JP6283507B2 - 半導体デバイス計測装置及び半導体デバイス計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体デバイス計測装置及び半導体デバイス計測方法に関する。

集積回路を検査する技術として、ＥＯＰ（Electro Optical Probing）やＥＯＦＭ（Electro-Optical Frequency Mapping）と称される光プロービング技術が知られている。光プロービング技術では、光源から出射された光を集積回路に照射し、集積回路で反射された反射光を光センサで検出して、検出信号を取得する。そして、取得した検出信号において、目的とする周波数を選び出し、その振幅エネルギーを時間的な経過として表示したり、２次元のマッピングとして表示したりする。これにより、目的とした周波数で動作している回路の位置を特定することができる。

特開２００７−６４９７５号公報 特開２０１０−２７１３０７号公報

上述したような光プロービング技術は、集積回路等の半導体デバイスにおける故障個所及び故障原因などを特定し解析し得ることから、極めて有効な技術である。ここで、光プロービング技術により取得した検出信号は、所定の周波数において時間波形が歪むことがある。この場合には、解析精度が劣化するおそれがある。

そこで、本発明は、解析精度がさらに向上した半導体デバイス計測装置及び半導体デバイス計測方法を提供することを目的とする。

本発明の半導体デバイス計測装置は、半導体デバイスに入力する動作パルス信号を発生させる動作パルス信号発生部と、光を発生させる光発生部と、光を半導体デバイスに照射する光照射部と、光に対して半導体デバイスが反射した反射光を検出し、検出信号を出力する光検出部と、検出信号を増幅し、増幅信号を出力する増幅部と、増幅信号及び所定の補正値に基づいて半導体デバイスの動作を解析する解析部と、を備え、所定の補正値は、動作パルス信号の基本周波数の高調波に相当する信号が増幅部によって増幅された信号に基づいて求められたものである。

この半導体デバイス計測装置では、実際に半導体デバイスを駆動させるために入力される動作パルス信号に基づいて求められた補正値が、解析部による解析時に用いられている。このように、補正値が、半導体デバイスの動作パルス信号に応じたものであることによって、当該動作パルス信号に適した補正を行うことができ、補正精度を向上させることができる。また、検出信号の時間波形の歪みの一因は増幅部の周波数特性が均一でないことにあるところ、増幅部による増幅後の信号に基づいて求められた補正値を用いることによって、増幅部に出力された増幅信号を適切に補正することができる。以上より、本半導体デバイス計測装置によれば、解析精度を向上させることができる。

また、本発明の半導体デバイス計測装置では、パルス信号を生成する信号生成部をさらに備え、所定の補正値は、信号生成部が、基本周波数のｎ次高調波のパルス信号である高調波信号を順次生成することにより求められたものである。基本周波数のｎ次高調波のパルス信号を順次生成することによって、半導体デバイスの動作パルス信号に応じた補正値を導出することができる。

また、本発明の半導体デバイス計測装置では、ｎは正の整数である。１次高調波（基本波）から順に正の整数次の高調波のパルス信号を生成することで、所望の補正値を確実に導出することができる。

また、本発明の半導体デバイス計測装置では、ｎは２のｍ乗であり、ｍは０及び正の整数である。１次高調波（基本波）から順に２のｍ乗次の高調波のパルス信号を生成することで、補正値導出に要する時間を短縮しながら所望の補正値を導出することができる。

また、本発明の半導体デバイス計測装置では、パルス信号は、デューティー比が４０％〜６０％である。パルス信号のデューティー比を４０％〜６０％とすることで、ある高調波の奇数倍の周波数成分の補正値を導出することができる。すなわち、例えばデューティー比が５０％の１次高調波のパルス信号を生成することによって、１次高調波だけでなく３次、５次、７次といった奇数倍の高調波の周波数における補正値を導出することができる。よって、例えば、上述した２のｍ乗次の高調波のパルス信号のみを生成すれば所望の補正値を全て導出することが可能となる。このことで、補正値導出に要する時間を短縮することができる。

また、本発明の半導体デバイス計測装置では、所定の補正値は、光発生部が、信号生成部が生成した高調波信号に基づいて変調した変調光を発生し、光検出部が、変調光を検出して高調波信号の検出信号を出力することにより求められたものである。高調波信号に基づく変調光が光検出部によって検出されることにより、補正値の導出を容易に行うことができる。

また、本発明の半導体デバイス計測装置では、所定の補正値は、信号生成部が生成した高調波信号が増幅部に入力されることにより求められたものである。信号生成部からの高調波信号が増幅部に入力されることにより、光を発生させることなく容易に補正値の導出を行うことができる。

また、本発明の半導体デバイス計測装置では、解析部は、増幅信号を所定の補正値で補正するとともに、補正後の増幅信号の周波数成分のうち、所定の補正値が求められている範囲の周波数より高い高周波成分を低減する。これにより、所定の補正値により補正がなされてない高周波成分のノイズが強調されることを抑制できる。

また、本発明の半導体デバイス計測装置では、解析部は、増幅信号を所定の補正値で補正するとともに、補正後の増幅信号の周波数成分のうち、動作パルス信号の基本周波数以下の低周波成分を低減する。これにより、低減が困難である低周波成分のノイズを適切に低減することができる。

本発明の半導体デバイス計測方法は、半導体デバイスに入力する動作パルス信号を発生させる動作パルス信号発生工程と、光を発生させる光発生工程と、光を半導体デバイスに照射する光照射工程と、光に対して半導体デバイスが反射した反射光を検出し、検出信号を出力する光検出工程と、検出信号を増幅し、増幅信号を出力する増幅工程と、増幅信号及び所定の補正値に基づいて半導体デバイスの動作を解析する解析工程と、を含み、所定の補正値は、動作パルス信号の基本周波数の高調波に相当する信号が増幅部によって増幅された信号に基づいて求められたものである。

本発明によれば、解析精度がさらに向上した半導体デバイス計測装置及び半導体デバイス計測方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態の半導体デバイス計測装置の構成図である。 アンプが出力するテストパターン、及び、信号生成部が生成する高調波信号の例を示す図である。 アンプが出力するテストパターン、及び、信号生成部が生成する高調波信号の例を示す図である。 補正値の導出イメージを示す図である。 半導体デバイス計測装置における計測処理を示すフロー図である。 増幅部の周波数特性を示す図である。 低周波計測時の時間波形を示す図である。 本発明の第２実施形態の半導体デバイス計測装置の構成図である。 変形例に係る半導体デバイス計測装置の構成図である。 変形例に係る半導体デバイス計測装置の構成図である。

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。

[第１実施形態]
図１に示すように、第１実施形態に係る半導体デバイス計測装置１Ａは、被検査デバイス（ＤＵＴ：Device Under Test）である半導体デバイス３において異常発生箇所を特定するなど、半導体デバイス３を検査（計測）するための装置である。具体的には、半導体デバイス計測装置１Ａは、半導体デバイス３を計測対象物として、半導体デバイス３の動作信号に対する応答の周波数解析を行う周波数解析装置である。

半導体デバイス３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トランジスタ及びバイポーラトランジスタ等がある。また、半導体デバイス３は、電力用半導体デバイス（パワーデバイス）であってもよく、さらに、半導体デバイス３は、熱による変調を基板にかけられる半導体デバイスであってもよい。

半導体デバイス計測装置１Ａは、テスタ２と、光源制御部４と、光源５と、光分岐光学系６と、光検出器７と、アナログ信号増幅器８と、Ａ／Ｄ変換器９と、解析装置１０と、表示部１１と、入力装置１２と、を備えている。

テスタ２は、半導体デバイス３に入力する動作パルス信号を発生させる動作パルス信号発生部である。半導体デバイス３は、テスタ２により入力された所定の動作パルス信号によって駆動する。テスタ２は、テストしたい駆動に対応した動作パルス信号（テストパターン）を半導体デバイス３に入力することにより半導体デバイス３の所望の動作状態における検査を実施できる。

テスタ２は、テストパターンを生成するパルスジェネレータを有している。テストパターンは、基準周波数のパルス信号である基準クロックに基づいて生成されるものであり、所定のパルス信号列の繰り返しで構成されている（図２参照）。従って、テストパターンの最高周波数は基準クロックの基準周波数である。所定のパルス信号列の繰り返しの周期がテストパターンの基本周期、所定のパルス信号列の繰り返しの周波数がテストパターンの基本周波数である（図２参照）。

光源５は、光源制御部４からの制御信号に基づいて光を発生させ照射光を出力する光発生部である。光源５はＳＬＤ（Super Luminescent Diode）で構成されている。なお、光源５は、ＬＤ（LaserDiode）などのレーザー光源やＬＥＤ（Light Emitting Diode）、又はランプ光源を用いた光源等であってもよい。また、照射光はパルス光であってもよい。

光分岐光学系６は、光源５から出力された照射光を半導体デバイス３に照射する光照射部である。光分岐光学系６は、半導体デバイス３上を照射光で走査する光走査光学系をさらに備えてもよい。また、光分岐光学系６は、照射光に対して半導体デバイス３が反射した反射光を光検出器７に導光する。当該反射光は戻り光用の光ファイバを介して光検出器７に導光される。

光検出器７は、光分岐光学系６により導光された反射光を検出し、アナログ信号である検出信号を出力する光検出部である。光検出器７は、ＡＰＤ（Avalanche PhotoDiode）やＰＤ（PhotoDiode）、ＰＭＴ（PhotoMultiplier Tube）等である。反射光は、半導体デバイス３に入力される動作パルス信号に応じて変調されているため、光検出器７は、動作パルス信号に基づいて動作している半導体デバイス３からの信号を検出することに相当し、半導体デバイス３に入力された動作パルス信号に応答した検出信号を出力することが可能となる。光検出器７が出力した検出信号は、アナログ信号増幅器８に入力される。

アナログ信号増幅器８は、光検出器７からの検出信号を増幅し、増幅信号を出力する増幅部である。Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器９は、アナログ信号である増幅信号をデジタル信号に変換し出力する。Ａ／Ｄ変換器９は、例えばデジタイザである。

解析装置１０は、Ａ／Ｄ変換器９からのデジタル信号（増幅信号）及び所定の補正値Ａ（ω）に基づいて半導体デバイス３の動作を解析する解析部であり、例えばＰＣ（Personal Computer）などのコンピュータである。具体的には、解析装置１０は、増幅信号を所定の補正値Ａ（ω）で補正し、当該補正後の増幅信号を解析する。解析装置１０は、波形取得部１０ａと、補正値算出部１０ｂと、補正値記憶部１０ｃと、波形補正部１０ｄとを有している。補正値算出部１０ｂは、補正値Ａ（ω）の導出処理を行う構成である。当該補正値の導出処理については後述する。

波形取得部１０ａは、Ａ／Ｄ変換器９からのデジタル信号に基づいて、増幅信号の時間波形Ｉ（ｔ）を取得する。補正値記憶部１０ｃは、アナログ信号増幅器８の周波数特性を補正するための周波数成分毎の所定の補正値Ａ（ω）を記憶している。当該補正値Ａ（ω）は、動作パルス信号の基本周波数の高調波に相当する信号がアナログ信号増幅器８によって増幅された信号に基づいて求められたものであり、Ｓパラメータ（散乱行列）や伝達関数である。当該補正値Ａ（ω）の導出処理については後述する。

波形補正部１０ｄは、波形取得部１０ａが取得した増幅信号の時間波形Ｉ（ｔ）を、補正値記憶部１０ｃが記憶する所定の補正値Ａ（ω）で補正する。具体的には、波形補正部１０ｄは、増幅信号の時間波形Ｉ（ｔ）にフーリエ変換を行い、時間波形Ｉ（ｔ）を周波数スペクトルＩ（ω）に変換する。また、波形補正部１０ｄは周波数スペクトルＩ（ω）を所定の補正値Ａ（ω）で補正する。詳細には、波形補正部１０ｄは、周波数スペクトルＩ（ω）に対し、補正値記憶部１０ｃに記憶された対応する周波数成分の補正値Ａ（ω）で除算することで補正後の周波数スペクトルＩ´（ω）を取得する。

また、波形補正部１０ｄは、補正後の周波数スペクトルＩ´（ω）のうち、所定の周波数以上の高周波成分を低減する。当該所定の周波数は、補正値Ａ（ω）が導出されていない周波数以上の周波数である。補正後の周波数スペクトルＩ´（ω）のうち、補正値Ａ（ω）が導出されていない周波数以上の周波数成分は補正がなされない。そのため、仮に補正がなされていない周波数帯域にノイズが含まれていると、当該ノイズが強調された時間波形になってしまう。このような事態を回避すべく、波形補正部１０ｄは、補正値Ａ（ω）を導出していない高周波成分をカットするローパスフィルタ処理や高周波成分を低減する窓関数処理などの処理を行い、所定の周波数以上の高周波成分を低減する。なお、当該高周波成分を低減する処理は、上述した補正値Ａ（ω）による補正処理の前段階において行われてもよい。高周波成分の低減には、高周波成分が低減されて完全に除去される場合も含まれる。

また、波形補正部１０ｄは、補正後の周波数スペクトルＩ´（ω）のうち、所定の周波数以下の低周波成分を低減する。補正値Ａ（ω）によってアナログ信号増幅器８の周波数特性を補正した場合であっても、アナログ信号増幅器８の特性上、アナログ信号増幅器８の低周波ノイズを完全に補正することは難しい場合がある。そのため、波形補正部１０ｄは不要な低周波ノイズを低減すべく、少なくとも半導体デバイス３を駆動させる動作パルス信号の基本周波数と同じ周波数成分を低減する。低周波成分の低減には、低周波成分が低減されて完全に除去される場合も含まれる。

また、波形補正部１０ｄは、補正後に高周波成分を低減するとともに低周波成分を低減した周波数スペクトルＩ´（ω）を、逆フーリエ変換を用いて時間波形に変換する。波形補正部１０ｄは、当該時間波形に関する情報を出力する。

なお、上述したＡ／Ｄ変換器９と同等の機能を備えるＰＣによって、Ａ／Ｄ変換器９及び解析装置１０の双方の機能を実現してもよい。また、Ａ／Ｄ変換器９の機能と解析装置１０のうち波形取得部１０ａの機能とを備えるオシロスコープによりデジタル信号である時間波形信号を取得し、取得された時間波形信号を解析装置１０であるＰＣに入力する構成としてもよい。

表示部１１は、解析装置１０の波形補正部１０ｄによって出力された補正後の時間波形を表示する表示装置（ディスプレイ）である。また、入力装置１２は、キーボードやマウス等で構成され、計測範囲や計測位置等の計測条件を入力する。

次に、補正値Ａ（ω）の導出処理に係る構成について、図２〜図４も参照しながら説明する。半導体デバイス計測装置１Ａは、補正値Ａ（ω）の導出処理に係る構成として、テスタ２及び光源制御部４に電気的に接続された信号生成部１３と、該信号生成部１３に電気的に接続されたＡ／Ｄ変換器１４とをさらに備えている。

信号生成部１３は、テスタ２からテストパターンの基本周波数に関する情報を取得し、該基本周波数に関する情報に基づいてパルス信号を生成する。このパルス信号は、例えば矩形状である。基本周波数に関する情報とは、基本周波数、基本周期、基本周波数に対する基準クロックの数、及び、基準クロックの周期等である（図２参照）。なお、テスタ２からテストパターンを取得してもよい。信号生成部１３はパルスジェネレータを有しており、当該パルスジェネレータによってパルス信号が生成される。

具体的には、信号生成部１３は、基本周波数のｎ次高調波のパルス信号である高調波信号を順次生成する。当該ｎは、例えば正の整数である。信号生成部１３は、基本波である１次高調波（ｎ＝１）から順に、２次高調波（ｎ＝２）、３次高調波（ｎ＝３）…と順に、補正に必要な周波数成分である第ｎ次高調波までのパルス信号を生成する。

図２に示す例では、テスタ２から半導体デバイス３に入力されるテストパターンの基本周波数に関する情報（基本周波数、基本周期、基本周波数に対する基準クロックの数、及び基準クロックの周期のいずれかの情報）に基づいて、信号生成部１３は、テストパターンの基本周波数の１次高調波のパルス信号、２次高調波のパルス信号、３次高調波のパルス信号…と、第ｎ次高調波までのパルス信号を順次生成し出力している。この場合、パルス信号のデューティー比は特に制限されない。また、信号生成部１３は、少なくとも、テストパターンの基本周波数／基準クロックの周波数、の値となる次数ｎまで、第ｎ次高調波のパルス信号を生成することが好ましい。

信号生成部１３は、生成したパルス信号を光源制御部４及びＡ／Ｄ変換器１４に入力する。Ａ／Ｄ変換器１４は、パルス信号をデジタル信号に変換して出力する。Ａ／Ｄ変換器１４が出力したデジタル信号は、波形取得部１０ａにおいて、アナログ信号増幅器８への入力波形ＩＮ（ｔ）として取得される。

光源制御部４は、信号生成部１３に入力されたパルス信号（高調波信号）に基づいて、光源５から出射される照射光が変調されるよう、光源５に対して制御信号を入力する。そして、光源５は、当該制御信号に基づいて変調された照射光である変調光を発生する。当該変調光は、信号生成部１３が生成した高調波信号のパルス信号と同一の波形となるように変調されている。

ここで、補正値Ａ（ω）を導出する際には、テスタ２から半導体デバイス３に対する動作パルス信号の入力は行われない。そのため、半導体デバイス３は駆動せず、照射される光（変調光）に対しては単にミラーとしての役割を果たす。よって、上述した光源５が発生させた変調光に対する半導体デバイス３の反射光は、変調光と同一の波形すなわち信号生成部１３が生成した高調波信号のパルス信号と同一の波形を維持したままである。

そして、変調光に対する半導体デバイス３の反射光（すなわち変調光）が、光検出器７により検出され、アナログ信号である検出信号として出力される。当該検出信号は、動作パルス信号の基本周波数の高調波に相当する信号として、アナログ信号増幅器８で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器９でデジタル変換され、波形取得部１０ａにおいて、アナログ信号増幅器８からの出力波形ＯＵＴ（ｔ）として取得される。

波形取得部１０ａにおいて取得された入力波形ＩＮ（ｔ）及び出力波形ＯＵＴ（ｔ）は、補正値算出部１０ｂによってフーリエ変換される。補正値算出部１０ｂは、下記（１）式に示されるように、周波数成分に変換された入力波形ＩＮ（ω）を出力波形ＯＵＴ（ω）で除算することによって、各周波数における補正値Ａ（ω）を導出する。

以上が、補正値Ａ（ω）の導出処理に係る構成の説明である。補正値算出部１０ｂによって導出された補正値Ａ（ω）は、補正値記憶部１０ｃに格納され記憶される。

ここで、信号生成部１３は、生成するｎ次高調波のパルス信号を全てデューティー比が４０％〜６０％のパルス信号としてもよい。特に好ましくは、デューティー比が５０％のパルス信号としてもよい。例えば、デューティー比が５０％の１次高調波（周波数ω）のパルス信号をフーリエ展開すると、そのパルス信号は下記（２）式で示すようになる。

上記（２）式から明らかなように、フーリエ展開したパルス信号には、１次高調波の周波数ωに対してその奇数倍の周波数成分（３ω、５ω…）が含まれている。図４に示すように、１次高調波のパルス信号には、１次高調波だけでなくその奇数倍の周波数成分、すなわち３次高調波や５次高調波の周波数成分が含まれている。なお、図４においてωの下付き数字は、その数字を次数とする高調波における周波数を示している。すなわち、例えばω_３は、３次高調波の周波数を示している。

よって、信号生成部１３がデューティー比が５０％の１次高調波のパルス信号を生成することによって、奇数次の高調波の周波数における補正値Ａ（ω）をすべて導出することが可能である。そして、信号生成部１３によって、１（２の０乗）次高調波につづいて、２（２の１乗）次高調波のパルス信号が生成されると、当該２次高調波のパルス信号には、２次高調波だけでなくその奇数倍の周波数成分、すなわち、６次高調波や１０次高調波の周波数成分が含まれているため２の奇数倍次の高調波の周波数における補正値Ａ（ω）をすべて導出することができる。同様にして、信号生成部１３によって４（２の２乗）次高調波のパルス信号が生成されると、当該４時高調波のパルス信号には４次高調波だけでなくその奇数倍の周波数成分、すなわち、１２次高調波や２０次高調波の周波数成分が含まれているため４の奇数倍次の高調波の周波数における補正値Ａ（ω）をすべて導出することができる。従って、信号生成部１３が生成するｎ次高調波のパルス信号をデューティー比が４０％〜６０％のパルス信号とすれば、信号生成部１３によって１次高調波および偶数次の高調波のパルス信号を生成することにより、その高調波の周波数の奇数倍の周波数における補正値Ａ（ω）をまとめて求めることができる。特に、デューティー比が５０％近傍の値のパルス信号であれば、その周波数の奇数倍の周波数成分の値が高いため、確実に補正値Ａ（ω）を取得することができる。

このように、ｍを０及び正の整数とした場合にｎ＝２のｍ乗として、信号生成部１３が、２のｍ乗次の高調波のパルス信号を生成することで、ｎを正の整数として１次高調波からｎ次高調波まで順次パルス信号を生成する場合と比較して、信号生成の回数が大幅に少なくなる。なお、補正値Ａ（ω）の導出は、補正後の時間波形を見た場合に視覚的に十分に補正されているとされる場合には、基本周波数から、アナログ信号増幅器８の周波数特性が一定の値となる周波数付近まで行えばよい。また、高周波まで厳密に補正をする場合は、補正値Ａ（ω）の導出は、テストパターンの基本周波数の周波数から基準クロックの基準周波数の周波数までの補正値Ａ（ω）が求められるまで行えばよい。

次に、図５を参照して、半導体デバイス計測装置１Ａにおける計測処理について説明する。なお、当該計測処理の前提として、補正値記憶部１０ｃには各周波数における補正値Ａ（ω）が記憶されている。

最初に、テスタ２により動作パルス信号（テストパターン）が半導体デバイス３に入力される（ステップＳ１）。つづいて、光源５によって出力された照射光が光分岐光学系６を介して半導体デバイス３に照射される（ステップＳ２）。つづいて、光検出器７により半導体デバイス３からの反射光が検出され、検出信号として出力される（ステップＳ３）。つづいて、アナログ信号増幅器８により検出信号が増幅され、増幅信号として出力される（ステップＳ４）。

増幅信号は、Ａ／Ｄ変換器９によってデジタル信号に変換された後に、解析装置１０の波形取得部１０ａによって時間波形Ｉ（ｔ）が取得される（ステップＳ５）。そして、波形補正部１０ｄにより、増幅信号の時間波形Ｉ（ｔ）が周波数スペクトルＩ（ω）にフーリエ変換される（ステップＳ６）。つづいて、波形補正部１０ｄにより、周波数スペクトルＩ（ω）がＳパラメータ等の補正値Ａ（ω）で補正され、補正後の周波数スペクトルＩ´（ω）が導出される。つづいて、波形補正部１０ｄにより、補正後の周波数スペクトルＩ´（ω）の高周波成分が低減されるとともに（ステップＳ８）、低周波成分が低減される（ステップＳ９）。

つづいて、波形補正部１０ｄにより、周波数スペクトルＩ´（ω）が逆フーリエ変換により時間波形に変換される（ステップＳ１０）。最後に、表示部１１により、補正後の時間波形が表示される（ステップＳ１１）。以上が、半導体デバイス計測装置１Ａにおける計測処理である。

次に、第１実施形態に係る半導体デバイス計測装置１Ａの作用効果について説明する。

この半導体デバイス計測装置１Ａでは、実際に半導体デバイス計測装置１Ａを駆動させるために入力される動作パルス信号に基づいて求められた補正値Ａ（ω）が、時間波形Ｉ（ｔ）に基づく周波数スペクトルＩ（ω）の補正時に用いられている。このように、補正値Ａ（ω）が、半導体デバイス計測装置１Ａの動作パルス信号に応じたものであることによって、当該動作パルス信号に適した補正を行うことができ、補正精度を向上させることができる。

ここで、例えば低周波の時間波形を取得した際に、取得した時間波形が図７に示すように歪む現象が生じることがある。その原因について、発明者らが鋭意調査を行ったところ、図６に示すように、アンプ等の増幅器は周波数特性が均一ではなく、周波数によってその増幅度が異なる場合があることを見い出した。

このような知見に基づき、本実施形態に係る半導体デバイス計測装置１Ａでは、アナログ信号増幅器８で増幅された出力波形ＯＵＴ（ｔ）に基づいて求められた周波数毎の補正値Ａ（ω）を用いて周波数スペクトルＩ（ω）の補正が行われるため、アナログ信号増幅器８で増幅された後の増幅信号を適切に補正することができる。以上より、本半導体デバイス計測装置１Ａによれば、増幅信号を適切に補正することで解析精度を向上させることができる。

また、半導体デバイス計測装置１Ａは、パルス信号を生成する信号生成部１３を備えており、当該信号生成部１３が、基本周波数のｎ次高調波のパルス信号である高調波信号を順次生成することによって所定の補正値Ａ（ω）を導出している。このように、基本周波数のｎ次高調波のパルス信号を順次生成することによって、半導体デバイス３の動作パルス信号に応じた補正値を導出することができる。

また、上記ｎが正の整数であることで、１次高調波から順に正の整数次の高調波のパルス信号を生成し所望の補正値Ａ（ω）を確実に導出することができる。また、ｎが２のｍ乗であり、ｍが０及び正の整数である場合には、信号生成部１３は２のｍ乗次高調波のパルス信号を生成することとなる。この場合には、１次高調波から順に正の整数次の高調波のパルス信号を生成する場合と比較して補正値Ａ（ω）導出に要する時間を短縮することができる。なお、さらにパルス信号のデューティー比を４０％〜６０％とすることで、ある高調波の奇数倍の高調波成分の補正値Ａ（ω）を導出することができる。すなわち、例えばデューティー比が５０％の１次高調波のパルス信号を生成することによって、１次高調波だけでなく３次、５次、７次といった奇数倍の高調波の周波数における補正値Ａ（ω）を導出することができる。よって、上述した２のｍ乗次の高調波のパルス信号のみを生成すれば、所望の補正値Ａ（ω）を全て導出することが可能となる。このことで、信号生成部１３による信号生成数を少なくすることができ、補正値Ａ（ω）導出に要する時間を短縮することができる。

また、光源５が、信号生成部１３が生成した高調波信号に基づいて変調した変調光を発生し、光検出器７が半導体デバイス３の反射光（すなわち変調光）を検出して検出信号として出力することによって、所定の補正値Ａ（ω）が導出されている。このように、高調波信号にもとづく変調光が光検出器７によって検出されることにより、補正値Ａ（ω）の導出を容易に行うことができる。

また、波形補正部１０ｄが、補正後の増幅信号の周波数スペクトルＩ´（ω）のうち、補正値Ａ（ω）が求められている範囲の周波数より高い高周波成分を低減することにより、所定の補正値Ａ（ω）により補正がなされてない高周波成分のノイズが強調されることを抑制できる。

また、波形補正部１０ｄが、補正後の増幅信号の周波数スペクトルＩ´（ω）のうち、動作パルス信号の基本周波数以下の低周波成分を低減することにより、低減が困難である低周波成分のノイズを適切に低減することができる。

[第２実施形態]
次に、図８を参照して第２実施形態に係る半導体デバイス計測装置１Ｂについて説明する。なお、本実施形態の説明では、上記実施形態と異なる点について主に説明する。

図８に示されるように、第２実施形態に係る半導体デバイス計測装置１Ｂでは、光検出器７とアナログ信号増幅器８との間にスイッチ部１５が設けられており、当該スイッチ部１５と信号生成部１３とが電気的に接続されている。

スイッチ部１５は、半導体デバイス計測装置１Ｂにおいて計測処理を行う場合と補正値Ａ（ω）導出処理を行う場合とで接続状態を異ならせる。すなわち、スイッチ部１５は、計測処理を行う場合には、光検出器７とアナログ信号増幅器８とを電気的に接続し、補正値Ａ（ω）導出処理を行う場合には信号生成部１３とアナログ信号増幅器８とを電気的に接続する。

補正値Ａ（ω）導出処理において、上述した第１実施形態では、信号生成部１３からの高調波信号に基づいて光源５からの光を変調し変調信号を光検出器７で検出することで、アナログ信号増幅器８にパルス信号に相当する信号を入力したが、第２実施形態では、スイッチ部１５により信号生成部１３とアナログ信号増幅器８とが電気的に接続させられているため、信号生成部１３が生成した高調波信号が直接、動作パルス信号の基本周波数の高調波に相当する信号として、アナログ信号増幅器８に入力される。このことで、光源５から照射光を発生させることなく容易に補正値Ａ（ω）の導出を行うことができる。

以上、本発明の好適な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るものではない。例えば、テストパターンの基本周波数に関する情報に基づいて信号生成部１３が生成したパルス信号が、Ａ／Ｄ変換器１４に入力されて入力波形ＩＮ（ｔ）が取得されるとして説明したが、テストパターンの基本周波数のパルス信号が波形取得部１０ａに入力されさえすれば、波形取得部１０ａにおいて、信号生成部１３で生成されるパルス信号の次数と同じ次数の高調波信号を生成することが可能である。そのため、図９に示される半導体デバイス計測装置１Ｃのように、テスタ２から出力されたテストパターンの基本周波数のパルス信号がＡ／Ｄ変換器１４を介して解析装置１０に入力される構成としてもよい。この場合、信号生成部１３で生成されるパルス信号の周波数情報を解析装置１０に伝える必要があるが、基本的に、解析装置１０を構成するＰＣから信号生成部１３に対して指示を出す構成とされるため、解析装置１０はパルス信号の周波数情報を把握することができる。また、テスタ２からテストパターンの基本周波数に関する情報を取得する構成以外にも、入力装置１２を用いて解析装置１０であるＰＣにテストパターンの基本周波数に関する情報を入力してもよい。

また、信号生成部１３からのパルス信号を光源制御部４に入力することによって、光源５から変調光を発生させるとして説明したが、例えば、図１０に示す半導体デバイス計測装置１Ｄのように、光源５はＣＷ（Continuous Wave）光を出力する構成とするとともに、そのＣＷ光を変調させる変調器２１を光源５及び光分岐光学系６の間に設け、当該変調器２１と信号生成部１３とを電気的に接続してもよい。この場合、信号生成部１３からのパルス信号を受けて、変調器２１で光が変調される。なお、変調器２１としては空間光変調器等を用いることができる。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…半導体デバイス計測装置、２…テスタ、３…半導体デバイス、５…光源、６…光分岐光学系、７…光検出器、８…アナログ信号増幅器、１０…解析装置、１３…信号生成部。

Claims (10)

1. 半導体デバイスに入力する動作パルス信号を発生させる動作パルス信号発生部と、
   光を発生させる光発生部と、
   前記光を前記半導体デバイスに照射する光照射部と、
   前記光に対して前記半導体デバイスが反射した反射光を検出し、検出信号を出力する光検出部と、
   前記検出信号を増幅し、増幅信号を出力する増幅部と、
   前記増幅信号及び所定の補正値に基づいて前記半導体デバイスの動作を解析する解析部と、を備え、
   前記所定の補正値は、前記動作パルス信号の基本周波数の高調波に相当する信号が前記増幅部によって増幅された信号に基づいて求められたものである、半導体デバイス計測装置。
2. パルス信号を生成する信号生成部をさらに備え、
   前記所定の補正値は、
   前記信号生成部が、前記基本周波数のｎ次高調波のパルス信号である高調波信号を順次生成することにより求められたものである、請求項１記載の半導体デバイス計測装置。
3. 前記ｎは正の整数である、請求項２記載の半導体デバイス計測装置。
4. 前記ｎは２のｍ乗であり、前記ｍは０及び正の整数である、請求項３記載の半導体デバイス計測装置。
5. 前記パルス信号は、デューティー比が４０％〜６０％である、請求項２〜４のいずれか一項記載の半導体デバイス計測装置。
6. 前記所定の補正値は、
   前記光発生部が、前記信号生成部が生成した前記高調波信号に基づいて変調した変調光を発生し、
   前記光検出部が、前記変調光を検出して前記高調波信号の検出信号を出力することにより求められたものである、請求項２〜５のいずれか一項記載の半導体デバイス計測装置。
7. 前記所定の補正値は、
   前記信号生成部が生成した高調波信号が前記増幅部に入力されることにより求められたものである、請求項２〜５のいずれか一項記載の半導体デバイス計測装置。
8. 前記解析部は、
   前記増幅信号を前記所定の補正値で補正するとともに、補正後の前記増幅信号の周波数成分のうち、前記所定の補正値が求められている範囲の周波数より高い高周波成分を低減する、請求項１〜７のいずれか一項記載の半導体デバイス計測装置。
9. 前記解析部は、
   前記増幅信号を前記所定の補正値で補正するとともに、補正後の前記増幅信号の周波数成分のうち、前記動作パルス信号の基本周波数以下の低周波成分を低減する、請求項１〜８のいずれか一項記載の半導体デバイス計測装置。
10. 半導体デバイスに入力する動作パルス信号を発生させる動作パルス信号発生工程と、
    光を発生させる光発生工程と、
    前記光を前記半導体デバイスに照射する光照射工程と、
    前記光に対して前記半導体デバイスが反射した反射光を検出し、検出信号を出力する光検出工程と、
    前記検出信号を増幅し、増幅信号を出力する増幅工程と、
    前記増幅信号及び所定の補正値に基づいて前記半導体デバイスの動作を解析する解析工程と、を含み、
    前記所定の補正値は、前記動作パルス信号の基本周波数の高調波に相当する信号が前記増幅部によって増幅された信号に基づいて求められたものである、半導体デバイス計測方法。