計測自動制御学会産業論文集
Vol. 2, No. 3, 19/26 (2003)

レーザーＳＱＵＩＤ顕微鏡の開発と半導体検査への応用
大 坊 真 洋 *・菊 地 利 雄 **Development of Laser SQUID Microscope and Application for Non-contacting
Evaluation of Semiconductor
Masahiro Daibo*・Toshio Kikuchi**
Abstract
Abstract: We developed laser SQUID microscope that consists of a high temperature superconductor SQUID
magnetometer and a laser diodes. SQUID detect photogenerated magnetic signals on semiconductors with anamplitude of several hundred femto-tesla. The relationship between the photogenerated magnetic fields and thewavelengths of the excitation light was investigated and the minority carrier diffusion length was obtained for p-njunction structure. The results were found to be in good agreement with those obtained using the probe contacting
method. We also demonstrated grain boundary measurement for poly-crystal silicon. The laser SQUID microscopecan enable a truly non-contacting and contamination free test of equipment with a high special resolution, and canenable testers to make quantitative evaluations. The laser SQUID method can be used to take immediate measurements without any required pretreatment. These features make this method very advantageous for monitoring thesemiconductor process.
Keywords
Keywords: SQUID, laser, nondestructive testing, semiconductor, carrier diffusion length

１ . はじめに解能は，SQUID の受感部のサイズ d か，SQUID と対象物の距離rの，いずれか大きい方で決まる．空間分解能が高くならない
主因は，超伝導状態を維持する断熱領域に要する距離である．

１．
１ SQUID による計測の現状
１．１

最近では，サファイヤ窓と伝導冷却を使った薄底の断熱容器が開発され，磁場分布の空間分解能として数十〜 100µm 以下

SQUID（Superconducting QUantum Interference Device:
超伝導量子干渉素子）は，現存する磁気センサーの中で最も高い磁気感度（高温超伝導 SQUID で 100fT 以下）を有するのが実現されている．しかしながら，デュアー冷却時の熱伸縮や大気圧の影響があるので，SQUID とサファイヤ窓間の距離で，微弱な電磁気現象を計測する時には，非常に魅力的なセンサーである．磁気分布は，対象内部の不可視な現象を反映（真空断熱距離）を微調整しなければならず，使い勝手はあまり良くない．また，サファイヤ窓と室温対象物を近接させるする場合があり，
磁気計測は様々な診断や検査に有用である．
微弱で微細な磁場分布を画像化するために SQUID 顕微鏡がのも，操作上それほど簡単ではない．空間分解能を向上させるためには r を小さくすると共に，d も小さくする必要があ開発されており，材料研究や非破壊検査の研究に使用されている．SQUID 顕微鏡には，対象物の置かれる状態（温度，真空中）によって，構造が異なる２種類がある．
一つは，低温で真空中に置かれた対象物を検査対象としたものであり，SQUIDと対象物は，ほぼ接触状態まで近接して配置される．冷却された対象物でないと適用できないが，例えば超伝導材料などの観察には適している．このような SQUID
顕微鏡では，10µm 以下の空間分解能が実現されている．
もう一つは，Fig. 1 のように室温（高温）で大気中に置かれたものを対象としたものである．対象物と SQUID は真空により熱的に絶縁されている．室温の対象物を計測しようとした時，高い磁気感度を保ったまま SQUID 顕微鏡の空間分解能を高くすることは困難である．一般に SQUID 顕微鏡の空間分* 岩手大学工学部電気電子工学科

盛岡市上田 4‑3‑5** 岩手県工業技術センター* Electrical and Electronic Engineering Department, Fac‑
Fig. 1 Comparison between conventional SQUID and
Laser SQUID Microscope. The minimum spatial resolution is determined by laser spot size for laser SQUID
microscope.

ulty of Engineering, Iwate University.
** Electronics and Mechanics Division, Iwate Industrial
Research Institute.
(Received January 29, 2003)19

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プトである．レーザー光は SQUID と非常に相性が良い．なぜなら信号を誘発させる励起信号としているレーザー光そのものは，SQUID が検出する低周波の磁場を発生しない．そのた
め SQUID のような超高感度のセンサーであっても S/N 比が高い状態で測定が可能となる．
Fig. 2 に，レーザーを対象物に照射して，磁場が誘発されると考えられる幾つかのメカニズムをまとめた．大きく分類
すると，熱を介在しないものと，介在するものとに分けられる．半導体のような光電効果を有し，光から直接的に電流（磁場）を発生できるもの（同図で赤線で示した経路）は，前者である．本論文で述べるのは，この部分に限定するが，熱を介する方法では多様な応用（例えばレーザーアニール，溶接

Fig. 2 Possible mechanism of photo induced magnetic
field. The red traced route is demonstrated in this paper.

の計測制御など）がありえる．
さて，レーザーと SQUID の組合せはによる研究は，我々を含めて３つの機関で独立に進められている．PTBのSchurig6,7）
らの発表が最初である．NEC の二川 8,9,10） らのグループでは，る．しかしながら，dを小さくすると磁気感度が低下してしま
い SQUID の長所が失われてしまう．そのため，d が大きいままで空間分解能を向上させる方法が必要である．産業分野でL S I の配線検査にこれを応用する研究を進めており，レーザーと SQUID の組み合わせによって，半導体が，SQUID の産

SQUIDを応用する場合，
ほとんどの対象物は室温で大気中の置かれた状態にあると予想される．室温の対象物に対して空間

業的応用のターゲットになりつつある．
レーザー SQUID 顕微鏡を半導体に応用した場合，次のよう分解能が低いという短所（他に，冷却および磁気シールドの必要性が加わる）が，SQUID顕微鏡を適用できる対象範囲を制な特徴が挙げられる．
a)磁場を発生する電流の生成領域が，レーザースポットサイ

限している一因となっている．半導体の検査に使えるような
マイクロ・メートルレベルの分解能まで改善するには，なんズ＋拡散長程度に限定できるため，レーザースポットの位
置でマッピングすれば走査型顕微鏡としての画像が得ら

らかのブレークスルーが必要と考えられる．
1.2 レーザーと SQUID の組合せ

れ，SQUID の低空間分解能を補うことができる．
b)光で励起して，磁場を計測するので，非接触計測であり，そこで，我々は Fig. 1(b)のように，レーザー光照射によ対象物の破壊や汚染が一切ない．
c)アクティブ型の計測なので，ノイズ除去が容易となり，簡り微小領域に磁場の変化を誘発させ，その磁場を SQUID で高感度に計測する原理のレーザー SQUID 顕微鏡の開発を進めて易な磁気シールドでも計測可能となる．

きた 1‑5）．レーザー照射により，磁場が変化するような特性を持った対象物でなければならないという制限はあるが，レー１．
３ 半導体からの磁場発生
１．３
半導体にバンドギャップ以上のフォトンエネルギーを有す

ザー光のスポットサイズ s は容易にマイクロメートルオー
ダーにできるので，これにより空間分解能を大幅に改善する

るレーザー光を照射すると，電子および正孔が生成される．
Fig. 3(a)のように半導体が均一で，内部電界（例えば p‑n接ことができる．空間分解能は光の集光性を利用して向上させ，
SQUIDのサイズdは大きいままで高感度を維持するのがコンセ(a)

合，不純物濃度のゆらぎ，結晶粒界等）が存在しなければ，少(b)Fig. 3 Magnetic field caused by photo-generated excess carriers.
(a) without internal electric field such as p-n junction or inhomogeneous impurity distribution or grain boundary, (b) with p-n junction.

20

Fig. 4 Band diagram of p-n junction and magnetic field under the photo illumination.

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ために，exp(‑αd)に応じて φ を調整する．反射率 R は波長によって若干の依存性があるが，これは十分に小さいので一定数キャリア（例えばｎ型半導体中の正孔）は，拡散によって等方的に広がる．この場合，磁場は互いにキャンセルされる．
もし，Fig. 3(b)のように少数キャリアの拡散長以内に内部電として扱う．式（３）は，Y 軸を 1/B，X 軸を 1/α とすると，直線状のグラフになり，X軸の切片の符号を反対にした値がLpと界が存在すると，空乏層へ到達した少数キャリアは電界で加速され反対の型の領域に広がる．そのため，電流の分布が等なることがわかる．シリコンの光吸収係数 α は，波長依存性があるので，波長を変えることにより X 軸の値を変化させて方的でなくなり，磁場がキャンセルされず外部に発現する．
この状態をエネルギーバンド図にするとFig. 4のようになプロットが得られる．

る．
測定サンプルは電気的にどこにも接続されていないので，電流は外部に流出することができない．空乏層の電界に捕ら

３．実 験

われてｐ型領域に入った正孔はｐ型領域に蓄積する．このとき，p‑n接合と平行に弱い電界が生じる．多数キャリアの蓄積製作したレーザー SQUID 顕微鏡装置について Fig. 5 のシス
テムブロック図と，Photo 1 および Photo 2 を用いて説明すによって，p‑n 接合が順バイアスされ，正孔は，n 型領域に再注入される．注入された正孔は，電子と再結合することにる．半導体レーザー LD には，波長 λ が 684, 783, 809, 851nmの４種類を用いた．半導体レーザーは，ペルチェ素子で一定

よって，電流が閉ループとなる．結果的には反時計回りの電流が還流し，特定の方向（表示の都合上，電子のエネルギー

温度に制御されており，出力および波長変動の影響が最小になるようにしている．試料に照射されるレーザー光のパワー

軸と磁場の軸を重ね合わせている）に磁場が発生する．
これまでの我々が報告したものには，磁気シールドの無いは各波長共 2mW 程度である．半導体レーザーは，磁気シール
ドボックス SH‑2 及び，電磁シールドルーム SH‑1 の外に配置

条件で，高温超伝導 SQUIDグラジオメータ（差動型コイル）を用い，p‑n 接合の画像化を行った報告がある 4)．さらに , 磁気

し，レーザー光をシングルモード光ファイバーSFで試料近傍まで導光することによって，半導体レーザーからのノイズ混シールド中で SQUID マグネトメータを用い，異なる２波長のレーザー光で光電流を発生させ，一定磁場を発生する時の光入が最小になるようにしている．半導体レーザーをデューティー比 50%，周波数 3kHz で直接変調した状態で，レーザー束量を計測して，少数キャリアの拡散長を見積もった報告がある 5)．本論文では，単結晶シリコンサンプルに対し，レー光を遮光板で遮った時のノイズレベルは，検波帯域幅 0.25Hzの条件で，170fT/Hz(1/2)であった．レーザー光を変調すること

ザー光を４波長に拡張して，少数キャリア拡散長を定量的に計測した結果について述べる。さらに多結晶シリコンの結晶により，ロックインアンプ(Lock‑in)を用いて低ノイズで狭帯域検出し，微弱信号を検出した．レーザーの駆動電流を変化

粒界における磁場分布計測結果についても報告する．

させて光束量を制御すると，ノイズレベルも若干変化するので，光束量は ND フィルター F で光学的に調整した．光ファイ

２． 光電流磁場とキャリア拡散長の抽出

バーの先端に接続したコリメータレンズでレーザー光を平行光に調整し，倍率 50 倍，N.A. 0.8 の対物レンズ OL で試料表

p‑n接合に光を照射した時の電流 J は式（１）で表される 11)．

 Lp
Ln 
+
J = q(1 − R )φ exp(− αd )
 L +1 α L +1 α n p

面に集光した．スポットサイズは 20 µm が得られている．光
学部は所謂，倒立顕微鏡の構成となっており，ピント調整や（１）

試料表面の光学観察は，ＣＣＤカメラで随時行うことができる．

ここで，p型またはn型の一方の不純物濃度が他方よりも十分に高い時は，高濃度側での少数キャリアの寿命は短いので，レーザー照射位置の走査は，試料を移動させて行った．試料を移動させるステージ（京セラ製）の主構成材料はセラミ全体への寄与から省略して近似することができる．ここではｐ型の濃度が高くｐ層の厚みが薄い p+‑n 接合とする．

クスであり，ピエゾアクチュエータで駆動して，磁気ノイズが最小になるようにしている．フルストローク（20mm）量をJ = q (1 − R )φ exp( −αd )移動させても，FLL（磁束ロックループ）のロックが外れることはない．サーボ制御により0.2 µmの位置合わせ精度を実現

Lp
Lp + 1 α

（２）

している．
SQUID（Tristan Technology 社製）は，高温超伝導体(YBCO)

ここで q:素電荷，R:反射率，φ:フォトンフラックス，Lp:少であり液体窒素に浸して冷却するタイプである．
SQUIDとレー
ザースポット間の距離は，約 10.2mm であり，SQUID のサイズ

数キャリア（正孔）の拡散長，α:光吸収係数，d:空乏層厚さである．

は 8mm である．磁気感度のある方向 Bz は，試料に対して垂直な方向である．

式（２）で発生する電流が SQUID の存在する空間に発生させる磁束密度 B は，C を比例係数として B=CJ で表される．そ

磁気シールド環境は，厚さ t=0.8mm のパーマロイ２層とt=5mm のアルミニウムから構成される磁気シールドボックス

して右辺，左辺のそれぞれ逆数にすると式（３）の関係となる．

1= C0 (L p + 1 α )B

SH‑2（シールド率 ‑20dB@150Hz)と，厚さ t=20mm のアルミニウ
ム製の電磁シールドルームSH‑1の２重構成となっている．ア（３）

ルミニウムだけでも，厚みが 20mm もあると，比較的低周波までシールド効果がある．アクティブ計測の場合，ロックが外

但し，C0=1/C(q(1‑R)φLpexp(‑αd))であり，C0 を一定とする

れない限り，信号検出が可能なので，生体計測のような厳重

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なシールドは不要であり，このような簡易シールドでも十分である．
４. 結 果４．
１ p‑n 接合を有する単結晶シリコン
４．１
Fig. 6 に p‑n 接合を有する単結晶シリコン試料の磁場分布の波長依存性を示す．レーザー照射位置を20µm毎に移動させて１波長あたり 250 サンプル点を測定した．試料は，プレー
ナー型のダイオード構造（p+/n）であり，p 型アイランドが周期的に配置されたものである．この一つのアイランドを横切るように直線的にスキャンした．Fig.6(a)は，sample‑1 でありｎ型の不純物濃度が 1x10 14 cm ‑3 である．Fig.6 (b)はsample‑2 であり，6x1014 cm‑3 である．ｐ型アイランドの不純物濃度はいずれのサンプルも 1x1018 cm‑3 であり，接合深さはFig. 5 Diagram of a multi-wavelength laser SQUID
microscope. LD: laser diode, SF: single mode fiber, F:
neutral density filter, HM: half mirror, M: mirror, PM:
optical power meter, WL: halogen lamp, OL: objective
lens, XY: ceramic X-Y stage, XY cnt.: XY stage controller,
FG: function generator, DUT: silicon wafer, FLL: Flux
Locked Loop, CCD: Charge-Coupled Device camera, PC:
Personal Computer, SH-1: electromagnetically shieldedroom (aluminum), SH-2:magnetically shielded box(double layer permalloy).

4µm である．空乏層厚さ d は，SRP(Spreding ResistanceProfiling method)の測定結果により，1µm と仮定した．縦軸の磁束密度 BZ は，SQUID の出力をロックインアンプで位相検波した振幅に対応している．BZ が極大となる場所（図中で４箇所）が p‑n 接合の側壁部である．Fig. 6(a)の磁場分布をみると，p型アイランドの両端で磁場が最大となり，中央部で最小となっている．
この傾向は全てのサンプルに当てはまった．
特に，短波長側の 684nm の磁場分布（青線）には，p‑n 接合の側壁部で鋭いピークが現れた．
Fig.6(a)では左右ほぼ対称となっている典型的な磁場分布を示したが，Fig.6(b)のように左右が非対称となるチップも数割の割合で存在する．このようなチップは，チップ内の何らかの要因（例えば，不純物濃度勾配，拡散電位差など）により，電流分布が非対称になっていると思われる．単純な接触式の計測ではチップ全体の平均値しか測定できないので，
このようなチップ内の分布に関する情報は，従来の測定方法では得られない．本レーザー SQUID 法ならば，同一アイランド内部の分布も計測できることが分る．
さて，分布を計測できることは良いが，多点の測定には時間を有する．我々の実験では，ステージを移動させてから，
ロックインアンプの値が定常的な状態になるまで，およそ２秒程度の時間を必要とする．そこで，レーザーの波長を切り

Photo 1 Overview of experimental setup.

替えて，磁場のレーザー波長依存性を利用する．この効果を利用して，式（３）の関係により少数キャリアの拡散長を算出した．
Fig. 7 は不純物濃度が異なる２種類のサンプルの 1/ B と
1/α の関係を図示したものである．各波長（４波長）の時の1/B と 1/α を求め，４点を最小自乗で直線近似して，外挿した X 切片から Lp を得ている．４つの波長について，それらの関係が直線状になり，その X 切片（1/α 軸）が拡散長を示していることを確認できる．磁場の大きさが異なる４箇所のデー
タ（それぞれのサンプルで４本の直線に対応）は，いずれも一定の拡散長に収束している．すなわち，波長を変化させて測定すれば，p‑n接合の空間的な分布を測定しなくても，一点の測定だけで，キャリア拡散長の測定が可能であることがわ
かる．Fig.8にはこのようにして算出した，全測定点での拡散長分布を示した．波長依存性を使うと，グローバルな磁場分

Photo 2 Optical part setup.

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Fig. 7 Plot of 1/B versus 1/α . The intercept with the 1/αaxis corresponds to the diffusion length Lp. λ1=684,
λ2=783, λ3=809, λ4=851 [nm].

(a)

(b)
Fig. 6 Photogenerated magnetic fields as a function of theillumination position for different laser diode wavelengths. (a) sample-1 whose concentration of n-type
substrate is 1x1014 cm-3 , (b) sampe-2, 6x1014 cm-3.

Fig. 8 Distribution of estimated minority carrier diffusion
length.
領域となる場合もあり，不均一な光電流分布となる．結晶粒
界は，太陽電池の性能を劣化させており，これを評価することは重要である．通常，結晶粒界は光学的にも観察可能であ布のシフトに影響されずに，安定に少数キャリア拡散長を抽出できることがわかる．p‑n接合が存在するp型アイランド上る．しかしながら，全ての結晶粒界が電気的特性を劣化させるのではなく，存在していても電気的には不活性で問題のなにレーザーを照射すれば，S/Nが極端に悪化する磁場が最小となる領域を除いて，一定の拡散長が得られている．これによい場合もある．したがって，電気的な結晶粒界を評価するのが好ましい．Fig. 9 に多結晶シリコンサンプルの磁場分布をり，高速で定量的な計測が可能になる．試料は基板の不純物濃度の異なる２種類であり，不純物濃度の低い S a m p l e ‑ 1

測定した結果を示す．試料は，ｐ型基板の表面全体にｎ型を設けた構造となっている．試料外周部で磁場が大きくなるグ( 1 x 1 0 1 4 c m ‑ 3 ) では長い拡散長( 4 4 µm ），不純物濃度の高い
Sample‑2(6x1014 cm‑3)では短い拡散長(23µm）が得られた．こ

ローバルな磁場分布の中に，局所的に不連続な部分がある．
この部分が結晶粒界と考えられる．

れらの値は，
接触式のSRP(Spreading Resistance Profiling)法で得られた値と良く一致した．

５． 考 察４．
２ 多結晶シリコン
４．２

５．
１ 開放回路中での光電流と磁場５．１

太陽電池で多用される多結晶シリコンの結晶粒界には内部電界が存在しており，光照射した場合には p‑n と同様に，光

Fig.10 の試料断面図により，サンプル中での光電流と磁場の関係を考察する．例えばFig.10(a)のように，アイランドの電流の駆動源となる．またそれと同時に，キャリアの再結合

左側にレーザー光を照射した場合を考える．使用したレー23

計測自動制御学会産業論文集
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Fig. 9 Magnetic field distribution of multi-crystal siliconsolar cell.

Fig.10 Direction of the photocurrent corresponding to thephoto illumination point. A white circle is hole, and a
black circle is electron. (a) left side of p-type island, (b)center, (c) right and far side, just on the vertical scr.

ザー光のシリコン中での侵入長は 4µm 以上あるので，ｐ型アイランド底部の p‑n 接合まで光が到達している．ｎ型基板中の少数キャリアである正孔のうち，空乏層までの距離が拡散長よりも短い位置にある正孔は，空乏層の内部電界に捕らわ

Fig.10(c)のようにｐ型アイランドの側壁部にレーザーを照れてｐ型アイランド側へ送り込まれる．ｐ型アイランド側は
不純物濃度が高いので，その少数キャリアである電子はすぐ射した場合には，側壁に沿って（紙面に垂直方向へ）電流が流れる経路が生じる．そのため，基板に垂直方向の磁場が発に再結合し，磁場発生にはほとんど寄与しない．そしてレーザー光が照射されている部分の，ｎ型基板側はわずかにマイ

生する．アイランドの側壁部では，側壁に沿って流れる光電流による磁場が，SQUID の感受方向（基板に垂直方向）と一致

ナスに，ｐ型アイランド側はプラスにバイアスされる．その結果，ラテラル方向へバイアスが発生し，それぞれの多数
キャリアは，右側にドリフトする．試料は外部に電気的に接するので，この成分が信号に加わり，ピークが現れる．特に短波長側（λ=684nm）では，レーザー光の進入長がアイランド
深さと同程度になるので，この効果が顕著である．波長が長くなると，アイランドよりも深いところまでレーザー光が進続されていないので，キャリアは外に出ることができず，結果的にｐｎ接合は順方向にバイアスされて，過剰に蓄積した入するので（λ=851nm の場合約 20µm），深いところで発生するキャリアの比率が増え，側壁部での信号ピークが目立たなく

多数キャリアは反対の型の方へ注入される．注入される場所
は，接合全体に分布するが，特に拡散電位差が低い部分（不なる．また，アイランドの中央部にレーザーを照射した場合には，電流方向が対称となるので，磁場がキャンセルされて純物濃度差が小さい部分）や，欠陥部があれば，その部分で電流密度が上昇する．そして，再結合が起こり電流の閉ルー極小となる．
位相検波では振幅成分と位相成分が測定できるが，位相成プとなる．この場合，時計回りの電流が発生し，紙面の手前から向こう側へ向かう磁場が発生する．

分は磁場の方向を反映している．実験結果ではサンプル中央付近（磁場が極小となる場所）で位相の極性が反転した．電Fig.10(b)のようにｐ型アイランドの中央にレーザー照射した場合には，電流分布が左右対称となり，磁場はキャンセル流の方向を推定するには，厳密にはベクトル計測が必要となるが，上記の考察と実験結果は一致している．

されて極小となる．

Table 1 . Classification of semiconductor evaluation methods that utilize light orelectron beam.

24

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５．
２ 他の検査方法との比較
５．２

謝

半導体にビーム（光，電子線）を照射して，それに誘発さ辞

多結晶シリコンの試料を提供して頂いた奈良先端科学技術
大学院大学物質創成科学研究所の浦岡行治助教授に感謝いたれる物理量を計測する方法は，これまで様々な方法が開発されている．Table 1 に，レーザー SQUID 法を含めて分類し，比します．またノイズ低減など実験に協力していただいた（株）
島津製作所基盤技術研究所の冨田司氏に感謝いたします．

較した．最も多いのは，光を照射して，電流を計測することを原理とする方法である．その場合，試料には電流を計測するために，最低でも２端子の電極を接続する必要がある．
Surface Photovoltage 法では，静電容量で結合した電極で，参 考 文 献1)

光照射による半導体表面の電位変化を計測する．これは一見すると非接触的ではあるが，実際は反対側（裏面）に電極が大坊，小高，志子田：レーザー励起スクイド顕微鏡の提案，2000 年秋季第６１回応用物理学会学術講演会予稿
集，3p‑ZM‑14，210 (2000)

１つ必要であり，非接触とはいえない．通常，電極を接続するためには，金属や電解質を接触させるなどの方法を用いる

2)

が，この場合，表面に微小な傷を残すだけでなく，金属等のイオンによる汚染を引き起こす．そのため，抜取による破壊

3)

検査となり，現物を検査してラインに戻すようなことは不可能である．半導体ウエハーの大口径化（１２インチ）に伴い，大坊，小高，志子田：レーザー励起 SQUID 顕微鏡の開発，
計測自動制御学会第１７回センシングフォーラム資料，
227/232 (2000)
大坊，小高，志子田：レーザー・スクイド顕微鏡による磁場の画像化，電気学会センサ・マイクロマシン準部門
平成１２年度総合研究会，PHS‑00‑28
PHS‑00‑28，65/70 (2000)
PHS‑00‑28

ウエハー１枚あたりの価値は上昇しており，検査による損失は無視できない．本提案のレーザー SQUID 顕微鏡法では，磁4)場を計測するので試料に接触させる電極は，一切不要であり，汚染は発生しない．
汚染せずに検査することが可能になれば，

Masahiro Daibo, Tadashi Kotaka and Arimitsu Shikoda:
Photo‑induced Magnetic Field Imaging of p‑n Junction
using Laser SQUID Microscope, Physica C, 357‑360
357‑360,
1483/1487 (2001)

そのメリットは大きい．
例えば LSI の製造プロセスの途中で，イオン注入やアニー

5)ルなどの工程毎に電気的特性を確認しながら作業を進めることができる．また，液晶やエレクトロ・ルミネッセンスの平面ディスプレイで使われる薄膜トランジスタ，および太陽電池で使われる多結晶シリコンでは，その結晶粒界によるキャ
リアのトラップや再結合が，それらの性能を劣化させている．

Masahiro Daibo, Arimitsu Shikoda and Masahito
Yoshizawa: Non‑contact Evaluation of Semiconductors
using a Laser SQUID Microscope, Physica C, 372‑
376, 263/266 (2002)
376

6) J. Beyer, H. Mats, D. Drung and Th. Schurig: Magnetic
detection of photogenerated currents insemiconductor wafers using superconductiong quantum
interference devices, Applied Physics Letters 74
74‑

製造工程の途中で，電気的な状態を検査できれば，レーザー・
アニーリングによって修復することが可能となり，歩留まり

19, 2863/3109 (1999)
7) T. Schurig, J. Beyer, D. Drung, F. Ludwig, A. Ludgeが向上するだろう．
また，高抵抗ｎ型シリコンやワイドバンドギャップ半導体

and H. Riemann: NDE of Semiconductor Samples andPhotovoltaic Devices with High Spatial Resolution

では，金属針を接触させるだけでは安定なオーミックコンタ
クトを得ることが難しい．レーザー SQUID 顕微鏡ならば，試Utilizing SQUID Photoscanning, IEICE Trans.
Electron. E85‑C
E85‑C, 665/669 (2002)

料への電気的な接点が不要であるので，このような試料へも適用可能である．
8)
６． まとめ二川，井上：レーザビームと SQUID 磁束計を組み合わせ
た新しい非破壊・非接触チップ検査・解析技術−走査レーザ SQUID 顕微鏡−，電子情報通信学会集積回路研究
会資料，大阪大学 (2000)

レーザーと高温超伝導 SQUID を組合わせたレーザー SQUID
顕微鏡を開発し，半導体の非接触評価を行った．多波長の9)レーザー光を用いることによって，p‑n接合を有する単結晶シ
リコンウエハーの少数キャリアの拡散長を定量的に評価する

Kiyoshi Nikawa, and Shoji Inoue, Novel nondestructive
and non‑electrical‑contact failure analysis
technique Laser SQUID Microscopy, Proc. IEEE 39th
Reliability Physics Symposium, Orlando, Florida,方法を示した．さらに，多結晶シリコンの太陽電池セルの結晶粒界を検出できることを示した．本方法では，電気的な接289/293, (2001)
10) K. Nikawa: Laser‑SQUID Microscopy as a Novel Tool

触も，試料表面の前処理も必要としないので，ウエハーに汚染やダメージを与えることはない．そのため，半導体（LSI,
低温ポリシリコンTFT，ワイドバンドギャップ材料等）を製造
プロセスの途中で検査する用途に好都合である．検査汚染がfor Inspection, Monitoring and Analysis of LSI‑
Chip‑Defects: Nondestructive and Non‑electrical‑
contact Technique, IEICE Trans. Electron. E85‑C
E85‑C,

無いので，検査後に製造ラインに復帰でき，抜取検査用のダ
ミーウェハーが不要で，検査によるスクラップウェハーが排11) E. D. Stokes and T. L. Chu, "Diffusion lengths in

746/751 (2002)

出されない．本システムは，半導体産業の効率化にとっても，
また SQUID の産業応用を加速する上でも，有益と思われる．

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計測自動制御学会産業論文集
Vol. 2, No. 3, 19/26 (2003)

solar cells from short‑circuit current
measurements", Appl. Phys. Lett., 30
30‑8, 425/426,(1977)
[著

者

紹

介]

大 坊 真 洋 （正会員）
1999年岩手大学大学院工学研究科博士後期課
程電子情報工学専攻修了，1990年新日本無線（株）入社 A/D 変換 LSI の設計に従事， 1994
年岩手県工業技術センター入所 X 線 CT，計算機ホログラフィの研究，2002年岩手大学工学部電気電子工学科講師，2000年度計測自動制御学会技術奨励賞，電子情報通信学会，応用物理学会，IEEEの各会員 , 工学博士
菊 地 利 雄1988 年慶應義塾大学大学院理工学研究科修士課程修了．同年宇宙開発事業団入社．人工衛星搭載電子機器の研究開発に従事．2001年
岩手県工業技術センター入所．
レーザー SQUID 顕微鏡の開発などに従事。電気学会、日本エネルギー学会会員。

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