JP6604629B2 - 検査装置及び検査方法 - Google Patents

検査装置及び検査方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6604629B2
JP6604629B2 JP2016026113A JP2016026113A JP6604629B2 JP 6604629 B2 JP6604629 B2 JP 6604629B2 JP 2016026113 A JP2016026113 A JP 2016026113A JP 2016026113 A JP2016026113 A JP 2016026113A JP 6604629 B2 JP6604629 B2 JP 6604629B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
inspection
sample
voltage
unit
terahertz wave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016026113A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017147274A (ja
Inventor
明 伊藤
英俊 中西
敏光 望月
秀尚 高遠
勝彦 白澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Screen Holdings Co Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Screen Holdings Co Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Screen Holdings Co Ltd, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical Screen Holdings Co Ltd
Priority to JP2016026113A priority Critical patent/JP6604629B2/ja
Priority to US15/428,372 priority patent/US9759656B2/en
Priority to EP17155554.3A priority patent/EP3206020A3/en
Publication of JP2017147274A publication Critical patent/JP2017147274A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6604629B2 publication Critical patent/JP6604629B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/8422—Investigating thin films, e.g. matrix isolation method
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/9501—Semiconductor wafers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/14—Measuring as part of the manufacturing process for electrical parameters, e.g. resistance, deep-levels, CV, diffusions by electrical means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67288—Monitoring of warpage, curvature, damage, defects or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Description

この発明は、半導体を有する検査試料に形成された絶縁膜を検査する技術に関する。
半導体ウエハの表面には、劣化を防ぐ等の理由から、絶縁膜（パッシベーション膜）が形成されている。また、太陽電池においては、高い変換効率の実現のため、絶縁膜（パッシベーション膜）が形成されている。
半導体ウエハに形成された絶縁膜を評価する方法として、Ｃ−Ｖ（Capacitance-Voltage）測定が広く行われている。Ｃ−Ｖ測定では、半導体ウエハの絶縁膜上に、アルミニウム等の電極ディスクが蒸着され、当該電極ディスク上にプローブピンを接触させることで半導体ウエハに電圧を印加する。そして、電圧を振ることで、電圧に応じた電気容量（キャパシタンス）の変化が測定される。
このような半導体ウエハのＣ−Ｖ測定に関連する先行技術としては、例えば特許文献１に記載のものがある。
特開２０１３−３８３４０号公報
ところで、Ｃ−Ｖ測定の問題点として、作業が煩雑であるという問題があった。すなわち、Ｃ−Ｖ測定の場合、電極ディスク毎にプローブピンを接触させて電気容量を測定する必要があるため、測定作業が極めて煩雑であった。
また、Ｃ−Ｖ測定の場合、解像度の向上が困難である問題があった。すなわち、Ｃ−Ｖ測定では、解像度を向上するため、表面に蒸着した電極ディスクのコンパクト化、及び、電極ディスクの形成間隔を小さくすることが求められる。しかしながら、作業性の悪化やコストの点で、解像度を向上することは容易ではなかった。
そこで、本発明は、半導体試料に形成された絶縁膜を検査する新たな技術を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、第１の態様は、半導体を有する検査試料の表面に形成された絶縁膜を検査する検査装置であって、検査試料を保持する保持部と、前記検査試料に所定波長の光を照射することによって、前記検査試料からテラヘルツ波を放射させる光照射部と、前記検査試料から放射された前記テラヘルツ波の電界強度を検出する検出部と、前記検査試料から放射される前記テラヘルツ波の電界強度と評価用基準値とを比較する比較部とを備え、前記評価用基準値は、前記検査試料の基準となる基準試料に対して、異なる大きさの電圧を印加しつつ、前記所定波長の光を照射することで発生する前記テラヘルツ波の電界強度の飽和値の絶対値よりも小さい値である。
また、第２の態様は、第１の態様に係る検査装置であって、前記検査試料に電圧を印加する電圧印加部と、前記電圧印加部が印加する電圧の大きさを変更する電圧変更部とをさらに備える。
また、第３の態様は、半導体を有する検査試料の表面に形成された絶縁膜を検査する検査装置であって、検査試料を保持する保持部と、前記検査試料に所定波長の光を照射することによって、前記検査試料からテラヘルツ波を放射させる光照射部と、前記検査試料から放射された前記テラヘルツ波の電界強度を検出する検出部と、前記検査試料に電圧を印加する電圧印加部と、前記電圧印加部が印加する電圧の大きさを変更する電圧変更部と、前記検査試料から放射される前記テラヘルツ波の電界強度がゼロとなる印加電圧を特定する電圧特定部とを備える。
また、第４の態様は、第３の態様に係る検査装置であって、前記テラヘルツ波の電界強度と電気容量との相関情報に基づいて、前記テラヘルツ波の電界強度を前記電気容量に変換する変換部、をさらに備える。
また、第５の態様は、第３または第４の態様に係る検査装置であって、前記電圧特定部によって特定された前記印加電圧を用いて、ネットチャージを導出するネットチャージ導出部、をさらに備える。
また、第６の態様は、第３から第５の態様のうちいずれか１つに係る検査装置であって、前記検査試料を前記所定波長の光で走査する走査部、をさらに備える。
また、第７の態様は、半導体を有する検査試料の表面に形成された絶縁膜を検査する検査方法であって、(a)検査試料の基準となる基準試料に対して、異なる大きさの電圧を印加しつつ、所定波長の光を照射することで発生したテラヘルツ波の電界強度の飽和値を特定する工程と、(b)前記検査試料に前記所定波長の光を照射することで発生したテラヘルツ波の電界強度を検出する工程と、(c)前記(b)工程にて検出された前記テラヘルツ波の電界強度と、前記飽和値の絶対値よりも小さい評価用基準値とを比較する工程とを含む。
また、第８の態様は、半導体を有する検査資料の表面に形成された絶縁膜を検査する検査方法であって、(A)検査試料に異なる大きさの電圧を印加しつつ、前記検査試料に所定波長の光を照射することで発生したテラヘルツ波の電界強度を検出する工程と、(B)前記（A）工程で検出されたテラヘルツ波の電界強度に基づいて、前記検査試料から放射されるテラヘルツ波の電界強度がゼロとなる印加電圧を特定する工程とを含む。
第１の態様に係る検査装置によると、テラヘルツ波の電界強度から、表面電位を間接的に観測することができる。また、表面電位は、絶縁膜の性能の１つである固定電荷に相関する。このため、テラヘルツ波の電界強度が評価用基準値を超えるかどうか比較することによって、絶縁膜の特性を好適に評価することができる。また、電極が形成されていない検査試料であっても、テラヘルツ波を測定することが可能であるため、絶縁膜を細かい解像度で検査することができる。さらに、測定したい地点に光を照射すればよいため、プローブピンを電極に接触させて測定する従来のＣ−Ｖ測定に比べて検査が容易となる。
また、第２の態様に係る検査装置によると、基準試料に電圧を印加した状態でテラヘルツ波を検出することが可能となるため、検査装置を用いて飽和値を特定することができる。
また、第３の態様に係る検査装置によると、テラヘルツ波の電界強度がゼロとなる印加電圧を特定することで、フラットバンド電圧を容易に取得できる。従来のＣ−Ｖ測定でフラットバンド電圧を取得する場合、検査試料の各種パラメータ（例えば、絶縁膜の厚みや比誘電率、半導体層の表面のドープ濃度）を用いた演算によって導出する必要がある。したがって、従来のＣ−Ｖ測定に比べて、フラットバンド電圧を容易かつ高精度に取得することができる。
また、第４の態様に係る検査装置によると、印加電圧毎のＴＨｚ強度を電気容量に変換することで、Ｃ−Ｖ測定と同等の検査を行うことができる。
また、第５の態様に係る検査装置によると、ネットチャージを導出することによって、検査試料に形成された絶縁膜の性能を示す固定電圧を導出することができる。
また、第６の態様に係る検査装置によると、各測定点で放射されるテラヘルツ波の電界強度を取得できるため、検査試料の表面に形成された絶縁膜の特性を二次元的に検査できる。二次元的な検査によって、例えば、絶縁膜の面内における均一性を検査できる。
また、第７の態様に係る検査方法によると、テラヘルツ波の電界強度から、表面電位を間接的に観測することができる。また、表面電位は、絶縁膜の性能の１つである固定電荷に相関する。このため、テラヘルツ波の電界強度が評価用基準値を超えるかどうか比較することによって、絶縁膜の特性を好適に評価することができる。また、電極が形成されていない検査試料であっても、テラヘルツ波を測定することが可能であるため、絶縁膜を細かい解像度で検査することができる。さらに、測定したい地点に光を照射すればよいため、プローブピンを電極に接触させて測定する従来のＣ−Ｖ測定に比べて検査が容易となる。
また、第８の態様に係る検査方法によると、テラヘルツ波の電界強度がゼロとなる印加電圧を特定することで、フラットバンド電圧を容易に取得できる。従来のＣ−Ｖ測定でフラットバンド電圧を取得する場合、検査試料の各種パラメータ（例えば、絶縁膜の厚みや比誘電率、半導体層の表面のドープ濃度）を用いた演算によって導出する必要がある。したがって、従来のＣ−Ｖ測定に比べて、フラットバンド電圧を容易かつ高精度に取得することができる。
第１実施形態に係る検査装置の全体構成を示す概略図である。 第１実施形態に係る検査装置の光照射部及び検出部の構成を示す概略図である。 検査試料の概略断面図である。 基準試料の概略断面図である。 第１実施形態に係る検査装置においてＴＨｚ強度と電気容量の相関情報を取得する流れを示す図である。 第１実施形態に係る検査装置において実行される第１検査の流れを示す図である。 各印加電圧下で発生したテラヘルツ波の時間波形を示す図である。 各印加電圧下における、ＴＨｚ強度のピーク強度値及び電気容量を示す図である。 第１実施形態に係る検査装置において実行される第２検査の流れを示す図である。 第２実施形態に係る検査装置の全体構成を示す概略図である。 第２実施形態に係る検査装置において相関情報を取得する流れを示す図である。 第２実施形態に係る検査装置において実行される第１検査の流れを示す図である。
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。また、図面においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。
＜１． 第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る検査装置１００の全体構成を示す概略図である。図２は、第１実施形態に係る検査装置１００の光照射部１０及び検出部２０の構成を示す概略図である。図３は、検査試料９の概略断面図である。図４は、基準試料９Ａの概略断面図である。
検査装置１００は、検査試料９の表面の絶縁膜を検査する装置である。検査試料９は、一般的な半導体デバイス又はフォトデバイスである。半導体デバイスとは、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＳｉＣまたはＧａＮなどの半導体で形成されたトランジスタ、集積回路（ＩＣやＬＳＩ）、抵抗またはコンデンサ、ワイドギャップ半導体を用いたパワーデバイスなどの各種電子デバイスをいう。また、フォトデバイスとは、フォトダイオード、ＣＭＯＳセンサ若しくはＣＣＤセンサなどのイメージセンサ、太陽電池またはＬＥＤ等、半導体の光電効果を利用する電子デバイスをいう。
以下の説明では、図３が示すように、検査試料９が、半導体層９１、絶縁膜９３、裏面電極９５を有するものとする。また、半導体層９１は、ｐ型のシリコン層であるものとする。絶縁膜９３は、例えば、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ又はＡｌＯｘ等を主材料とする膜である。絶縁膜９３は、半導体層９１の一方側の主面（最も広い面）に形成されている。また、半導体層９１の他方側の主面には、アルミニウムを主材料とする裏面電極９５が形成されている。
また、絶縁膜９３の一方側主面には、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）または酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主材料とする複数の透明導電膜９７が分散して形成される。ただし、検査試料９に透明導電膜９７が形成されていることは必須ではない。後述するように、検査装置１００においては、透明導電膜９７が形成されていない検査試料９であっても、その絶縁膜９３を検査することが可能である。
また、本実施形態では、検査試料９の検査に先だって、基準試料９Ａを用いて、各種パラメータ（後述する相関情報ＣＲ１等）が取得される。図４が示すように、基準試料９Ａは、検査試料９と同一の構成を有するであることが好ましいが、これは必須ではない。例えば、基準試料９Ａの絶縁膜９３の厚さが、検査試料９の絶縁膜９３の厚さと相違していてもよい。また、基準試料９Ａの半導体層９１の不純物量が、検査試料９の半導体層９１の不純物量と相違してもいてもよい。
図１が示すように、検査装置１００は、光照射部１０、検出部２０、ステージ３０、ステージ駆動部３５、電圧印加部４０、制御部５０を備える。
＜光照射部＞
光照射部１０は、検査試料９に所定波長の光（検査光ＬＰ１１）を照射することによって、検査試料９からテラヘルツ波ＬＴ１（０．１ＴＨｚ〜３０ＴＨｚの電磁波）を放射させる。
図２が示すように、光照射部１０は、フェムト秒レーザ１１を備えている。フェムト秒レーザ１１は、例えば、２００ｎｍ（ナノメートル）以上２．５μｍ（マイクロメートル）以下の可視光領域を含む紫外から赤外領域の波長のパルス光（パルス光ＬＰ１）を放射する。具体例としては、中心波長が８００ｎｍ付近であり、周期が数ｋＨｚ〜数百ＭＨｚ、パルス幅が１０〜１５０フェムト秒程度の直線偏光のパルス光が、フェムト秒レーザ１１から放射される。もちろん、その他の波長領域（例えば、青色波長（４５０〜４９５ｎｍ）、緑色波長（４９５〜５７０ｎｍ）などの可視光波長、紫外波長（２００〜３８０ｎｍ）、近赤外（０．７〜２．５μｍ））のパルス光が出射されるようにしてもよい。
フェムト秒レーザ１１から出射されたパルス光ＬＰ１は、ビームスプリッタＢＥ１により２つに分割される。分割された一方のパルス光は、検査光ＬＰ１１として、検査試料９に照射される。このとき、光照射部１０は、検査光ＬＰ１１の照射を、絶縁膜９３の側から行う。また、検査光ＬＰ１１の光軸が、絶縁膜９３に対して斜めに入射するように、検査光ＬＰ１１が検査試料９に照射される。本実施形態では、入射角度が４５度となるように照射角度が設定されている。ただし、入射角度はこのような角度に限定されるものではなく、０度から９０度の範囲内で適宜変更することができる。
また、検査光ＬＰ１１は、絶縁膜９３に対して、スポット状に照射される。このときのスポット径は、不図示の光学系によって、１μｍ〜１０ｍｍとされるが、これに限定されるものではない。
検査試料９のような半導体試料においてテラヘルツ波が発生する原理は、国際公開２００６−０９３２６５号に記載されているとおりである。すなわち、フェムト秒パルスレーザーを試料に照射し、光励起キャリアを試料内に生成される。試料中に生成された光励起キャリアは、試料内の電場または拡散によって、加速され、過渡電流を生じさせる。具体的には、半導体表面の表面電場によって光励起キャリアが加速され過渡電流が生じる。この過渡電流により、テラヘルツ波が発生する（過渡電流効果）。
半導体表面はバルク結晶の内部とは異なり、結晶内部とは異なるエネルギー状態を取るが、平衡状態では、表面と結晶内部のフェルミ準位は同じ値を取るために、表面付近では表面状態と結晶内部の準位との間でキャリア(電子及び正孔)の移動が起こる。このキャリアの移動によって表面付近では、バンド構造が曲がり、表面電位が生じる。この表面電位によって光励起キャリアが加速されることで、テラヘルツ波が発生する。
＜検出部＞
図２が示すように、検出部２０は、テラヘルツ波検出器２１を備えている。テラヘルツ波ＬＴ１は、放物面鏡などによって適宜集光され、テラヘルツ波検出器２１に入射する。テラヘルツ波検出器２１は、例えば、光伝導スイッチ（光伝導アンテナ）を有する。テラヘルツ波検出器２１には、検出光ＬＰ１２が入射する。検出光ＬＰ１２は、パルス光ＬＰ１がビームスプリッタＢＥ１で分割されることで得られる他方のパルス光である。テラヘルツ波ＬＴ１がテラヘルツ波検出器２１に入射する状態で、検出光ＬＰ１２がテラヘルツ波検出器２１に入射すると、光伝導スイッチにて瞬時的にテラヘルツ波ＬＴ１の電界強度（以下、「ＴＨｚ強度」とも表記する。）に応じた電流が発生する。この電界強度に応じた電流は、不図示のロックインアンプ、Ｉ／Ｖ変換回路、Ａ／Ｄ変換回路などを介してデジタル信号に変換されて、制御部５０に適宜送信される。このようにして、テラヘルツ波検出器２１は、検出光ＬＰ１２の照射に応じて、検査試料９で発生したテラヘルツ波ＬＴ１の電界強度（テラヘルツ波強度。以下、「ＴＨｚ強度」とも称する。）を検出する。なお、テラヘルツ波検出器２１が、光伝導スイッチとは異なる素子で構成されていてもよい。テラヘルツ波を検出する素子としては、例えば、ショットキーバリアダイオードまたは非線形光学結晶が採用可能である。
また、図２が示すように、検出部２０は、遅延部２３を備えている。遅延部２３は、検出光ＬＰ１２に遅延を与える遅延機構である。遅延部２３は、遅延ステージ２３１及び遅延ステージ駆動部２３３を備えている。
遅延ステージ２３１は、検出光ＬＰ１２の光路上に設けられている。遅延ステージ２３１は、検出光ＬＰ１２を、その入射方向と平行に、かつ、入射時の光軸からずらして反射する反射ミラー２３Ｍを備えている。反射ミラー２３Ｍで反射した検出光ＬＰ１２は、その光路上に配されたミラー群を介して、テラヘルツ波検出器２１に導かれる。
遅延ステージ駆動部２３３は、遅延ステージ２３１を、検出光ＬＰ１２の光路に沿って直線的に往復移動させる。これによって、検出光ＬＰ１２の光路長が変化するため、検出光ＬＰ１２がテラヘルツ波検出器２１に到達する時間を遅延させることができる。したがって、テラヘルツ波検出器２１が、テラヘルツ波ＬＴ１を検出するタイミングを変更することができる。なお、本例で発生するテラヘルツ波ＬＴ１は、パルス波である。このため、検出光ＬＰ１２に遅延を与えることによって、ＴＨｚ強度を異なる位相で検出することができる。
なお、本実施形態では、検出光ＬＰ１２に遅延が与えられているが、検査光ＬＰ１１に遅延が与えるようにしてもよい。
＜ステージ＞
ステージ３０は、検査試料９を保持する保持部である。ステージ３０は、水平面に平行な保持面を有する。ステージ３０は、その保持面にて、検査試料９の絶縁膜９３に検査光ＬＰ１１が入射するように、検査試料９を保持する。なお、検査試料９を保持する構成は、例えば、検査試料９の縁部を挟み持つ構成、検査試料９の他方側の面に粘着する粘着性シート、あるいは、保持面に形成された吸引孔を介して検査試料９を吸着する構成等が考えられる。ステージ３０は、基準試料９Ａについても、検査試料９と同様に保持可能に構成されている。
＜ステージ駆動部＞
ステージ駆動部３５は、ステージ３０を、光照射部１０及び検出部２０に対して、ステージ３０の上面に平行な水平面内で相対的に移動させる。これによって、検査装置１００は、ステージ３０の上面に保持された検査試料９の絶縁膜９３を検査光ＬＰ１１で走査することが可能に構成されている。光照射部１０、ステージ３０及びステージ駆動部３５は、検査光ＬＰ１１で検査試料９の絶縁膜９３を走査する走査機構である。なお、ステージ３０を移動させる代わりに、または、ステージ３０を移動させると共に、光照射部１０及び検出部２０を水平面内で移動させる移動手段を設けてもよい。また、検査光ＬＰ１１の光路を変更する変更手段（ガルバノミラー等）を設けることによって、検査試料９の絶縁膜９３を検査光ＬＰ１１で走査するようにしてもよい。
＜電圧印加部＞
電圧印加部４０は、プローブピン４１と、交流電圧源４３と、電圧可変電圧源４５と、電流計４７とを有する（図３、図４参照）。電圧印加部４０は、基準試料９Ａの裏面電極９５に接続され、プローブピンは、基準試料９Ａの透明導電膜９７に接続される。なお、裏面電極９５には、例えばステージ３０の保持面に設けられた導電性の電極部材（不図示）を介して接続される。基準試料９Ａに接続された電圧印加部４０は、裏面電極９５と透明導電膜９７との間に電圧を印加する。また、電圧印加部４０の電流計４７によって基準試料９Ａに電圧を印加した際に発生する電流が計測される。このように、検査装置１００において、基準試料９Ａについて、電圧に応じた電気容量の測定（Ｃ−Ｖ測定）を行うことが可能である。
電圧印加部４０が基準試料９Ａに印加する電圧の大きさは、後述する制御部５０の印加電圧変更部５０１からの制御信号に基づいて変更可能とされている。電圧印加部４０は、基準試料９Ａだけでなく、ステージ３０に設置された検査試料９に対しても同様に電圧を印加可能である。
＜制御部＞
制御部５０は、検査装置１００の全体の動作制御するように構成されている。制御部５０は、一般的なコンピュータとしての構成（ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなど）を備えている。また、制御部５０は、記憶部５１を備えている。なお、記憶部５１は、ＲＡＭなどの一時的に情報を記憶するものであってもよい。制御部５０には、液晶ディスプレイ等で構成される表示部６１、及び、キーボードやマウス等の各種入力デバイスで構成される操作部６３が接続されている。
制御部５０のＣＰＵが所定のプログラムに従って動作することによって、印加電圧変更部５０１、ステージ駆動制御部５０２、時間波形復元部５０３、比較部５０４、画像生成部５０５、解析部５０６として機能する。
印加電圧変更部５０１は、電圧印加部４０を制御することによって、ステージ３０に保持された検査試料９（または基準試料９Ａ）に印加される電圧の大きさを変更する。また、印加電圧変更部５０１は、操作部６３を介したオペレータの入力命令に基づいて、印加電圧を変更する。
ステージ駆動制御部５０２は、操作部６３を介したオペレータの入力命令に基づき、ステージ駆動部３５を制御する。すなわち、オペレータが、操作部６３を介して、検査試料９上の検査したい地点（検査対象地点）を指定すると、ステージ駆動制御部５０２がその検査対象地点が検査光ＬＰ１１の入射位置に合うようにステージ３０を移動させる。また、オペレータが検査したい範囲（検査対象範囲）を指定すると、ステージ駆動制御部５０２がその検査対象範囲を検査光ＬＰ１１で走査するように、ステージ３０を移動させる。
時間波形復元部５０３は、テラヘルツ波検出器２１によって検出されたＴＨｚ強度に基づき、テラヘルツ波ＬＴ１の時間波形を復元する。詳細には、時間波形復元部５０３は、遅延ステージ駆動部２３３を動作させることによって、遅延ステージ２３１を移動させ、検出光ＬＰ１２に時間遅延を与える。これによって、テラヘルツ波ＬＴ１の異なる位相の電界強度を検出することで、テラヘルツ波ＬＴ１の時間波形が復元される。
比較部５０４は、ＴＨｚ強度と、記憶部５１に保存された評価用基準値ＳＶ１とを比較する。ここで、評価用基準値ＳＶ１は、検査試料９の絶縁膜９３の良否を評価するために設定される値であって、ＴＨｚ強度の飽和値ＴＳａｔ１，ＴＳａｔ２の絶対値よりも小さい値（例えば、飽和値の絶対値の９０％）とされる。ここで、飽和値は、基準試料９Ａから放射されるテラヘルツ波ＬＴ１の最大値または最小値である。具体的には、ステージ３０に保持した基準試料９Ａに異なる電圧を印加しつつ、検査光ＬＰ１１を照射して発生したテラヘルツ波ＬＴ１の電界強度を測定することで、ＴＨｚ強度の飽和値ＴＳａｔ１，ＴＳａｔ２が特定される。
画像生成部５０５は、表示部６１に表示する画像を生成する。画像生成部５０５は、例えば、電界強度分布画像を生成する。電界強度分布画像は、検査試料９の検査対象範囲を検査光ＬＰ１１で走査し、各地点で発生したテラヘルツ波ＬＴ１の電界強度の分布を、色または模様等で視覚的に表現した画像である。
解析部５０６は、相関情報ＣＲ１を用いてＴＨｚ強度を電気容量に変換する変換部、検査試料９のフラットバンド電圧を取得するためにＴＨｚ強度がゼロとなる印加電圧を特定する電圧特定部、及び、検査試料９のネットチャージＱｎｅｔを導出するネットチャージ導出部として機能する。これらの各機能については、後に詳述する。
＜検査手法について＞
次に、検査装置１００を用いた検査試料９の検査手法について説明する。なお、検査装置１００は、上述したように、絶縁膜９３に透明導電膜９７が形成されている第１検査と、絶縁膜９３に透明導電膜９７が形成されていない検査試料９を検査する第２検査とが実施可能とされている。以下では、まず第１検査について説明し、続いて、第２検査について説明する。
＜第１検査＞
まず、第１検査について、説明する。第１検査は、絶縁膜９３上に透明導電膜９７が形成された検査試料９を検査する検査手法である。
この第１検査では、検査試料９について、ＴＨｚ強度の測定（以下、「ＴＨｚ測定」とも称する。）が行われる。そして、予め記憶部５１に保存されている相関情報ＣＲ１に基づき、ＴＨｚ強度を電気容量に変換する。これによって、検査試料９の絶縁膜９３について、Ｃ−Ｖ測定と同等の評価が行うことが可能である。
なお、相関情報ＣＲ１は、ＴＨｚ強度を電気容量に変換するための情報であって、予め、検査試料９の基準となる基準試料９Ａを用いて取得される。以下では、まず、相関情報ＣＲ１を取得する流れを説明し、続けて、その相関情報ＣＲ１を用いて検査試料９の検査する流れを説明する。
＜相関情報ＣＲ１の取得方法について＞
図５は、第１実施形態に係る検査装置１００においてＴＨｚ強度と電気容量の相関情報ＣＲ１を取得する流れを示す図である。
まず、基準試料９Ａがステージ３０に設置される（ステップＳ１０１）。基準試料９Ａは、検査試料９と同様に、半導体層９１の表面に絶縁膜９３が形成された構造を有する。また、基準試料９Ａの絶縁膜９３には透明導電膜９７が形成されている。透明導電膜９７は、絶縁膜９３全体を覆うように形成されていてもよいし、絶縁膜９３の一部に形成されていてもよい。
続いて、基準試料９Ａを使って、Ｃ−Ｖ測定が行われる（ステップＳ１０２）。詳細には、電圧印加部４０が基準試料９Ａの透明導電膜９７及び裏面電極９５に接続され、所定範囲の印加電圧（例えば、−１０Ｖ〜＋１０Ｖ）に応じて発生する電流が計測される。これによって、異なる印加電圧毎の電気容量が測定される。
続いて、基準試料９Ａを使って、異なる印加電圧下で発生するテラヘルツ波ＬＴ１の電界強度が測定される（ＴＨｚ測定）。ＴＨｚ測定にあたって、まず、基準試料９Ａに印加する電圧の大きさが設定される（ステップＳ１０３）。一例として、印加する電圧を振る範囲（例えば、−１０Ｖ〜＋１０Ｖ）と、変更する電圧の間隔（変更ピッチ。例えば２Ｖ毎）がそれぞれ設定される。なお、ステップＳ１０３の設定は、オペレータが操作部６３を介して入力した情報に基づいて行われてもよいし、あるいは、初期値として予め決められていてもよい。
続いて、各印加電圧下でＴＨｚ測定が行われる（ステップＳ１０４）。詳細には、電圧印加部４０がステップＳ１０３で設定された各印加電圧を基準試料９Ａに印加した状態で、光照射部１０から検査光ＬＰ１１が基準試料９Ａに照射される。なお、検査光ＬＰ１１が照射される位置は、ステップＳ１０１でＣ−Ｖ測定が行われた位置（プローブピン４１が当接された透明導電膜９７の位置）とされる。また、ステップＳ１０４では、時間波形復元部５０３によって、各印加電圧下で発生したテラヘルツ波ＬＴ１の時間波形が復元される。
図７は、各印加電圧下で発生したテラヘルツ波ＬＴ１の時間波形を示す図である。図７は、印加電圧が−１０Ｖ、０Ｖ及び＋１０Ｖであるときの時間波形ＴＷ１，ＴＷ２，ＴＷ３をそれぞれ示している。ここでは、フェムト秒レーザ１１のレーザーパワーは１００ｍＷであり、図７が示すように、印加電圧を変更されることで、テラヘルツ波ＬＴ１の波形が電界強度に関して反転している。具体的には、印加電圧が−１０Ｖの時間波形ＴＷ１では、電界強度が正側に振れてから負側に振れるのに対して、印加電圧が０Ｖ及び１０Ｖの時間波形ＴＷ２，ＴＷ３では、電界強度が負側に振れてから正側に振れている。さらに、印加電圧が異なることで、振幅も異なっている。
これらＴＨｚ測定の結果は、基準試料９Ａの表面におけるバンド構造の曲がりを反映している。すなわち、電圧が大きければ、表面のバンド構造は大きく曲がり、それに伴ってＴＨｚ強度も大きくなる。また、＋１０Ｖと−１０Ｖとで、テラヘルツ波ＬＴ１の波形が反転しているが、これは、＋１０Ｖでは表面のバンド構造が反転層に、−１０Ｖでは表面のバンド構造が蓄積層になっており、バンドの曲がり方が異なっているためと考えられる。
図５に戻って、全ての印加電圧下で時間波形が復元されると、各印加電圧下でのピーク強度値の特定が行われる（ステップＳ１０５）。ピーク強度値とは、ステップＳ１０４にて復元された各電圧の時間波形において、絶対値が最大となるときの電界強度である。例えば、図７が示すように、各時間波形ＴＷ１，ＴＷ２，ＴＷ３のピーク強度値は、それぞれＰ１，Ｐ２，Ｐ３である。ここでは、Ｐ１は負であり、Ｐ２及びＰ３は正である（Ｐ１＜０＜Ｐ２，Ｐ３）。また、Ｐ３はＰ２よりも大きい値である（Ｐ２＜Ｐ３）。
なお、全ての印加電圧下での時間波形を復元する場合、多大な測定時間を要する、そこで、以下の方法で測定時間の短縮が図られてもよい。すなわち、特定の印加電圧下で復元された時間波形から、ピーク強度値を取るタイミングが特定される。そして、他の印加電圧下でのＴＨｚ測定は、特定されたタイミングのみで行われ、得られたＴＨｚ強度がピーク強度値とされる。この場合、遅延ステージ２３１が固定されたままＴＨｚ測定が行われるため、測定時間を大幅に短縮できる。
図５に戻って、各印加電圧下でのピーク強度値が特定されると、特定されたピーク強度値の中に、正及び負の値が含まれているかどうかが判定される（ステップＳ１０６）。正及び負が含まれていない場合には、印加電圧の範囲が再設定され（ステップＳ１０７）、再び各印加電圧下でＴＨｚ計測が行われる（ステップＳ１０４）。なお、既にＴＨｚ測定が行われた電圧については、再度ＴＨｚ測定を行う必要はない。
ステップＳ１０６にて、正及び負のピーク強度値が含まれていた場合、相関情報ＣＲ１が取得される（ステップＳ１０８）。上述したように、相関情報ＣＲ１は、ＴＨｚ強度を電気容量に変換するための情報である。
図８は、各印加電圧下における、ＴＨｚ強度のピーク強度値及び電気容量を示す図である。図８において、横軸は基準試料９Ａに印加された電圧を示しており、縦軸は電界強度値または電気容量を示している。曲線ＴＶＣ１は、−１０Ｖから＋１０Ｖまでの範囲で、小刻みに電圧を変えて印加して測定された複数のピーク強度値を近似的に結んだものである。また、曲線ＣＶＣ１は、基準試料９ＡについてＣ−Ｖ測定（ステップＳ１０２）を行って得られたＣ−Ｖ曲線である。
図８が示すように、曲線ＴＶＣ１，ＣＶＣ１は、極めて類似した曲がりを示す。すなわち、各印加電圧において、テラヘルツ波ＬＴ１の電界強度であるピーク強度値と、電気容量との間には、極めて高い相関がある。そこで、基準試料９Ａを用いて得られた曲線ＴＶＣ１，ＣＶＣ１に基づいて、ＴＨｚ強度を電気容量に変換するための相関情報ＣＲ１が取得される。なお、相関情報ＣＲ１は、関数（多項式等である）とされてもよいし、あるいは、電圧と電気容量とを１対１に対応付けしてリスト化したテーブルデータとされていてもよい。取得された相関情報ＣＲ１は、記憶部５１に保存される。
図５に戻って、相関情報ＣＲ１の取得が完了すると、基準試料９Ａのフラットバンド電圧が特定される（ステップＳ１０９）。フラットバンド電圧とは、基準試料９Ａの表面電位がゼロになる印加電圧である。すなわち、フラットバンド電圧は、テラヘルツ波ＬＴ１が発生しないときの印加電圧Ｖ０に相当する。したがって、ＴＨｚ強度がゼロになる印加電圧Ｖ０が、フラットバンド電圧として特定される（図８参照）。
なお、ステップＳ１０５で得られた印加電圧毎のＴＨｚ強度の中に、ＴＨｚ強度がゼロとなる印加電圧Ｖ０が含まれていなかった場合、その印加電圧Ｖ０を演算によって導出してもよい。例えば、図８に示すようなグラフにおいて、正のピーク強度値のうちの最小値Ｔａとそれに対応する印加電圧Ｖａ、及び、負のピーク強度値のうち最大値Ｔｂとそれに対応する印加電圧Ｖｂを特定し、それぞれを直線（Ｙ＝（Ｔｂ−Ｔａ）Ｘ／（Ｖｂ−Ｖａ）−（Ｔｂ-Ｔａ）Ｖａ／（Ｖｂ−Ｖａ）＋Ｔａ）で結ぶ。そして、当該直線上においてピーク強度値（電界強度）がゼロとなるときの印加電圧Ｖ０（すなわち、Ｙ＝０のときのＸの値）が求められる。このようにして、ＴＨｚ強度がゼロとなる印加電圧Ｖ０を演算によって特定できる。
フラットバンド電圧は、Ｃ−Ｖ測定の結果から周知の技術（例えば、特開２００４−１１１９１１号公報）を用いて導出することが可能である。そこで、Ｃ−Ｖ測定の結果に基づいて、フラットバンド電圧を導出してもよい。そして、導出された値と、ＴＨｚ強度に基づいて得たフラットバンド電圧とを比較してもよい。この比較によって、ＴＨｚ強度の測定結果から求めたフラットバンド電圧の妥当性を評価することができる。また、基準試料９Ａにおいて、ＴＨｚ測定で絶縁膜９３を評価することの妥当性を検証できる。
なお、Ｃ−Ｖ測定からフラットバンド電圧を求める場合、種々のパラメータ（例えば、絶縁膜９３の厚みや比誘電率、半導体層９１表面のドープ濃度）用いて演算する必要がある。これに対して、ＴＨｚ強度からフラットバンド電圧を取得する場合、特段パラメータを要しない。このため、フラットバンド電圧を容易かつ高精度に取得することができる。
また、基準試料９Ａの表面が凹凸などの構造を有する場合（例えば、太陽電池における表面のテクスチャ構造等）この場合、Ｃ−Ｖ測定を高精度に行うことが困難となるおそれがあるため、フラットバンド電圧の精度がさらに悪化するおそれがある。これに対して、テラヘルツ波ＬＴ１の放射は、光のスポット径がテクスチャ構造に比べて大きいため、表面の構造の影響を受け難い。このため、フラットバンド電圧を高精度に取得することができる。
フラットバンド電圧が特定されると、ネットチャージＱｎｅｔ（総電荷）が導出される（ステップＳ１１０）。ネットチャージＱｎｅｔは、次式に基づいて導出される。
Figure 0006604629
上記式において、Ｖｆｂはフラットバンド電圧であり、φｍｓは透明導電膜９７由来の電圧であり、ＣＯＸは絶縁膜由来の容量密度である。ＣＯＸはεｓ／ｔに対応し、Ｃ−Ｖ測定で計測した容量の最大値を電極面積で割ることによって求められる。なお、εｓは半導体層の誘電率であり、ｔは絶縁膜の膜厚であるφｍｓは既知であり、ＣｏｘはＣ−Ｖ計測によって求められる。このため、上記式にステップＳ１０９で特定されたフラットバンド電圧Ｖｆｂを代入することによって、ネットチャージＱｎｅｔを取得できる。
なお、ネットチャージＱｎｅｔは次式で表される。
Figure 0006604629
上記式において、Ｑｆは固定電荷であり、Ｑｉｔは界面準位由来の電荷であり、第三項は絶縁膜中の電荷密度である。
以上のようにして、検査装置１００において、検査試料９の基準となる基準試料９Ａを用いて、ＴＨｚ強度を電気容量に変換するための相関情報ＣＲ１が取得される。
ステップＳ１０８〜ステップＳ１１０については、解析部５０６が自動的に実行するようにしてもよいし、オペレータ自身が実行するようにしてもよい。
＜検査試料の第１検査＞
続いて、検査装置１００において、検査試料９に形成された絶縁膜９３の相関情報ＣＲ１を利用した検査が行われる。
図６は、第１実施形態に係る検査装置１００において実行される第１検査の流れを示す図である。図６が示すように、まず、検査試料９がステージ３０に設置される（ステップＳ１０１Ａ）。すなわち、検査試料９がステージ３０に保持された状態となる。
そして、検査試料９に印加する電圧の設定（ステップＳ１０３Ａ）、各印加電圧下でのＴＨｚ強度の測定（ステップＳ１０４Ａ）、印加電圧毎のピーク強度値の特定（ステップＳ１５Ａ）が行われる。このステップＳ１０３Ａ〜ステップＳ１０５Ａは、図５で説明したステップＳ１０３〜ステップＳ１０５と同様である。
続いて、ステップＳ１０５Ａで特定されたピーク強度値に、正及び負の値が含まれているかどうかが判定される（ステップＳ１０６Ａ）。正及び負が含まれていない場合には、印加電圧の範囲が再設定され（ステップＳ１０７Ａ）、再び各印加電圧下でＴＨｚ計測が行われる（ステップＳ１０４Ａ）。なお、既にＴＨｚ測定が行われた電圧については、再度ＴＨｚ測定を行う必要はない。
ステップＳ１０６Ａにて、正及び負のピーク強度値が含まれていた場合、相関情報ＣＲ１を用いて、ＴＨｚ強度（ピーク強度値）が電気容量に変換される（ステップＳ１０８Ａ）。これによって、電圧に応じたＴＨｚ強度の情報から、電圧に応じた電気容量の情報に変換される。
続いて、フラットバンド電圧、及びネットチャージＱｎｅｔが取得される（ステップＳ１０９Ａ、ステップＳ１１０Ａ）。フラットバンド電圧は、ステップＳ１０９において説明したように、ＴＨｚ強度がゼロになる印加電圧Ｖ０とされる。また、ネットチャージＱｎｅｔは、ステップＳ１１０で説明した数式に基づいて導出される。
以上のように、ＴＨｚ測定の結果から、電気容量、フラットバンド電圧（印加電圧Ｖ０）及びネットチャージＱｎｅｔ（あるいは固定電荷）を得ることができる。これらのパラメータに基づいて、検査試料９における絶縁膜９３を評価することができる。
なお、図８に示される曲線ＴＶＣ１を得たのと同じ要領で、検査試料９のＴＨｚ測定の結果をグラフ化することによって、絶縁膜９３の電圧依存性のバンド曲がりを観察することが可能である。すなわち、ステップＳ１０５Ａで得られたＴＨｚ強度のみから、検査試料９の絶縁膜９３を評価することも可能である。
また、上述したように、電気容量から演算によってフラットバンド電圧を導出することが可能である（特開２００４−１１１９１１号公報参照）。そこで、ＴＨｚ強度から取得したフラットバンド電圧（印加電圧Ｖ０）と、ＴＨｚ強度を変換して得た電気容量から導出したフラットバンド電圧とを比較してもよい。これによって、ＴＨｚ測定から取得されたフラットバンド電圧の妥当性を検証できる。また、検査試料９において、ＴＨｚ測定で絶縁膜９３を評価することの妥当性を検証できる。
また、検査試料９に透明導電膜９７が複数形成されている場合には、各透明導電膜９７でＴＨｚ測定を行うことで、各地点の絶縁膜９３が評価されてもよい。そして、特定の印加電圧下で測定されたＴＨｚ強度（ピーク強度値）の分布が画像化されることで、検査試料９における絶縁膜９３の面内均一性を評価することが可能となる。もちろん、ＴＨｚ強度を変換して得た電気容量の分布、フラットバンド電圧の分布、ネットチャージＱｎｅｔ（あるいは固定電荷）の分布が画像化され、表示部６１に表示されてもよい。
＜第２検査＞
次に、第２検査について説明する。第２検査は、絶縁膜９３上に透明導電膜９７が形成されていない検査試料９を検査するものである。
図９は、第１実施形態に係る検査装置１００において実行される第２検査の流れを示す図である。まず、第２検査では、まず、基準試料９Ａがステージ３０に設置される（ステップＳ２０１）。ステップＳ２０１は、第１検査で説明したステップＳ１０１と同様の工程である。
続いて、予め決められた複数の印加電圧下で、ＴＨｚ測定が行われる（ステップＳ２０２）。このステップＳ２０２は、第１検査で説明したＳ１０４と同様の工程である。ここでは、各印加電圧下で発生したテラヘルツ波ＬＴ１の時間波形が復元され、その時間波形からピーク強度値が取得される。なお、上述したように、遅延ステージ２３１を一定位置に固定してＴＨｚ測定を行うことで、便宜的にピーク強度値を取得することによって、測定時間の短縮が図られてもよい。
続いて、ＴＨｚ強度の飽和値が特定される（ステップＳ２０３）。具体的には、図８に示すように、印加電圧が正または負に大きくなるに連れて、ＴＨｚ強度（ピーク強度値）が次第に飽和する。そこで、ステップＳ２０３では、そのピーク強度値の飽和値ＴＳａｔ１（最大値）及びＴＳａｔ２（最小値）が特定される。
飽和値ＴＳａｔ１，ＴＳａｔ２が特定されると、どちらかの飽和値を選択し、その飽和値ＴＳａｔ１またはＴＳａｔ２に基づいて、評価用基準値ＳＶ１が決定される（ステップＳ２０４）。評価用基準値ＳＶ１は、飽和値ＴＳａｔ１またはＴＳａｔ２の絶対値に対する所定の割合（例えば、９０％）とされる。この評価用基準値ＳＶ１は、後述する検査試料９の絶縁膜９３を評価する工程（ステップＳ２０９）で使用される。
以上のステップＳ２０１〜ステップＳ２０４によって、基準試料９Ａを用いた評価用基準値ＳＶ１が決定される。なお、検査装置１００を用いて評価用基準値ＳＶ１を取得することは必須ではない。例えば、外部の測定装置を用いて評価用基準値ＳＶ１が取得されてもよい。
続いて、検査試料９がステージ３０に設置される（ステップＳ２０５）。これによって、検査試料９がステージ３０によって保持される。そして、検査試料９に外部から電圧が印加されない状態で、ＴＨｚ測定が行われる（ステップＳ２０６）。ステップＳ２０６では、検査光ＬＰ１１の照射に応じて検査試料９から放射されるテラヘルツ波ＬＴ１の時間波形が復元され、ピーク強度値が取得される。
続いて、評価用基準値ＳＶ１を取得した基準試料９Ａと、ステップＳ２０６でＴＨｚ測定した検査試料９とが、同一構成であるかどうかが判定される（ステップＳ２０７）。具体的には、ｐ型，ｎ型の相違、あるいは、不純物のドープ量の相違がある場合、それぞれの相違に応じて、ＴＨｚ強度が補正される（ステップＳ２０８）。
続いて、ステップＳ２０６で得られたＴＨｚ強度、または、ステップＳ２０８で得られた補正後のＴＨｚ強度に基づいて、検査試料９の良否判定が行われる（ステップＳ２０９）。具体的には、比較部５０４が、ＴＨｚ強度（または補正後のＴＨｚ強度）と、評価用基準値ＳＶ１とを比較する。
ステップＳ２０４にて飽和値ＴＳａｔ１が選択された場合であってＴＨｚ強度が評価用基準値ＳＶ１以上のとき、あるいは、ステップＳ２０４にて飽和値ＴＳａｔ２が選択された場合であってＴＨｚ強度が評価用基準値ＳＶ１以下のとき、検査試料９には良好な絶縁膜９３が形成されているものと推定される。このため、当該検査試料９には肯定的な評価が与えられる。一方、ステップＳ２０４にて飽和値ＴＳａｔ１が選択された場合であってＴＨｚ強度が評価用基準値ＳＶ１より小さいとき、あるいは、ステップＳ２０４にて飽和値ＴＳａｔ２が選択された場合であってＴＨｚ強度が評価用基準値ＳＶ１より大きいとき、絶縁膜９３が不良である可能性がある。このため、当該検査試料９には否定的な評価が与えられる。
なお、非特許文献１（J.Plasma Fusion Res. Vol.85, No.12 (2009) 820-824）には、半導体試料（結晶シリコン太陽電池）に形成されたパッシベーション膜（絶縁膜）における界面固定電荷密度と、パッシベーション膜の性能を表す１つの値である界面再結合速度との関係が示されている（非特許文献１の第５図参照）。また、界面付近でバンドを曲げる（すなわち、界面付近に電界を印加する）ことによって、再結合速度が遅くなることがシミュレーションによって示されている。また、非特許文献１の第５図には、正の固定電荷、あるいは、負の固定電荷がある一定値を超えると、界面結合速度が急激に低下することが示されている。
ここで、上述したように、界面付近のバンドの曲がり（表面電位）は、間接的にＴＨｚ測定で観測することができる。表面電位が正方向または負方向に相対的に大きいほど、ＴＨｚ強度が相対的に大きくなる。さらに、表面電位が大きくなることによって、固定電荷も相対的に大きくなり、再結合速度が相対的に小さくなる（つまり、絶縁膜９３の性能が相対的に高くなる）。このため、ＴＨｚ強度が十分に大きければ、界面結合速度が十分に小さい（すなわち、絶縁膜９３の性能が高い）と推定できる。そこで、評価用基準値ＳＶ１を適切に設定し、その値とＴＨｚ強度との大小関係を判定することによって、検査試料９の絶縁膜９３の特性を良好に評価できる。
ステップＳ１０９の良否判定が完了すると、その判定結果がオペレータに通知される（ステップＳ２１０）。具体的には、表示部６１などを介して、視覚的に認識できる形で判定結果が通知される。もちろん、ランプを点灯等させたり、音を鳴らしたりすることで判定結果が通知されてもよい。
以上のように、第２検査によると、透明導電膜９７が形成されていない検査試料９であっても、ＴＨｚ測定に基づき、その表面に形成された絶縁膜９３の性能を評価することができる。
なお、検査試料９の所定の範囲を検査光ＬＰ１１で走査することによって、各地点でＴＨｚ強度を測定し、各地点で絶縁膜９３の評価を行ってもよい。また、各地点のＴＨｚ強度の分布を画像化してもよい。これによって、絶縁膜９３の面内における性能の均一性を評価したり、あるいは、欠陥箇所の特定等を行ったりすることができる。
また、上記説明では、第２検査が、透明導電膜９７が形成されていない検査試料９に適用されるものとして説明したが、第２検査は、透明導電膜９７が形成された検査試料９にも適用可能である。すなわち、検査試料９において、透明導電膜９７が形成されていない地点でＴＨｚ測定を行うことによって、当該地点における絶縁膜９３の良否を評価することができる。
＜２． 第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。なお、以降の説明において、既に説明した要素と同様の機能を有する要素については、同じ符号またはアルファベットを追加した符号を付して、詳細な説明を省略する場合がある。
図１０は、第２実施形態に係る検査装置１００Ａの全体構成を示す概略図である。検査装置１００Ａは、コロナ放電部４０Ａを備えている。
コロナ放電部４０Ａは、針電極に高電圧を印加することによって、正のイオン又は負のイオンを放出する。これによって、検査試料９が正または負に帯電させることができる。すなわち、検査試料９に対して、擬似的に電圧を印加した状態とすることができる。コロナ放電部４０Ａの制御は、制御部５０Ａの印加電圧変更部５０１Ａによって行われる。検査装置１００Ａのコロナ放電部４０Ａ以外の構成については、検査装置１００と同様である。
＜第１検査＞
検査装置１００Ａを用いて行われる第１検査について説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態に係る検査装置１００にて行われる第１検査と相違する点について主に説明する。
図１１は、第２実施形態に係る検査装置１００Ａにおいて相関情報ＣＲ１を取得する流れを示す図である。ここでは、ステップＳ１０３に対応するステップＳ１０３Ｂにおいて、基準試料９Ａに対してコロナ放電部４０Ａが放射するイオンの放電量が設定される。例えば、放電量を振る範囲、及び、変更する放電量の間隔（変更ピッチ）が設定される。そして、ステップＳ１０４に対応するステップＳ１０４Ｂでは、ステップＳ１０３Ｂで設定された放電量毎に、ＴＨｚ強度が測定される。そして、ステップＳ１０５に対応するステップＳ１０５Ｂでは、放電量毎に、ピーク強度値が特定される。これによって、基準試料９Ａを用いて、放電量とＴＨｚ強度の関係が取得される。なお、ステップＳ１０７に対応するステップＳ１０７Ｂでは、放電量の範囲の再設定が行われる。
ステップＳ１０５Ｂにて取得された放電量とＴＨｚ強度の関係は、図８に示す曲線ＴＶＣ１と同様の形状の曲線を描くこととなる。ここで、ＴＨｚ強度と電気容量とが高い相関を示すことから、ステップＳ１０２で取得された印加電圧と電気容量の関係と、ステップＳ１０４Ｂで取得された放電量とＴＨｚ強度の関係に基づき、放電量が近似的に印加電圧に変換される（ステップＳ１０８Ｂ）。これによって、放電量とＴＨｚ強度の関係を、印加電圧とＴＨｚ強度の関係に変換できる。そして、ＴＨｚ強度を電気容量に変換するための相関情報ＣＲ１が取得される（ステップＳ１０８Ｂ）。
図１２は、第２実施形態に係る検査装置１００Ａにおいて実行される第１検査の流れを示す図である。ステップＳ１０３Ａに対応するステップＳ１０３Ｃでは、ステップＳ１０３Ｂと同様に、検査試料９に対してコロナ放電部４０Ａが放射するイオンの放電量が設定される。そして、ステップ１０４Ａに対応するステップＳ１０４Ｃでは、ステップＳ１０３Ｃで設定された各放電量下で、ＴＨｚ測定が行われる。そして、ステップＳ１０５Ａに対応するステップＳ１０５Ｃでは、放電量毎に、ピーク強度値が特定される。これによって、検査試料９について、放電量とＴＨｚ強度の関係が取得される。なお、ステップＳ１０７Ａに対応するステップＳ１０７Ｃでは、放電量の範囲の再設定が行われる。
ステップＳ１０８Ａに対応するステップＳ１０８Ｃでは、ステップＳ１０５Ｃにて取得された放電量とＴＨｚ強度の関係について、放電量が印加電圧に変換されることによって、印加電圧とＴＨｚ強度の関係が取得される。この変換は、ステップＳ１０８Ｂで放電量を印加電圧に変換する際に使用した変換式が利用される。また、相関情報ＣＲ１を用いて、ＴＨｚ強度が電気容量に変換される。
以上のように、検査装置１００Ａを用いた場合においても、検査試料９の第１検査を実行することが可能である。
第１実施形態に係る検査装置１００の場合、第１検査を行うためには、検査試料９に電圧を印加するために、透明導電膜９７及び裏面電極９５が形成されている必要がある。これに対して、検査装置１００Ａの場合、コロナ放電部４０Ａからのイオンの放出によって、非接触で擬似的に電圧を印加できる。このため、透明導電膜９７及び裏面電極９５が形成されていない検査試料９であっても、電圧印加状態とすることができるため、第１検査を行うことが可能である。
この発明は詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。また、上記各実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。
１００，１００Ａ 検査装置
１０ 光照射部
１１ フェムト秒レーザ
２０ 検出部
２１ テラヘルツ波検出器
２３ 遅延部
３０ ステージ
３５ ステージ駆動部
４０ 電圧印加部
４０Ａ コロナ放電部
５０，５０Ａ 制御部
５０１，５０１Ａ 印加電圧変更部
５０２ ステージ駆動制御部
５０３ 時間波形復元部
５０４ 比較部
５０５ 画像生成部
５０６ 解析部（変換部、電圧特定部、ネットチャージ導出部）
５１ 記憶部
９ 検査試料
９Ａ 基準試料
９１ 半導体層
９３ 絶縁膜
９５ 裏面電極
９７ 透明導電膜
ＣＲ１ 相関情報
ＬＰ１１ 検査光
ＬＴ１ テラヘルツ波
Ｑｎｅｔ ネットチャージ
ＳＶ１ 評価用基準値
ＴＳａｔ１ 正の飽和値
ＴＳａｔ２ 負の飽和値

Claims (8)

  1. 半導体を有する検査試料の表面に形成された絶縁膜を検査する検査装置であって、
    検査試料を保持する保持部と、
    前記検査試料に所定波長の光を照射することによって、前記検査試料からテラヘルツ波を放射させる光照射部と、
    前記検査試料から放射された前記テラヘルツ波の電界強度を検出する検出部と、
    前記検査試料から放射される前記テラヘルツ波の電界強度と評価用基準値とを比較する比較部と、
    を備え、
    前記評価用基準値は、前記検査試料の基準となる基準試料に対して、異なる大きさの電圧を印加しつつ、前記所定波長の光を照射することで発生する前記テラヘルツ波の電界強度の飽和値の絶対値よりも小さい値である、検査装置。
  2. 請求項１に記載の検査装置であって、
    前記検査試料に電圧を印加する電圧印加部と、
    前記電圧印加部が印加する電圧の大きさを変更する電圧変更部と、
    をさらに備える、検査装置。
  3. 半導体を有する検査試料の表面に形成された絶縁膜を検査する検査装置であって、
    検査試料を保持する保持部と、
    前記検査試料に所定波長の光を照射することによって、前記検査試料からテラヘルツ波を放射させる光照射部と、
    前記検査試料から放射された前記テラヘルツ波の電界強度を検出する検出部と、
    前記検査試料に電圧を印加する電圧印加部と、
    前記電圧印加部が印加する電圧の大きさを変更する電圧変更部と、
    前記検査試料から放射される前記テラヘルツ波の電界強度がゼロとなる印加電圧を特定する電圧特定部と、
    を備える、検査装置。
  4. 請求項３に記載の検査装置であって、
    前記テラヘルツ波の電界強度と電気容量との相関情報に基づいて、前記テラヘルツ波の電界強度を前記電気容量に変換する変換部、
    をさらに備える、検査装置。
  5. 請求項３または請求項４に記載の検査装置であって、
    前記電圧特定部によって特定された前記印加電圧を用いて、ネットチャージを導出するネットチャージ導出部、
    をさらに備える、検査装置。
  6. 請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の検査装置であって、
    前記検査試料を前記所定波長の光で走査する走査部、
    をさらに備える、検査装置。
  7. 半導体を有する検査試料の表面に形成された絶縁膜を検査する検査方法であって、
    (a) 検査試料の基準となる基準試料に対して、異なる大きさの電圧を印加しつつ、所定波長の光を照射することで発生したテラヘルツ波の電界強度の飽和値を特定する工程と、
    (b) 前記検査試料に前記所定波長の光を照射することで発生したテラヘルツ波の電界強度を検出する工程と、
    (c) 前記(b)工程にて検出された前記テラヘルツ波の電界強度と、前記飽和値の絶対値よりも小さい評価用基準値とを比較する工程と、
    を含む、検査方法。
  8. 半導体を有する検査資料の表面に形成された絶縁膜を検査する検査方法であって、
    (A) 検査試料に異なる大きさの電圧を印加しつつ、前記検査試料に所定波長の光を照射することで発生したテラヘルツ波の電界強度を検出する工程と、
    (B) 前記（A）工程で検出されたテラヘルツ波の電界強度に基づいて、前記検査試料から放射されるテラヘルツ波の電界強度がゼロとなる印加電圧を特定する工程と、
    を含む、検査方法。
JP2016026113A 2016-02-15 2016-02-15 検査装置及び検査方法 Active JP6604629B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016026113A JP6604629B2 (ja) 2016-02-15 2016-02-15 検査装置及び検査方法
US15/428,372 US9759656B2 (en) 2016-02-15 2017-02-09 Inspection apparatus and inspection method
EP17155554.3A EP3206020A3 (en) 2016-02-15 2017-02-10 Inspection apparatus and inspection method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016026113A JP6604629B2 (ja) 2016-02-15 2016-02-15 検査装置及び検査方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017147274A JP2017147274A (ja) 2017-08-24
JP6604629B2 true JP6604629B2 (ja) 2019-11-13

Family

ID=58016604

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016026113A Active JP6604629B2 (ja) 2016-02-15 2016-02-15 検査装置及び検査方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9759656B2 (ja)
EP (1) EP3206020A3 (ja)
JP (1) JP6604629B2 (ja)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3132467A4 (en) 2014-04-17 2017-11-01 Femtometrix, Inc. Wafer metrology technologies
US10551325B2 (en) 2014-11-12 2020-02-04 Femtometrix, Inc. Systems for parsing material properties from within SHG signals
KR102533125B1 (ko) 2015-09-03 2023-05-15 캘리포니아 인스티튜트 오브 테크놀로지 높은-ｋ 유전체를 특징화하는 시스템 및 방법
US10276455B2 (en) 2016-07-29 2019-04-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. System and method for measurement of semiconductor device fabrication tool implement
JP6958833B2 (ja) * 2017-06-29 2021-11-02 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 半導体検査装置及び半導体検査方法
WO2019222260A1 (en) 2018-05-15 2019-11-21 Femtometrix, Inc. Second harmonic generation (shg) optical inspection system designs
JP7138857B2 (ja) * 2018-06-13 2022-09-20 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 半導体検査装置および半導体検査方法
JP2020016479A (ja) * 2018-07-23 2020-01-30 国立大学法人 岡山大学 電極評価装置、電極評価方法及び電池キット
CN109188105B (zh) * 2018-10-19 2020-10-13 北京环境特性研究所 适用于太赫兹频段高反射材料介电参数测量装置及方法
JP2020153761A (ja) * 2019-03-19 2020-09-24 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 検査装置、検査方法、電磁波情報処理装置、電磁波情報処理方法およびプログラム
CN117280224A (zh) * 2021-05-21 2023-12-22 株式会社日立高新技术 试样检查装置
US20230109008A1 (en) * 2021-10-05 2023-04-06 Kla Corporation Spectroscopic Reflectometry And Ellipsometry Measurements With Electroreflectance Modulation

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4658458B2 (ja) * 2002-07-22 2011-03-23 大日本スクリーン製造株式会社 膜厚測定方法、比誘電率測定方法、膜厚測定装置、および比誘電率測定装置
JP4565198B2 (ja) * 2005-03-01 2010-10-20 国立大学法人大阪大学 高分解・高速テラヘルツ分光計測装置
JP4430007B2 (ja) * 2005-12-27 2010-03-10 大日本スクリーン製造株式会社 絶縁膜特性測定方法および絶縁膜特性測定装置
GB2438215B (en) * 2006-05-19 2011-06-08 Teraview Ltd A THz investigation apparatus and method
JP5187843B2 (ja) * 2008-09-01 2013-04-24 浜松ホトニクス株式会社 半導体検査装置及び検査方法
JP5580251B2 (ja) * 2011-06-13 2014-08-27 株式会社日立ハイテクマニファクチャ＆サービス ウェーハ接合強度検査装置及び方法
EP2546634B1 (en) * 2011-07-14 2019-04-17 SCREEN Holdings Co., Ltd. Inspection apparatus and inspection method
JP5881037B2 (ja) 2011-08-10 2016-03-09 国立大学法人京都大学 絶縁物／半導体界面の評価方法及び評価装置
JP5822194B2 (ja) 2011-09-29 2015-11-24 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 半導体検査方法および半導体検査装置
JP6078870B2 (ja) * 2012-06-28 2017-02-15 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 検査装置および検査方法
JP6418542B2 (ja) * 2013-12-10 2018-11-07 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 検査装置および検査方法
JP6395205B2 (ja) * 2014-02-18 2018-09-26 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 検査装置及び検査方法
US20160109360A1 (en) * 2014-10-15 2016-04-21 Canon Kabushiki Kaisha Inspection apparatus, inspection method, and storage medium

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017147274A (ja) 2017-08-24
US9759656B2 (en) 2017-09-12
EP3206020A3 (en) 2017-11-08
US20170234792A1 (en) 2017-08-17
EP3206020A2 (en) 2017-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6604629B2 (ja) 検査装置及び検査方法
JP5822194B2 (ja) 半導体検査方法および半導体検査装置
EP2546634B1 (en) Inspection apparatus and inspection method
JP5804362B2 (ja) 検査装置および検査方法
JP6078870B2 (ja) 検査装置および検査方法
JP5892597B2 (ja) 検査装置および検査方法
US9541508B2 (en) Inspecting device and inspecting method
US10158325B2 (en) Inspection apparatus and inspection method
JP5835795B2 (ja) 検査方法および検査装置
US9404874B2 (en) Inspection apparatus and inspection method
US9651607B2 (en) Photo device inspection apparatus and photo device inspection method
JP2021048351A (ja) 検査方法および検査装置
JP2016133344A (ja) 光強度設定方法、検査方法および検査装置
JP6958833B2 (ja) 半導体検査装置及び半導体検査方法
JP2019058042A (ja) 検査装置および検査方法
JP2017157692A (ja) 検査装置及び検査方法
JP7138857B2 (ja) 半導体検査装置および半導体検査方法
JP2018141675A (ja) 検査装置および検査方法
JP2014181975A (ja) フォトデバイス検査装置およびフォトデバイス検査方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160223

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190206

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20190206

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190906

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190924

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191009

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6604629

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250