより半導体を検査する検査装置に応用することができ、ＳＮ比を向上することによって半導体検査の精度を向上させることができる。
【００１９】
本発明の一態様に係る検査装置は、半導体デバイスに対向して配置される磁気光学結晶と、上述した光源装置と、光源装置から出力された光を受けて、当該光を磁気光学結晶上の選択箇所に照射する光学系と、磁気光学結晶が反射された光を受光し、検出信号を出力する光検出器と、を備える。これにより、上述した光源装置を光磁気プロービングにより半導体を検査する検査装置に応用することができ、ＳＮ比を向上することによって半導体検査の精度を向上させることができる。
【００２０】
また、半導体デバイスにテスト信号を印加する信号印加部と、検出信号を受けて、検出信号を解析する解析部と、を更に備えてもよい。これにより、駆動した状態における半導体デバイスの検査を行うことができる
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、インコヒーレントな光源を用いた光源装置及び検査装置において、ＳＮ比を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る検査装置の構成図である。
【図２】図１の検査装置に含まれる光源装置の構成図である。
【図３】半導体光増幅器の入出力特性を示す図である。
【図４】光のスペクトル分布を示した図である。
【図５】第２実施形態に係る光源装置の構成図である。
【図６】図５に示した光源装置から出力される光を説明するための図である。
【図７】第３実施形態に係る光源装置の構成図である。
【図８】第４実施形態に係る光源装置の構成図である。
【図９】第５実施形態に係る光源装置の構成図である。
【図１０】第６実施形態に係る検査装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２４】
［第１実施形態］
図１に示されるように、第１実施形態に係る検査装置１（半導体検査装置）は、計測対象物であって被検査デバイス（ＤＵＴ：Device  Under  Test）である半導体デバイスＤにおいて異常発生箇所を特定する等、半導体デバイスＤを検査するための装置である。より詳細には、検査装置１は、ＥＯＰ又はＥＯＦＭと称される光プロービング技術により故障位置を特定する。半導体デバイスＤとしては、トランジスタ等のＰＮジャンクションを有する集積回路（例えば、小規模集積回路（ＳＳＩ：Small  Scale  Integration）、中規模集積回路（ＭＳＩ：Medium  Scale  Integration）、大規模集積回路（ＬＳＩ：Large  Scale  Integration）、超大規模集積回路（ＶＬＳＩ：Very  Large  Scale  Integration）、超々大規模集積回路（ＵＬＳＩ：Ultra  Large  Scale  Integration）、ギガ・スケール集積回路（ＧＳＩ：Giga  Scale  Integration））、大電流用／高圧用ＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタ及び電力用半導体素子（パワーデバイス）等がある。また、計測対象物は半導体デバイスＤだけでなく、例えばガラス面上に形成されたアモルファストランジスタ、ポリシリコントランジスタ、有機トランジスタ等のような薄膜トランジスタ（ＴＦＴ:Thin Film Transistor）や、半導体デバイスを含むパッケージ、更には複合基板であってもよい。
【００２５】
半導体デバイスＤには、デバイス制御ケーブルを介してテスタ１１（信号印加部）が電気的に接続されている。テスタ１１は、電源（図示せず）によって動作させられ、半導体デバイスＤに所定のテスト信号（駆動信号）を繰り返し印加する。テスト信号は、例えば変調電流信号である。なお、テスタ１１は、必ずしも変調電流信号を印加するものでなくてもよく、検出周波数に応じたパルス光を発生させるＣＷ（continuous wave）電流信号を印加するものであってもよい。なお、テスト信号として変調電圧信号等を印加してもよい。テスタ１１は、タイミング信号ケーブルにより周波数解析部１２に電気的に接続されている。
【００２６】
検査装置１は、光源装置１３を備えている。光源装置１３は、電源（図示せず）によって動作させられ、半導体デバイスＤに照射されるインコヒーレントな光を出力する。当該インコヒーレントな光の波長は、５３０ｎｍ以上であり、好ましくは１０６４ｎｍ以上である。光源装置１３から出力された光は、偏向保存シングルモード光カプラ（図示せず）、及び、プローブ光用の偏光保存シングルモード光ファイバを介して、光分割光学系２７に導かれる。光源装置１３の詳細については後述する。
【００２７】
光分割光学系２７は、コリメータ１６，１９と、偏向ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳ：PolarizationBeam Splitterと記載）１７と、λ／４波長板１８と、を含んで構成され、これらは光学的に結合されている。光源装置１３からの光が光スキャナ１４（後述）を介して半導体デバイスＤに照射される際には、まず、光源装置１３からの光がコリメータ１６を介してＰＢＳ１７に入力される。ＰＢＳ１７は、偏向成分が０度の光を透過し９０度の光を反射するように設定されている。また、ＰＢＳ１７は、コリメータ１６からの光の偏光に合わせて設定されている。そのため、ＰＢＳ１７はコリメータ１６からの光を透過する。ＰＢＳ１７を透過した偏向成分が０度の光は、λ／４波長板１８を透過して光スキャナ１４に入力される。当該光は、対物レンズ１５（後述）を介して半導体デバイスＤに照射される。
【００２８】
半導体デバイスＤからの反射光（戻り光）は、対物レンズ１５及び光スキャナ１４を介してλ／４波長板１８に入力される。当該反射光（戻り光）はλ／４波長板１８を透過することによって円偏光となり偏向成分が９０度傾いている。当該偏向成分が９０度の反射光はＰＢＳ１７によって反射されコリメータ１９を介して光センサ２０に入力される。
【００２９】
光スキャナ１４は、例えばガルバノミラーやＭＥＭＳ（micro electromechanical system）ミラー等の光走査素子によって構成される。また対物レンズ１５は光スキャナ１４によって導かれた光を半導体デバイスＤに集光する。光スキャナ１４及び対物レンズ１５は、光源装置１３から出力された光（増幅光）を半導体デバイスＤ上の選択領域に照射（走査）する照射光学系（光学系）である。当該選択領域は、ユーザにより選択されたスポット又はエリアである。ユーザにより選択領域としてエリアが選択された場合、コンピュータ２３の指示を受けた制御装置２２によって制御された光スキャナ１４により、当該エリアが２次元的に走査される。また、ユーザにより選択領域としてスポットが選択された場合、コンピュータ２３の指示を受けた制御装置２２によって当該スポットに光が照射されるように制御される。対物レンズ１５は、ターレット（不図示）等により、低倍率対物レンズ（例えば５倍）と高倍率対物レンズ（例えば５０倍）とを切替可能に構成されている。
【００３０】
光センサ２０は、例えば、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、光電子増倍管、又はエリアイメージセンサ等であり、半導体デバイスＤからの反射光を受光し、検出信号を出力する。すなわち、光センサ２０は、テスト信号が印加された半導体デバイスＤが光スキャナ１４から照射された光に応じて反射した光を検出する光検出部（光検出器）である。光センサ２０から出力された検出信号は、アンプ２１によって増幅され増幅信号として周波数解析部１２に入力される。周波数解析部１２は、検出信号を受けて、検出信号を解析する解析部（解析器）である。詳細すると、周波数解析部１２は、増幅信号における計測周波数成分を抽出し、当該抽出した信号を解析信号として出力する。計測周波数は、例えば半導体デバイスＤに印加される変調電流信号の変調周波数に基づいて設定される。周波数解析部１２としては、ロックインアンプやスペクトラムアナライザ、デジタイザ、クロス・ドメイン・アナライザ（登録商標）等が用いられる。
【００３１】
周波数解析部１２により出力された解析信号は、コンピュータ２３に入力される。コンピュータ２３は例えばＰＣ等である。コンピュータ２３には、ユーザから計測条件等が入力されるキーボードやマウス等の入力装置２４と、ユーザに計測結果等を示すためのモニタ等の表示装置２５とが接続されている。コンピュータ２３は、プロセッサを含む。コンピュータ２３は、プロセッサにより、光源装置１３、制御装置２２、テスタ１１、光センサ２０、及び周波数解析部１２等を制御する機能と、周波数解析部１２からの解析信号に基づく波形（解析画像）を作成する機能と、を実行する。ユーザは、当該解析画像から故障個所を探すことができる。
【００３２】
次に、図２を参照して光源装置１３の詳細について説明する。図２に示されるように、光源装置１３は、光源１３１と、ＡＴＴ（ATTenuator）１３２，１３５（アッテネータ、光調整部）と、光増幅器１３３（第１の光増幅器）と、ＢＥＦ（Band Elimination Filter）１３４（第１の光学フィルタ、第１の選択低減部）と、を備えている。ＡＴＴ１３２，１３５と、光増幅器１３３及びＢＥＦ１３４は、光源１３１から出力されるインコヒーレントな光の光路上に配置される。光源１３１、ＡＴＴ１３２，１３５、光増幅器１３３、及びＢＥＦ１３４は、光ファイバケーブルによって接続されることにより光学的に結合されている。光ファイバケーブルとして、偏波保存ファイバ又はシングルモードファイバ等を用いることができる。光出力の安定性を考慮すると、偏波保存ファイバを光ファイバケーブルとして用いることが好ましい。
【００３３】
光源１３１は、インコヒーレントな光を発生させて出力する光源である。インコヒーレントな光を出力する光源としては、ＳＬＤ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）又はＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光源等を用いてもよい。また、インコヒーレントな光を出力する光源として、中心波長の異なる複数の非干渉性光源を光ファイバーカプラー等により組み合わせた光源を用いてもよい。光源１３１から出力される光は、光源１３１の温度及び光源１３１に流れる電流の変化に影響を受ける。そのため、光源１３１の温度及び電流を安定化すべく、光源１３１の温度を制御する温度制御回路１３１ａ、及び光源１３１の電流を制御する電流制御回路１３１ｂが用いられている。なお温度制御回路１３１ａ及び電流制御回路１３１ｂはコンピュータ２３と電気的に接続され、コンピュータ２３からそれらを制御するようにしてもよい。
【００３４】
ＡＴＴ１３２は、光源１３１により出力されたインコヒーレントな光の強度を調整（減衰）して出力するオプティカルアッテネータ（光調整部）である。光の減衰量は、最適値に調整する必要があるため、光制御回路１３２ａにより自動で或いは手動で調整可能とされている。なお、光調整部としては、ＡＴＴの他、ＮＤ（Neutral Density）フィルタを用いてもよい。また、光制御回路１３２ａはコンピュータ２３と電気的に接続され、コンピュータ２３から光制御回路１３２ａを制御するようにしてもよい。
【００３５】
光増幅器１３３は、光源１３１により出力されたインコヒーレントな光を増幅して出力する第１の光増幅器である。より詳細には、光増幅器１３３は、ＡＴＴ１３２による強度調整後の光を増幅して出力する。光増幅器は、例えば半導体光増幅器、光ファイバ増幅器、又はブースタ光増幅器である。図３は光増幅器１３３の入出力特性を示す図である。光増幅器１３３のゲインは、素子（光増幅器）の特性に応じて、波長毎に特定の値が定まっている。一方で、光増幅器１３３から出力可能な光の強度の上限も定まっている。そのため、光増幅器１３３においては、入力される入力光の強度がある値よりも大きくなると光増幅が抑制され、定められたゲインに応じて光を増幅することができなくなる。図３に示されるように、光増幅器１３３の光増幅が抑制されたゲインが減少した状態（ゲイン飽和）においては、光増幅器１３３の増幅特性が非線形となる。減少していない状態においては、入力光の時間的な強度のゆらぎに応じて出力光の強度の時間的なゆらぎが大きくなるのに対し、減少している状態においては、入力光の強度の時間的なゆらぎに応じた出力光の強度の時間的なゆらぎは小さくなる。このことから明らかなように、光増幅器１３３をゲイン飽和させるような強度を含む光を入力することによって、光増幅器から出力される光に含まれるノイズ（例えば強度の時間的なゆらぎ）を低減することができる。ここで、光増幅器１３３の増幅度及び入出力特性は、光増幅器１３３の温度及び光増幅器１３３に流れる電流に依存する。そのため、光増幅器１３３の温度及び光増幅器１３３に流れる電流を最適値に調整することによって、光増幅器１３３を確実にゲイン飽和させ、ノイズを低減することが重要になる。光増幅器１３３の温度は、温度制御回路１３３ａによって制御される。また、光増幅器１３３に流れる電流は、電流制御回路１３３ｂによって制御される。光増幅器１３３では、光増幅可能な波長帯域幅が制限されている。このため、光増幅器１３３により増幅された光出力の光波長特性は、ある波長幅を持った特性となる。また、温度制御回路１３３ａ及び電流制御回路１３３ｂはコンピュータ２３と電気的に接続され、コンピュータ２３からこれらを制御するようにしてもよい。
【００３６】
ＢＥＦ１３４は、光源１３１によって出力されたインコヒーレントな光の波長に対する強度分布（スペクトル分布）のピーク値を選択的に低減する第１の選択低減部（第１の光学フィルタ）である。より詳細には、ＢＥＦ１３４は、インコヒーレントな光におけるピーク波長を含む波長帯域の強度を選択的に低減する。ＢＥＦ１３４は、光増幅器１３３の後段に配置され、光増幅器１３３の光波長特性をもとに、インコヒーレントな光におけるピーク波長を含む波長帯域の強度を低減する波長帯域抑制フィルタである。ＢＥＦ１３４は、予め設定された波長帯域の光の強度のみを低減する。このことにより、インコヒーレントな光における強度がピークとなる波長を含む波長帯域の強度が選択的に低減される。スペクトル分布のピーク値（ピーク波長を含む波長帯域の強度）がＢＥＦ１３４により低減することによって、ＢＥＦ１３４に入力した光の強度のＮ（０＜Ｎ＜１）値における波長帯域幅が広がる。すなわち、ピーク値が低減することによって、ＢＥＦ１３４から出力される光の例えば１／２値（半値）の波長帯域幅（半値全幅）は、ＢＥＦ１３４に入力する光の半値全幅よりも広くなる。
【００３７】
図４は、光源装置１３の各構成から放射されている光を波長毎に測定しその光の強度を示した分光特性、すなわち光のスペクトル分布を示した図であり、（ａ）は光源１３１、（ｂ）は光増幅器１３３、（ｃ）は光源１３１及び光増幅器１３３の組合せ、（ｄ）は光源１３１、光増幅器１３３及びＢＥＦ１３４の組合せに関する分光特性（スペクトル分布）である。図４において横軸は波長（ｎｍ）を、縦軸は強度（振幅）（ｄＢ）を示している。図４（ａ）に示された光源１３１に関するスペクトル分布と図４（ｂ）に示された光増幅器１３３に関するスペクトル分布とから、図４（ｃ）に示された光源１３１及び光増幅器１３３の組合せのスペクトル分布が決まる。図４（ｄ）では、点線が光源１３１及び光増幅器１３３の組合せのスペクトル分布を示しており、破線がＢＥＦ１３４の波長毎のフィルタリング領域を示しており、実線（ＯＵＴ）がＢＥＦ１３４から出力される光のスペクトル分布を示している。図４（ｄ）に示されるように、ＢＥＦ１３４のフィルタリングによって、ＢＥＦ１３４に入力された光のスペクトル分布におけるピーク値が低減される。これによって、ピーク値が低減される前の光の半値幅ｈｗ１に比べて、ピーク値が低減された後の光の半値全幅ｈｗ２が広くなる。すなわち、ＢＥＦ１３４に入力されることによって、光の半値幅（半値全幅）が広がる。これにより、相対的に、ＢＥＦ１３４に入力された光の波長帯域幅が広がる。
【００３８】
ＡＴＴ１３５は、ＢＥＦ１３４により出力されたインコヒーレントな光の強度を調整（低減）して出力するオプティカルアッテネータ（光調整部）であり、光源装置１３からの最終的な光出力を調整するために用いられる。光の減衰量は、最適値に調整する必要があるため、光制御回路１３５ａにより自動で或いは手動で調整可能とされている。光制御回路１３５ａは、コンピュータ２３と電気的に接続されて、コンピュータ２３から制御してもよい。光調整部としては、ＡＴＴの他、ＮＤフィルタを用いてもよい。ＡＴＴ１３５から出力された光は、光源装置１３からの光出力として光分割光学系２７に導かれる。
【００３９】
次に本実施形態に係る光源装置１３及び検査装置１の作用効果について説明する。
【００４０】
この光源装置１３では、光源１３１から出力されたインコヒーレントな光が、ＡＴＴ１３２によって光量を調整された後に、光増幅器１３３に入力されて増幅される。そして、光増幅器１３３によって増幅されて出力された光がＢＥＦ１３４に入力され、波長毎の強度分布（スペクトル分布）のピーク値が、ＢＥＦ１３４によって低減させられる。スペクトル分布のピーク値を低減することにより、ＢＥＦ１３４に入力された光よりもＢＥＦ１３４から出力された光の半値幅が広がる。
【００４１】
ここで、光源から発生したインコヒーレントな光のノイズを示すＲＩＮ（RelativeIntensity Noise）の値は、ショットノイズ、熱雑音、及び過剰雑音によって決まる。ショットノイズΔi2shの値は以下の（１）式に、熱雑音Δi2thの値は以下の（２）式に、過剰雑音Δi2exの値は以下の（３）式に、それぞれ示される。
【数１】
2016223899.tif 000003
【数２】
2016223899.tif 000004
【数３】
2016223899.tif 000005
上記（１）〜（３）式を用いて、ＲＩＮの値は以下の（４）式で示される。
【数４】
2016223899.tif 000006
なお、上記（１）〜（４）式において、Δfは測定帯域幅を、RLは負荷抵抗を、KBはボルツマン定数を、Tは温度を、αは偏光度を、ΔVは有効ラインバンドを、qは素電荷を、Ｉは直流電流を、それぞれ示している。
【００４２】
上記（４）式から明らかなように、ＲＩＮの値は、測定帯域幅、すなわちインコヒーレントな光の波長帯域幅に反比例する。このため、ＢＥＦ１３４によってインコヒーレントな光のピーク値が低減させられ、例えば半値幅が広がることにより、光源１３１から出力された光のノイズを低減することができる。
【００４３】
ここで、光源１３１から出力される光の強度が小さい場合には、インコヒーレントな光のノイズを低減しても、ＳＮ比を十分に向上させることができない。例えば、光源１３１からの光出力が数ｍＷ以下の場合には、光源１３１からの光出力が小さいことによるＳＮ比の劣化が支配的になり、上述したＢＥＦ１３４によるＲＩＮ低減の効果が十分に現れない。この点、光源１３１から出力された光が光増幅器１３３により増幅されることにより、インコヒーレントな光の強度を十分に大きくすることができ、上述したＢＥＦ１３４によるＲＩＮ低減の効果をより顕著に奏することができる。以上より、光の大きさを担保しながらノイズを低減することにより、インコヒーレントな光のＳＮ比を向上させることができる。
【００４４】
また、ＢＥＦ１３４は、光増幅器１３３の後段に配置され、光源１３１によって出力されたインコヒーレントな光の波長毎の強度分布のピーク値を低減させている。このことにより、光増幅器１３３から出力された光のＮ値における波長帯域幅（例えば半値幅）が広がり、光増幅器１３３による増幅後の光のノイズを効果的に低減することができる。ここで、光源１３１から出力される光が小さい場合には、インコヒーレントな光のノイズを低減しても、ＳＮ比を十分に向上させることができない。この点、光源１３１から出力された光が光増幅器１３３により増幅されることによって、インコヒーレントな光を十分に大きくすることができる。なお、ＢＥＦ１３４が光増幅器１３３の後段に配置された態様においては、ＢＥＦ１３４に入力される前の光を光増幅器１３３によって適切に増幅することができるので、より効果的にＳＮ比を向上させることができる。
【００４５】
また、光源１３１により出力されたインコヒーレントな光の強度を調整するＡＴＴ１３２を備えている。これにより、ＢＥＦ１３４に入力される光の強度を最適に調整することができる。
【００４６】
また、光増幅器１３３は、半導体光増幅器である。半導体光増幅器を用いることにより、インコヒーレントな光を適切に増幅することができる。
【００４７】
本実施形態の検査装置１は、上述した光源装置１３と、光源装置１３から出力された光を半導体デバイスＤの任意の箇所に照射する光スキャナ１４と、半導体デバイスＤに駆動信号を印加するテスタ１１と、駆動信号が印加された半導体デバイスＤが光スキャナ１４から照射された光に応じて反射した光を検出する光センサ２０と、を備えている。これにより、上述した光源装置１３を光プロービングによる半導体デバイスＤを検査する検査装置に応用することができ、検査に用いる光のＳＮ比を向上させることによって半導体検査の精度を向上させることができる。
【００４８】
［第２実施形態］
次に、図５及び図６を参照して、第２実施形態に係る光源装置１３Ａについて説明する。当該光源装置１３Ａは、上述した第１実施形態の検査装置１に適用することができる。なお、第２実施形態に係る説明では、上述した第１実施形態と異なる点について主に説明する。
【００４９】
第２実施形態に係る光源装置１３Ａでは、ＢＥＦ１３４が、光増幅器１３３の前段に配置されている。そして、ＢＥＦ１３４が、光増幅器１３３の前段において、光源１３１によって出力されＡＴＴ１３２によって光量を調整されたインコヒーレントな光の波長に対する強度分布のピーク値を低減し、インコヒーレントな光の波長幅（例えば、半値全幅）を広げる。ＢＥＦ１３４から出力された光は、光増幅器１３３によって増幅される。
【００５０】
このように、ＢＥＦ１３４は、光増幅器１３３を介さずに、光源１３１から出力された光に作用する。図６は、図５に示した光源装置１３Ａから出力される光を説明するための図である。図６（ａ）は光源１３１から出力される光の、規格化波長毎の強度を示している。図６（ｂ）は、光源１３１から出力された光が入力されるＢＥＦ１３４の特性を示しており、入力された光の各規格化波長についての強度の低減量を示している。図６（ｂ）に示されるように、ＢＥＦ１３４は、光源１３１から出力された光の波長に対する強度分布のピーク値を低減するように設定されている。図６（ｃ）は、ＢＥＦ１３４によって強度分布のピーク値が低減された光（強度分布のピークが抑制された光）であって光増幅器１３３に入力される入力光を示している。ＢＥＦ１３４によるピーク値の低減が行われることにより、例えば光の強度分布のＮ値における波長帯域幅（ここでは強度分布の波長幅と記載）を比較すると、図６（ａ）に示された光源１３１から出力された光では強度分布の半値全幅が０．０４であるのに対し、図６（ｃ）に示された光増幅器１３３に入力される光では強度分布の半値全幅が０．０８となっている。このように光増幅器１３３に入力される光の波長幅が広がることにより、光を増幅する光増幅器１３３に関する、ＡＳＥ(amplified spontaneous emission)ノイズを低減することができる。以下、ＡＳＥノイズの低減について説明する。
【００５１】
光増幅器１３３では、光が入射すると、入力光と同じエネルギー帯の電荷が誘導放出し入力光を増幅する。入力光と同じエネルギー帯の電荷が誘導放出に用いられると、入力光よりも高いエネルギー帯の電荷のエネルギーが低下し、当該電荷が入力光と同じエネルギー帯の電子となる。このため、当該エネルギーが低下した電荷も誘導放出し、入力光の増幅に用いられる。一方で、入力光よりも低いエネルギー帯の電荷、すなわち入力光よりも長波長側の電荷は、誘導放出することができず入力光の増幅に用いられない。このような電荷は自ら発光し自然放出光（ＡＳＥ）となると推定される。当該自然放出光は、光の増幅とは関係のない光であり、光増幅器１３３におけるＡＳＥノイズとなり、ＲＩＮが高くなる原因に成り得る。
【００５２】
この点において、光源装置１３では、ＢＥＦ１３４によって相対的に波長帯域幅が広がった光が光増幅器１３３に入力されている。このことにより、光増幅器１３３における長波長側のエネルギーの低い電荷が相対的に光の増幅に用いられ易くなる。このことで、入力光の増幅に寄与しない長波長側の電荷を少なくすることができ、自然放出光に起因したＡＳＥノイズを低減することができ、ＲＩＮの低減にも寄与することができる。その結果、インコヒーレントな光のＳＮ比を向上させることができる。なお、ＢＥＦ１３４が光増幅器１３３の前段に配置された構成においても、ＢＥＦ１３４によってピーク値が低減させられ相対的に光の波長帯域幅が広がるので、第１実施形態の光源装置１３と同様、ＲＩＮを低減することができる。
【００５３】
［第３実施形態］
次に、図７を参照して、第３実施形態に係る光源装置１３Ｂについて説明する。当該光源装置１３Ｂは、上述した第１実施形態の検査装置１に適用することができる。
【００５４】
第３実施形態に係る光源装置１３Ｂでは、第２実施形態の光源装置１３Ａの構成に加えて、光増幅器１３３及びＡＴＴ１３５の後段にＢＥＦ１３６（第２の光学フィルタ、第２の選択低減部）が配置されている。このような構成では、光増幅器１３３の前段に配置されたＢＥＦ１３４によって光増幅器１３３に入力される光の波長帯域幅が広がりＡＳＥノイズが低減される。更に、光増幅器１３３の後段に配置されたＢＥＦ１３６によって光増幅器１３３から出力された光の波長帯域幅（例えば半値幅）が広がり光増幅器１３３による増幅後の光のノイズを効果的に低減することができる。以上のことから、ＲＩＮを効果的に抑制し、より好適にインコヒーレントな光のＳＮ比を向上させることができる。
【００５５】
［第４実施形態］
次に、図８を参照して、第４実施形態に係る光源装置１３Ｃについて説明する。当該光源装置１３Ｃは、上述した第１実施形態の検査装置１に適用することができる。
【００５６】
第４実施形態に係る光源装置１３Ｃでは、第１実施形態の光源装置１３の構成と異なり、光増幅器１３３の出力がＡＴＴ１３５に入力されて減衰され、ＡＴＴ１３５の出力がＢＥＦ１３４に入力される。すなわち、ＡＴＴ１３５が光増幅器１３３とＢＥＦ１３４との間に配置されている。また、ＢＥＦ１３４の後段に光増幅器１３８（第２の光増幅器）が配置されており、更に光増幅器１３８の後段にＡＴＴ１３９が配置されている。このような光増幅器が多段接続された構成では、光増幅器１３３の後段に配置されたＢＥＦ１３４によって光増幅器１３３から出力された光の波長帯域幅が広がり光増幅器１３３による増幅後の光のノイズを効果的に低減することができる。更に、光増幅器１３８の前段に配置されたＢＥＦ１３４によって光増幅器１３８に入力される光の波長帯域幅が広がりＡＳＥノイズが低減される。以上のことから、ＲＩＮを効果的に抑制し、より好適にインコヒーレントな光のＳＮ比を向上させることができる。なお、光増幅器１３８は温度制御回路１３８ａ及び電流制御回路１３８ｂによって温度及び電流が制御されている。また、ＡＴＴ１３９は光制御回路１３９ａによって光の減衰量が制御されている。なお、温度制御回路１３８ａ、電流制御回路１３８ｂ及び光制御回路１３９ａは、コンピュータ２３と電気的に接続されて、これらをコンピュータ２３から制御してもよい。
【００５７】
［第５実施形態］
次に、図９を参照して、第５実施形態に係る光源装置１３Ｄについて説明する。当該光源装置１３Ｄは、上述した第１実施形態の検査装置１に適用することができる。
【００５８】
第５実施形態に係る光源装置１３Ｄでは、第４実施形態の光源装置１３Ｃの構成における光増幅器１３８に替えて光増幅器１４０が設けられている。すなわち、光増幅器１４０は、ＢＥＦ１３４から出力された光を増幅し、ＡＴＴ１３９に対して増幅後の光を出力する。光増幅器１４０は例えばファイバ増幅器等の高出力な光増幅器である。このような構成では、高出力な光増幅器である光増幅器１４０が用いられることにより、光源装置１３Ｄからの最大出力を大きくすることができる。また、第４実施形態の光源装置１３Ｃと同様にＲＩＮを効果的に抑制することができる。なお、光増幅器１４０はコンピュータ２３と電気的に接続されて、コンピュータ２３から制御されてもよい。
【００５９】
［第６実施形態］
次に、図１０を参照して、第６実施形態に係る検査装置について説明する。当該第６実施形態に係る検査装置の光源装置としては、上述した第１〜第５実施形態の各光源装置を用いることができる。
【００６０】
第６実施形態に係る検査装置１Ａは、光磁気プロービング技術により故障位置を特定する。図１０に示されるように、検査装置１Ａは、磁気光学結晶５０を備え、また、光分割光学系２７Ａ、光センサ２０ａ，２０ｂ、及び差動検出器５２を備えている点で、第１実施形態に係る検査装置１と異なる。
【００６１】
磁気光学結晶５０は、磁気光学効果により、半導体デバイスＤで発生した磁界に応じて、入力された光の偏光状態を変化させる。これにより、例えば半導体デバイスＤにおいて故障が発生している際に、当該故障に起因した通常とは異なる磁界の変化を、光の偏光状態として出力することができる。当該光の偏光状態は、光センサ２０ａ，２０ｂ（後述）によって光の強度として取得される。磁気光学結晶５０は、半導体デバイスＤに対向して配置されており、例えば当接して配置される。光源装置１３から出力された光は、光分割光学系２７Ａ、光スキャナ１４、及び対物レンズ１５を介して磁気光学結晶５０の任意の箇所に照射される。また、磁気光学結晶５０が反射した光は、光分割光学系２７Ａ等を介して光センサ２０ａ，２０ｂによって検出される。光センサ２０ａ，２０ｂはそれぞれ磁気光学結晶５０からの光を検出し、当該検出した光の強度を差動検出器５２に出力する。差動検出器５２は、入力された光の差動を検出することにより反射光の強度を検出し、検出信号としてアンプ２１に出力する。
【００６２】
光分割光学系２７Ａは、コリメータ１６，１９ａ，１９ｂと、ＰＢＳ１７ａ，１７ｂと、偏向回転素子５１ａ，５１ｂと、を含んで構成されている。光源装置１３からの光が光スキャナ１４を介して磁気光学結晶５０に照射される際には、まず、光源装置１３からの光がコリメータ１６を介してＰＢＳ１７ｂに入力される。ＰＢＳ１７ｂは、偏向成分が０度の光を透過し９０度の光を反射するように設定されている。また、ＰＢＳ１７ｂは、コリメータ１６からの光の偏光に合わせて設定されている。そのため、ＰＢＳ１７ｂはコリメータ１６からの光を透過する。ＰＢＳ１７ｂを透過した偏光成分が０度の光は、入力光の偏光面を４５度傾ける（回転させる）偏向回転素子５１に入力され、その偏光成分が４５度となる。
【００６３】
偏向回転素子５１ｂを透過した光は、ＰＢＳ１７ａに入力される。ＰＢＳ１７ａは、偏向成分が４５度の光を透過し１３５度の光を反射するように設定されている。よって、偏向回転素子５１を透過した光はＰＢＳ１７ａを透過する。ＰＢＳ１７ａを透過した偏向成分が４５度の光は、入力光の偏光面を２２．５度傾ける（回転させる）偏向回転素子５１ａを透過して、その偏光成分が６７．５度となり、光スキャナ１４に入力される。当該光は、対物レンズ１５を介して磁気光学結晶５０に照射される。
【００６４】
磁気光学結晶５０からの反射光（戻り光）は、対物レンズ１５及び光スキャナ１４を介して偏向回転素子５１ａに入力される。当該反射光（戻り光）は偏向回転素子５１ａをもう一度透過することによって偏向成分が２２．５度傾き、９０度となる。当該偏向成分が９０度の反射光はＰＢＳ１７ａによって偏向成分が４５度の光及び１３５度の光に分割される。偏向成分が１３５度の光は、ＰＢＳ１７ａにて反射しコリメータ１９ａを介して光センサ２０ａに入力される。当該光からは、「戻り光（反射光）量の半分＋カー効果に応じた光量」の信号を検出することができる。一方、偏向成分が４５度の光は、ＰＢＳ１７ａを透過し、偏向回転素子５１によって偏光面を４５度傾けられて偏光成分が９０度の光となりＰＢＳ１７ｂに入力される。当該偏向成分が９０度の光は、ＰＢＳ１７ｂにて反射しコリメータ１９ｂを介して光センサ２０ｂに入力される。当該光からは、「戻り光（反射光）量の半分−カー効果に応じた光量」の信号を検出することができる。そして、光センサ２０ａ，２０ｂが検出した光の差動が差動検出器５２によって検出され、反射光の強度を示す検出信号がアンプ２１に出力される。これにより、カー効果（偏光の回転量）に応じた光信号を検出することができる。このことで、半導体デバイスＤで発生している磁界（磁場強度）の変化を推定することができ、例えば、故障に起因した、通常とは異なる磁界の変化を検出することができる。
【００６５】
以上、本発明の実施形態について説明したが本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、第１実施形態〜第５実施形態において、光増幅器、ＢＥＦ、及びＡＴＴ等の様々な接続形態、配置を説明したが、これに限定されず、光増幅器、ＢＥＦ、及びＡＴＴ等の配置は適宜変更されてもよいし、各構成の段数が更に増えてもよい。
【００６６】
また、光源１３１が１つである例を説明したがこれに限定されず、光源（例えばＳＬＤ）が２つ設けられた構成であってもよい。すなわち、２つの光源がそれぞれ光カプラに光学的に結合され、当該光カプラがＡＴＴに光学的に結合された構成であってもよい。また、光調整部であるＡＴＴによって光が減衰される例を説明したが、光調整部は、適切な強度まで光を増幅する光増幅器等であってもよい。
【００６７】
さらに、本発明に係る光源装置１３は、半導体デバイスを検査する検査装置に限らず、生体試料や工業製品を観察する顕微鏡装置など他の用途へ応用してもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１，１Ａ…検査装置、１１…テスタ（信号印加部）、１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ…光源装置、１４…光スキャナ（照射光学系）、２０，２０ａ，２０ｂ…光センサ、５０…磁気光学結晶、１３１…光源、１３２，１３５，１３９…ＡＴＴ（アッテネ―タ、光調整部）、１３３…光増幅器（第１の光増幅器）、１３４…ＢＥＦ（第１の光学フィルタ、第１の選択低減部）、１３６…ＢＥＦ（第２の光学フィルタ、第２の選択低減部）、１３８…光増幅器（第２の光増幅器）、Ｄ…半導体デバイス。
【図１】
2016223899.tif 000007
【図２】
2016223899.tif 000008
【図３】
2016223899.tif 000009
【図４】
2016223899.tif 000010
【図５】
2016223899.tif 000011
【図６】
2016223899.tif 000012
【図７】
2016223899.tif 000013
【図８】
2016223899.tif 000014
【図９】
2016223899.tif 000015
【図１０】
2016223899.tif 000016