JP6756494B2 - Signal amplification device and semiconductor inspection device - Google Patents
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Description
この発明は、検波対象である目的信号の信号強度を増幅させる技術に関する。 The present invention relates to a technique for amplifying the signal strength of a target signal to be detected.
特定の周波数の信号を検波する際において、スーパーヘテロダイン方式の検波装置(スペクトラムアナライザー)を用いて信号検波を行う場合がある。このような検波装置は、例えば特許文献1に開示されている。
When detecting a signal of a specific frequency, signal detection may be performed using a superheterodyne type detector (spectrum analyzer). Such a detection device is disclosed in, for example,
図4は、一般的な検波装置900の概略構成図である。検波装置900は、混合回路910、局部発振器920、フィルタ回路930、増幅回路940及び検波器950を備えている。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a
混合回路910は、目的信号(周波数fS)及び局部発振器920からの局部発振信号(周波数fLO)を掛け合わせて、和周波信号(周波数fS+fLO)及び差周波信号(周波数fS−fLO)を生成する。フィルタ回路930は、混合回路910から出力された信号のうち和周波信号を除去する。増幅回路940は、フィルタ回路930から出力された差周波信号(周波数fS−fLO)の強度を増幅して、検波器に950に出力する。
The
このように、検波装置900では、検波したい目的信号の強度が微小である場合に、増幅回路940の増幅率が十分である周波数帯域の信号(差周波信号)に周波数変換され、目的信号が検波器950によって検出される。
In this way, in the
従来の検波装置900では、混合回路910及び増幅回路940各々による微小信号の増幅が可能されるが、混合回路910に入力する前に、目的信号の信号強度を適切に増幅させる技術は知られていない。
In the
本発明は、検波対象である目的信号の信号強度を増幅させる新たな技術を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a new technique for amplifying the signal strength of a target signal to be detected.
上記の課題を解決するため、第1の態様は、目的信号の信号強度を増幅する信号増幅装置であって、目的信号を分配する分配部と、2つの信号を掛け合わせるn(nは自然数)個の前段混合回路を有する前段混合部と、局部発振信号を出力する局部発振回路と、前記前段混合部から出力される信号と、前記局部発振信号とを掛け合わせる第1の後段混合回路を有する後段混合部と、前記後段混合部から出力される信号のうち、特定の周波数成分を減衰させるフィルタ部と、を備え、前記前段混合部は、前記分配部によって分配された2つの前記目的信号どうしを掛け合わせる第1の前記前段混合回路を含み、n=1の場合、前記前段混合部は前記第1の前記前段混合回路からの信号を前記第1の後段混合回路に出力し、n>1の場合、前記前段混合部は、第2から第nの前記前段混合回路を含み、前記第k(kは2以上n以下の整数)の前記前段混合回路は、前記第(k−1)の前記前段混合回路から出力される信号と、前記分配部によって分配された1つの前記目的信号どうしを掛け合わせ、前記前段混合部は前記第nの前記前段混合回路からの信号を前記第1の後段混合回路に出力する。 In order to solve the above problems, the first aspect is a signal amplification device that amplifies the signal strength of the target signal, in which a distribution unit that distributes the target signal and n (n is a natural number) that multiplies the two signals. a front mixing section which have a number of pre-stage mixing circuit, a local oscillation circuit outputting a local oscillation signal, a signal output from the preceding stage mixing unit, a first subsequent mixing circuit for multiplying and said local oscillation signal The rear-stage mixing unit includes a rear-stage mixing unit and a filter unit that attenuates a specific frequency component among the signals output from the rear-stage mixing unit, and the front-stage mixing unit includes two target signals distributed by the distribution unit. What was seen including a first of said pre-stage mixing circuit for multiplying the case of n = 1, the front mixing section outputs a signal from the first of the pre-stage mixing circuit to the first subsequent mixing circuit, n In the case of> 1, the pre-stage mixing section includes the second to n-th pre-stage mixing circuits, and the k-th (k is an integer of 2 or more and n or less) the pre-stage mixing circuit is the first (k-1). ) Is multiplied by the signal output from the pre-stage mixing circuit and one of the target signals distributed by the distribution unit, and the pre-stage mixing unit transfers the signal from the n-th pre-stage mixing circuit to the first. Output to the subsequent mixing circuit .
また、第2の態様は、第1の態様に係る信号増幅装置であって、前記前段混合部は、奇数個の前記前段混合回路を有する。 The second aspect is the signal amplification device according to the first aspect, and the pre-stage mixing unit has an odd number of the pre-stage mixing circuits.
また、第3の態様は、第1または第2の態様に係る信号増幅装置であって、前記局部発振信号は、前記目的信号の周波数fSよりも小さく、かつ、前記フィルタ回路を通過可能な周波数fLOであり、前記後段混合部は、前記第1の後段混合回路の出力信号と、前記前段混合部の出力信号とを掛け合わせる第2の後段混合回路をさらに有する。 The third aspect is a signal amplifying apparatus according to the first or second state like, the local oscillation signal, the smaller than the frequency f S of the target signal, and can pass through the filter circuit such a frequency f LO, the subsequent mixing section further comprises an output signal of the first subsequent mixing circuit and the second subsequent mixing circuit for multiplying an output signal of the preceding stage mixing unit.
また、第4の態様は、第2の態様に係る信号増幅装置であって、前記局部発振信号が出力する前記局部発振信号の周波数が固定である。 The fourth aspect is the signal amplification device according to the second aspect, in which the frequency of the local oscillation signal output by the local oscillation signal is fixed.
また、第5の態様は、半導体検査装置であって、半導体試料を保持する保持部と、前記半導体試料からテラヘルツ波を発生させる光ビームを前記半導体試料に照射する光ビーム照射部と、前記半導体試料から放射されるテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、前記テラヘルツ波検出部から出力される信号を検波する検波装置とを備え、前記検波装置は、目的信号の信号強度を増幅する信号増幅装置と、前記信号増幅装置によって増幅された信号の信号強度を検出する検波器と、を備え、前記信号増幅装置は、目的信号を分配する分配部と、2つの信号を掛け合わせるn(nは自然数)個の前段混合回路を有する前段混合部と、を備え、前記前段混合部は、前記分配部によって分配された2つの前記目的信号どうしを掛け合わせる第1の前記前段混合回路を含み、n=1の場合、前記前段混合部は前記第1の前記前段混合回路からの信号を前記第1の後段混合回路に出力し、n>1の場合、前記前段混合部は、第2から第nの前記前段混合回路を含み、前記第k(kは2以上n以下の整数)の前記前段混合回路は、前記第(k−1)の前記前段混合回路から出力される信号と、前記分配部によって分配された1つの前記目的信号どうしを掛け合わせ、前記前段混合部は前記第nの前記前段混合回路からの信号を前記第1の後段混合回路に出力する。 A fifth aspect is a semiconductor inspection apparatus, which comprises a holding unit for holding a semiconductor sample, a light beam irradiating unit for irradiating the semiconductor sample with a light beam for generating a terahertz wave from the semiconductor sample, and the semiconductor. It includes a terahertz wave detection unit for detecting the terahertz wave radiated from the sample, and a detection wave device you detecting a signal output from the terahertz wave detecting unit, wherein the detection device amplifies the signal strength of the target signal A signal amplification device and a detector for detecting the signal strength of the signal amplified by the signal amplification device are provided, and the signal amplification device includes a distribution unit that distributes a target signal and n (multiplying two signals). n is a pre-stage mixing circuit having (natural number) number of pre-stage mixing circuits, and the pre-stage mixing unit includes a first pre-stage mixing circuit that multiplies two target signals distributed by the distribution unit. , N = 1, the pre-stage mixing unit outputs a signal from the first pre-stage mixing circuit to the first rear-stage mixing circuit, and when n> 1, the pre-stage mixing unit starts from the second stage. The k-th (k is an integer of 2 or more and n or less) pre-stage mixing circuit including the n-th pre-stage mixing circuit includes a signal output from the pre-stage mixing circuit of the (k-1) th and said. The target signals distributed by the distribution unit are multiplied by each other, and the front-stage mixing unit outputs a signal from the nth front-stage mixing circuit to the first rear-stage mixing circuit .
第1の態様に係る信号増幅装置によると、目的信号どうしを前段混合回路で掛け合わせることによって、元の振幅どうしを掛け合わせることができる。これによって、元の目的信号の信号強度を増幅できる。 According to the signal amplification device according to the first aspect, the original amplitudes can be multiplied by multiplying the target signals by the pre-stage mixing circuit. As a result, the signal strength of the original target signal can be amplified.
しかも、前段混合部にて増幅された目的信号を、局部発振信号に応じて所望の周波数に変換できるとともに、不要な成分をフィルタリングで除去できる。これによって、目的信号の検波を好適に行うことができる。 Moreover , the target signal amplified by the pre-stage mixing section can be converted to a desired frequency according to the local oscillation signal, and unnecessary components can be removed by filtering. This makes it possible to suitably detect the target signal.
また、直列接続された複数の前段混合回路各々に目的信号を入力することで、目的信号の振幅を、前段混合回路の数量に応じた回数分乗じることができる。このため、理論的に限界なく目的信号を増幅できる。 Further, by inputting the target signal to each of the plurality of pre-stage mixing circuits connected in series, the amplitude of the target signal can be multiplied by the number of times according to the number of pre-stage mixing circuits. Therefore, the target signal can be theoretically amplified without limit.
第2の態様に係る信号増幅装置によると、前記前段混合部の最後の前段混合回路から出力される信号のうち、差周波成分を定数にできる。これによって、不要な成分を除去できるため、検波を好適に行うことができる。 According to the signal amplification device according to the second aspect, the difference frequency component of the signals output from the last pre-stage mixing circuit of the pre-stage mixing unit can be set to a constant. As a result, unnecessary components can be removed, so that detection can be preferably performed.
第3の態様に係る信号増幅装置によると、第2の後段混合回路によって、第1の後段混合回路の出力信号を局部発振信号の周波数に変換できる。したがって、フィルタ回路に合わせて局部発振信号の周波数を選択することで、目的信号に周波数ノイズが存在しても良好に検波できる。 According to the signal amplification device according to the third aspect, the output signal of the first post-stage mixing circuit can be converted into the frequency of the local oscillation signal by the second post-stage mixing circuit. Therefore, by selecting the frequency of the locally oscillated signal according to the filter circuit, good detection can be performed even if frequency noise is present in the target signal.
第4の態様に係る信号増幅装置によると、局部発振信号の周波数を固定とすることで、局部発振信号の周波数調整が不要となる。これによって、目的信号の検波を簡易にできる。また、局部発振信号の周波数が固定の局部発振器を使用することによって、周波数が可変の電圧制御発振器(VCOまたはVCXO)を使用する場合に比べて、ノイズを大幅に低減できる。 According to the signal amplification device according to the fourth aspect, by fixing the frequency of the locally oscillated signal, it is not necessary to adjust the frequency of the locally oscillated signal. This makes it possible to easily detect the target signal. Further, by using a local oscillator having a fixed frequency of the local oscillation signal, noise can be significantly reduced as compared with the case of using a voltage controlled oscillator (VCO or VCXO) having a variable frequency.
第5の態様に係る半導体検査装置によると、半導体試料から放射されるテラヘルツ波の信号強度を、検波装置の信号副装置によって増幅することによって、良好に検波できる。
According to the semiconductor inspection device according to the fifth aspect, the signal strength of the terahertz wave radiated from the semiconductor sample can be satisfactorily detected by amplifying it by the signal sub-device of the detection device.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the components described in this embodiment are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to them. Further, in the drawings, for the sake of easy understanding, the dimensions and numbers of each part may be exaggerated or simplified as necessary.
<1. 第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係る検波装置1の概略構成図である。検波装置1は、特にテラヘルツ波等の高周波信号を検出するのに好適な構成を備えている。検波装置1は、分配部10,11、前段混合部20、局部発振器30、後段混合部40、バンドパスフィルタ50、増幅回路60、検波器70を備える。
<1. First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the
分配部10は、検波対象である目的信号(周波数をfSとする。)を、前段混合部20が備えるn個(nは1以上の整数。)の前段混合回路FM1〜FMn各々に分配する。目的信号は、好ましくは電圧信号であるが、電流信号であってもよい。
The
なお、分配部10は、1本の導線に対して、1本または複数本の分岐導線が電気的に接続された分岐部分としてもよい。導線どうしを接続する手段として、溶接、半田付け、圧着、巻付けのほか、ワニ口クリップ等の接続部材を用いてもよい。分配部10が前段混合回路FM1〜FMn各々に分配する目的信号各々は、略同一の振幅を持つ。なお、目的信号の厳密な分配を実現するため、分配部10を、オペアンプ等を利用した回路で構成してもよい。ただし、分配後の目的信号各々の振幅が同一であることは必須ではない。
The
前段混合部20の前段混合回路FM1〜FMn各々は、2つの入力信号を掛け合わせることによって混合信号を生成し、出力するミキサーである。前段混合回路FM1〜FMnは、直列接続されている。
Each of the pre-stage mixing circuits FM1 to FMn of the
1番目に接続された前段混合回路FM1には、分配部10から分配される同一の目的信号が入力される。前段混合回路FM1は、同一の目的信号どうしを掛け合わせて得られた信号を、2番目に接続された前段混合回路FM2に入力する。また、k番目(kは2以上n未満の整数。)に接続された前段混合回路FMkは、(k−1)番目に接続された前段混合回路FM(k−1)から入力される信号と、分配部10から入力される目的信号とを掛け合わせて得られた信号を、(k+1)番目に接続された前段混合回路FM(k+1)に入力する。混合部20は、前段混合回路FM1〜FMnによって、目的信号の振幅を増幅させる増幅機能を備える。
The same target signal distributed from the
前段混合回路FM1には、振幅、周期及び位相が同一である2つの目的信号が入力される。ここで、混合回路FM1に分配された目的信号をαsin(fS)とおくと、前段混合回路FM1が出力する信号は、式(1)で表される。 Two target signals having the same amplitude, period and phase are input to the pre-stage mixing circuit FM1. Here, when the target signal that is distributed to the mixing circuit FM1 put the .alpha.sin (f S), the signal output by the pre-stage mixing circuit FM1 is represented by the formula (1).
式(1)が示すように、前段混合回路FM1が出力する信号の振幅(=α2/2)は、元の目的信号の振幅(=α)に、目的信号の振幅αを乗した成分(=α2)を持つ。このため、αが“2”の平方根(√2)より大きければ、元信号から増幅されたことになる。分配部10及び前段混合部20は、信号増幅装置の最小構成例である。
As shown in equation (1), the signal output by the pre-stage mixing circuit FM1 amplitude (= alpha 2/2) is the original target signal amplitude (= alpha), ingredients multiply the amplitude alpha of the target signal ( = Α 2 ). Therefore, if α is larger than the square root of “2” (√2), it means that the original signal is amplified. The
ここで、理解を容易にするため、以下では、定数である“cos0”及び振幅αの係数(=−1/2)については、省略して考えるものとする。 Here, in order to facilitate understanding, the constant "cos0" and the coefficient of the amplitude α (= −1 / 2) will be omitted below.
前段混合回路FM2には、前段混合回路FM1からの信号A1と、目的信号(=α・sin(fS))とが入力される。すなわち、前段混合回路FM2が出力する信号A2は、簡単には式(2)で表される。 The front mixing circuit FM2, a signal A1 from the preceding mixing circuit FM1, a target signal (= α · sin (f S )) and are input. That is, the signal A2 output by the pre-stage mixing circuit FM2 is simply represented by the equation (2).
同様に、前段混合回路FM3が出力する信号は、式(3)で表される。 Similarly, the signal output by the pre-stage mixing circuit FM3 is represented by the equation (3).
最後に接続された前段混合回路FMnが出力する信号は、nが偶数である場合は式(4)で、nが奇数である場合は式(5)で表される。 The signal output by the previously connected pre-stage mixing circuit FMn is represented by the equation (4) when n is an even number and the equation (5) when n is an odd number.
式(4)または式(5)が示すように、前段混合部20は、検波装置1に入力される目的信号の信号強度を、前段混合回路FM1〜FMnの数の分だけ乗じた分増幅することができる。
As shown by the formula (4) or the formula (5), the
分配部11は、前段混合部20の最後に接続されている前段混合回路FMnから出力された信号を、後段混合部40の2つの後段混合回路PM1,PM2各々に分配する。分配部11は、分配部10と同様、導線に分岐導線を電気的に接続した分岐部分としてもよい。また、分配部11をオペアンプ等を利用した回路としてもよい。
The distribution unit 11 distributes the signal output from the front-stage mixing circuit FMn connected to the end of the front-
局部発振器30は、周波数がfLOの局部発振信号(以下、「LO信号」という。)を後段混合部40の第1の後段混合回路PM1に入力する。
The
後段混合部40が備える後段混合回路PM1,PM2は、2つの信号を掛け合わせることで混合信号を生成し、出力するミキサーである。
The latter-stage mixing circuits PM1 and PM2 included in the latter-
後段混合回路PM1は、分配部11から入力される信号(前段混合部20から入力される信号)と、局部発振器30から入力されるLO信号(=βsin(fLO))とを掛け合わせて生成した信号を、後段混合回路PM2に入力する。例えば、前段混合回路FM1〜FMnが奇数個であるとして、式(5)で表されるものとし、LO信号をβsin(fLO)とおくと、後段混合回路PM1が出力する信号は、式(6)で表される。
The latter-stage mixing circuit PM1 is generated by multiplying the signal input from the distribution unit 11 (the signal input from the first-stage mixing unit 20) and the LO signal (= βsin (f LO )) input from the
後段混合回路PM2は、分配部11から入力される信号(前段混合部20から入力される信号)と、後段混合回路PM1から入力される信号を掛け合わせて生成した混合信号をバンドパスフィルタ50に入力する。後段混合回路PM1から入力される信号を式(6)で表されるものとすると、後段混合回路PM2が出力する信号は、式(5)と式(6)とを掛け合わせた式(7)で表される。
The rear-stage mixing circuit PM2 uses the
式7が示すように、後段混合回路PM2から出力される信号の周波数は、理論上、“2(n+1)fS+fLO”と、“2(n+1)fS−fLO”と、“fLO”とを含む。 As shown by Equation 7, the frequencies of the signals output from the post-stage mixing circuit PM2 are theoretically "2 (n + 1) f S + f LO ", "2 (n + 1) f S- f LO ", and "f". Includes " LO ".
バンドパスフィルタ50は、局部発振器30が出力するLO信号の周波数fLO付近の信号を通し、他の周波数帯の信号を減衰させるフィルタリングを行う。バンドパスフィルタ50は後段混合部40の後段混合回路PM2から入力された信号をフィルタリングして増幅回路60に入力する。
The
例えば、式(7)で表される信号が、バンドパスフィルタ50に入力されたとする。目的信号の周波数fSがLO信号の周波数fLOよりも十分に大きい場合、バンドパスフィルタ50によって、周波数が“2(n+1)fS+fLO”を“2(n+1)fS−fLO”の成分を減衰させ、周波数fLOの成分の信号(=α2(n+1)βsin(fLO))を特異的に通過させることができる。
For example, it is assumed that the signal represented by the equation (7) is input to the
増幅回路60は、バンドパスフィルタ50から入力された信号を増幅した増幅信号を生成し、検波器70に出力する。増幅回路60は、周波数特性を持っており、ここでは、周波数fLO付近の信号を増幅させる周波数特性を備えている。
The
検波器70は、増幅回路60から入力される信号を検出し、当該検出信号を、各種パラメータ(例えば、前段混合部20の混合回路の数等)に応じて補正する。これによって、検波器70は、周波数がfSからfLOに変換された目的信号を検波する。
The
以上のように、検波装置1によれば、前段混合部20によって、目的信号の振幅αに対して、振幅αを直列接続された前段混合回路FM1〜FMnの数量(n個)分だけ乗じることができる。したがって、目的信号の信号強度を増幅することができる。また、前段混合回路の数量に応じて、信号強度を増幅できるため、理論的に増幅率の限界をなくすことができる。
As described above, according to the
また、前段混合回路FM1〜FMnの数量を奇数個とすることによって、最後の前段混合回路FMnから出力される信号のうち、低周波成分である差周波成分を一定数にできる。これによって、不要な成分を除去できるため、検波を好適に行うことができる。 Further, by setting the number of the pre-stage mixing circuits FM1 to FMn to an odd number, the difference frequency component, which is a low frequency component, can be set to a certain number among the signals output from the last pre-stage mixing circuit FMn. As a result, unnecessary components can be removed, so that detection can be preferably performed.
また、図4が示す従来の検波装置900の場合、目的信号(周波数fS)に応じて局部発振器の周波数fLOを調整する必要があった。このため、目的信号が周波数ノイズを有する場合には、フィルタ回路930への入力信号に周波数揺らぎが生じる。この周波数揺らぎは、増幅回路940への入力信号における、目的の微小信号に影響するおそれがある。これに対して、検波装置1では、分配部11及び後段混合部40によって、前段混合部20から出力された信号の周波数成分を、LO信号の周波数fLOに変換できる。すなわち、目的信号の周波数fSに依存することなく、LO信号の周波数fLOで検出できる。このため、目的信号の周波数fSに応じてLO信号の周波数を調整する作業が不要となり、LO信号の周波数fLOを固定できる。これによって、目的信号の検波を大幅に簡易化できる。
Further, in the case of the
また、従来の検波装置400の場合、局部発振器920には、LO信号の周波数を変更するため、電圧制御発振器(VCOまたはVCXO)が使用される。この場合、電圧制御発振器から発生するノイズは不可避であり、目的の微小信号に影響するおそれがある。これに対して、検波装置1の場合、発振周波数が固定の局部発振器30として、水晶振動子等の低周波発振器を使用できる。これによって、周波数が可変の電圧制御発振器(VCOまたはVCXO)を使用する場合に比べて、ノイズの大幅に低減できる。したがって、微弱な目的信号をより好適に検波できる。
Further, in the case of the conventional detection device 400, a voltage controlled oscillator (VCO or VCXO) is used for the
なお、上記実施形態では、前段混合部20が複数の前段混合回路FM1〜FMnを備えている。しかしながら、前段混合部20は、1つの前段混合回路FM1のみを備えていてもよい。この場合において、例えば、80MHzの目的信号が検波装置1に入力されるものとし、局部発振器30に発振周波数fLOが455kHzの水晶発振回路を採用したとする。この場合、前段混合部20の前段混合回路FM1からは160MHzの周波数成分を持つ信号が、分配部11に出力される。そして、後段混合回路PM1からは、周波数成分が160MHz+455kHzと160MHz−455kHzの信号が出力され、後段混合回路PM2に入力される。さらに、後段混合回路PM2からは、周波数成分が320MHz+455kHZ、455kHz及び320MHz−455kHZの信号が出力され、バンドパスフィルタ50に入力される。バンドパスフィルタ50を通過した455kHzの信号は、増幅回路60に入力され、その信号強度が増幅される。そして、増幅された455kHzの信号の信号強度が検波器70によって検出される。
In the above embodiment, the
この例の場合、前段混合回路FM1及び後段混合回路PM2によって、元の振幅αに対して振幅αが2回乗じられることで、振幅αを3乗した信号が検波器70に出力されることとなる。検波器70において、その増幅率に応じて増幅回路60から入力された信号を適宜補正することによって、元の目的信号の信号強度を特定できるため、目的信号の検波を適切に行うことができる。
In the case of this example, the front-stage mixing circuit FM1 and the rear-stage mixing circuit PM2 multiply the original amplitude α by the amplitude α twice, so that the signal obtained by the cube of the amplitude α is output to the
<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。
<2. Second Embodiment>
Next, the second embodiment will be described. In the following description, elements having the same functions as the elements already described may be given the same code or a code to which an alphabet is added, and detailed description may be omitted.
図2は、第2実施形態に係る検波装置1Aの概略構成図である。検波装置1Aでは、分配部11が省略されている。また、後段混合部40Aは、後段混合回路PM1を備えているが、第2の後段混合回路PM2が省略されている。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the
後段混合回路PM1は、前段混合部20から入力された信号と、局部発振器30から入力されたLO信号とを掛け合わせることで得た信号を、ローパスフィルタ50Aに入力する。すなわち、ローパスフィルタ50Aには、後段混合回路PM1から周波数成分が(n+1)fS+fLOと、(n+1)fS−fLOの信号が入力される。ローパスフィルタ50Aは、低周波成分である(n+1)fs−fLOを選択的に通過させ、増幅回路60に入力する。
The latter-stage mixing circuit PM1 inputs a signal obtained by multiplying the signal input from the first-
検波装置1Aにおいても、前段混合部20が備える1つ以上の前段混合回路によって、目的信号の信号強度を増幅することが可能である。このため、目的信号の検波を好適に行うことができる。
Also in the
ただし、信号強度が微小であって、かつ、高周波(例えば、1MHz以上あるいは10MHz以上)の目的信号を検波する場合、ローパスフィルタ50Aと増幅回路60とを適切に選択する必要がある。また、目的信号に合わせて、局部発振器30が生成するLO信号の周波数fLOを調節する作業が必要となる場合がある。このため、信号強度が微小であり、かつ、高周波である場合には、第1実施形態に係る検波装置1を採用することが好ましい。
However, when the signal strength is very small and a high frequency (for example, 1 MHz or more or 10 MHz or more) target signal is detected, it is necessary to appropriately select the low-
<3. 第3実施形態>
図3は、第3実施形態に係る半導体検査装置100の概略構成図である。半導体検査装置100は、所定波長の光ビームを半導体試料S1に照射することで、半導体試料S1から放射されるテラヘルツ波(0.1THz〜30THz)を検出(検波)する。発生したテラヘルツ波の強度を測定することによって、半導体試料S1の特性または欠陥等を検査できる。半導体試料S1としては、例えば、Si、Ge、GaAs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電子デバイスである。また、半導体試料S1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、光電効果を利用する電子デバイス(フォトデバイス)でもよい。
<3. Third Embodiment>
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the
半導体検査装置100は、検波装置1と、光ビーム照射部80と、テラヘルツ波検出部82と、ステージ84と、遅延部86とを備える。
The
光ビーム照射部80は、フェムト秒レーザ801を備える。フェムト秒レーザ801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)を出射する。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801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。
The light
フェムト秒レーザ801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(光ビーム)として、半導体試料S1に照射される。検査光LP11の光軸が半導体試料S1の主面(最も広い面)に対して斜めに入射するように、検査光LP11が半導体試料S1に照射される。図3が示す例では、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できる。
The pulsed light LP1 emitted from the
半導体試料S1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、例えば、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)。 The principle of generating a terahertz wave in a semiconductor sample such as the semiconductor sample S1 is as described in, for example, International Publication No. 2006-093265. That is, the sample is irradiated with a femtosecond pulsed laser, and photoexcited carriers are generated in the sample. The photoexcited carriers generated in the sample are accelerated by an electric field or diffusion in the sample to generate a transient current. Specifically, the surface electric field on the surface of the semiconductor accelerates the photoexcited carriers to generate a transient current. This transient current produces a terahertz wave (transient current effect).
テラヘルツ波検出部82は、テラヘルツ波検出器821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821に入射する。テラヘルツ波検出器821は、例えば、光伝導スイッチ(光伝導アンテナ)を有する。光伝導スイッチには、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821に入射するときに、検出光LP12がテラヘルツ波検出器821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信号は、検波装置1に送られ、検波される。
The terahertz
テラヘルツ波検出器821は、検出光LP12の照射に応じて、半導体試料S1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821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。
The
ステージ84は、半導体試料S1を保持する保持部である。ステージ84は、その表面の保持面に、半導体試料S1が載置される。なお、ステージ84の保持面に吸着用の孔を1つまたは複数設けることによって、ステージ84が半導体試料S1を吸着保持するようにしてもよい。
The
遅延部86は、遅延ステージ861及び遅延ステージ駆動部863を備えている。
The
遅延ステージ861は、検出光LP12の光路上に設けられている。遅延ステージ861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8610備えている。反射ミラー8610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821に導かれる。
The
遅延ステージ駆動部863は、遅延ステージ861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821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821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、遅延部86は、検出光LP12に遅延を与えているが、検査光LP11に遅延を与えるようにしてもよい。
The delay
半導体検査装置100では、フェムト秒レーザ801が80MHzの周期でパルス光を出射することで、テラヘルツ強度を示す電流信号が、80MHzの周期で検波装置1に入力されることとなる。検波装置1は、第1実施形態で説明したように、このような高周波信号の検出を好適に行うことが可能である。
In the
なお、検査光LP11の光路上に、テラヘルツ波を発生させる光伝導スイッチ等を配置することで、半導体試料S1にテラヘルツ波を照射することができる。そして、半導体試料S1で反射(または透過した)テラヘルツ波を検出するようにしてもよい。このテラヘルツ波の検波にも、検波装置1を適用できる。また、テラヘルツ波を照射する場合、検査対象物は半導体試料には限定されず、種々の物体を検査することが可能である。
By arranging a light conduction switch or the like that generates a terahertz wave on the optical path of the inspection light LP11, the semiconductor sample S1 can be irradiated with the terahertz wave. Then, the reflected (or transmitted) terahertz wave may be detected in the semiconductor sample S1. The
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。 Although the present invention has been described in detail, the above description is exemplary in all aspects and the invention is not limited thereto. It is understood that a myriad of variations not illustrated can be envisioned without departing from the scope of the invention. Further, the configurations described in the above embodiments and the modifications can be appropriately combined or omitted as long as they do not conflict with each other.
1,1A 検波装置
10,11 分配部
20 前段混合部
30 局部発振器
40,40A 後段混合部
50 バンドパスフィルタ(フィルタ部)
50A ローパスフィルタ(フィルタ部)
60 増幅回路
70 検波器
80 光ビーム照射部
801 フェムト秒レーザ
82 テラヘルツ波検出部
821 テラヘルツ波検出器
84 ステージ(保持部)
100 半導体検査装置
FM1〜FMn 前段混合回路
LP11 検査光(光ビーム)
LT1 テラヘルツ波
PM1 第1の後段混合回路
PM2 第2の後段混合回路
fLO 局部発振信号の周波数
fS 目的信号の周波数
1,
50A low-pass filter (filter section)
60
100 Semiconductor inspection device FM1 to FMn Pre-stage mixing circuit LP11 Inspection light (optical beam)
LT1 Terahertz wave PM1 1st post-stage mixing circuit PM2 2nd post-stage mixing circuit f LO Local oscillation signal frequency f S Target signal frequency
Claims (5)
目的信号を分配する分配部と、
2つの信号を掛け合わせるn(nは自然数)個の前段混合回路を有する前段混合部と、
局部発振信号を出力する局部発振回路と、
前記前段混合部から出力される信号と、前記局部発振信号とを掛け合わせる第1の後段混合回路を有する後段混合部と、
前記後段混合部から出力される信号のうち、特定の周波数成分を減衰させるフィルタ部と、
を備え、
前記前段混合部は、前記分配部によって分配された2つの前記目的信号どうしを掛け合わせる第1の前記前段混合回路を含み、
n=1の場合、前記前段混合部は前記第1の前記前段混合回路からの信号を前記第1の後段混合回路に出力し、
n>1の場合、
前記前段混合部は、第2から第nの前記前段混合回路を含み、
前記第k(kは2以上n以下の整数)の前記前段混合回路は、前記第(k−1)の前記前段混合回路から出力される信号と、前記分配部によって分配された1つの前記目的信号どうしを掛け合わせ、
前記前段混合部は前記第nの前記前段混合回路からの信号を前記第1の後段混合回路に出力する、信号増幅装置。 A signal amplification device that amplifies the signal strength of the target signal.
A distributor that distributes the target signal and
N multiplying two signals (n is a natural number) preceding the mixing section to have a number of pre-stage mixing circuit,
A local oscillator circuit that outputs a local oscillator signal and
A rear-stage mixing unit having a first rear-stage mixing circuit that multiplies the signal output from the front-stage mixing unit and the local oscillation signal.
Of the signals output from the latter-stage mixing section, a filter section that attenuates a specific frequency component and
With
The front mixing section, viewed contains the first of the pre-stage mixing circuit for multiplying two of said target signal each other that are distributed by the distribution unit,
When n = 1, the pre-stage mixing unit outputs a signal from the first pre-stage mixing circuit to the first post-stage mixing circuit.
When n> 1,
The pre-stage mixing unit includes the second to n-th pre-stage mixing circuits.
The k-th (k is an integer of 2 or more and n or less) pre-stage mixing circuit includes a signal output from the pre-stage mixing circuit of the (k-1) th (k-1) and one object distributed by the distribution unit. Multiply the signals
The front stage mixing unit is a signal amplification device that outputs a signal from the nth front stage mixing circuit to the first rear stage mixing circuit .
前記前段混合部は、奇数個の前記前段混合回路を有する、信号増幅装置。 The signal amplification device according to claim 1.
The pre-stage mixing unit is a signal amplification device having an odd number of the pre-stage mixing circuits.
前記局部発振信号は、前記目的信号の周波数fSよりも小さく、かつ、前記フィルタ回路を通過可能な周波数fLOであり、
前記後段混合部は、
前記第1の後段混合回路の出力信号と、前記前段混合部の出力信号とを掛け合わせる第2の後段混合回路をさらに有する、信号増幅装置。 The signal amplification device according to claim 1 or 2.
The locally oscillated signal has a frequency f LO that is smaller than the frequency f S of the target signal and can pass through the filter circuit.
The latter mixing section
A signal amplification device further comprising a second rear-stage mixing circuit that multiplies the output signal of the first-stage mixing circuit with the output signal of the front-stage mixing unit.
前記局部発振信号が出力する前記局部発振信号の周波数が固定である、信号増幅装置。 The signal amplification device according to claim 2.
A signal amplification device in which the frequency of the local oscillation signal output by the local oscillation signal is fixed.
半導体試料を保持する保持部と、
前記半導体試料からテラヘルツ波を発生させる光ビームを前記半導体試料に照射する光ビーム照射部と、
前記半導体試料から放射されるテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、
前記テラヘルツ波検出部から出力される信号を検波する検波装置と、
を備え、
前記検波装置は、
目的信号の信号強度を増幅する信号増幅装置と、
前記信号増幅装置によって増幅された信号の信号強度を検出する検波器と、
を備え、
前記信号増幅装置は、
目的信号を分配する分配部と、
2つの信号を掛け合わせるn(nは自然数)個の前段混合回路を有する前段混合部と、
を備え、
前記前段混合部は、前記分配部によって分配された2つの前記目的信号どうしを掛け合わせる第1の前記前段混合回路を含み、
n=1の場合、前記前段混合部は前記第1の前記前段混合回路からの信号を前記第1の後段混合回路に出力し、
n>1の場合、
前記前段混合部は、第2から第nの前記前段混合回路を含み、
前記第k(kは2以上n以下の整数)の前記前段混合回路は、前記第(k−1)の前記前段混合回路から出力される信号と、前記分配部によって分配された1つの前記目的信号どうしを掛け合わせ、
前記前段混合部は前記第nの前記前段混合回路からの信号を前記第1の後段混合回路に出力する、半導体検査装置。 It is a semiconductor inspection device
A holding part that holds the semiconductor sample and
A light beam irradiation unit that irradiates the semiconductor sample with a light beam that generates a terahertz wave from the semiconductor sample.
A terahertz wave detection unit that detects terahertz waves radiated from the semiconductor sample,
A detection wave device you detecting a signal output from the terahertz wave detecting unit,
Equipped with a,
The detector is
A signal amplification device that amplifies the signal strength of the target signal,
A detector that detects the signal strength of the signal amplified by the signal amplification device, and
With
The signal amplification device is
A distributor that distributes the target signal and
A pre-stage mixing unit having n (n is a natural number) pre-stage mixing circuits that multiply two signals,
With
The pre-stage mixing unit includes a first pre-stage mixing circuit that multiplies the two target signals distributed by the distribution unit.
When n = 1, the pre-stage mixing unit outputs a signal from the first pre-stage mixing circuit to the first post-stage mixing circuit.
When n> 1,
The pre-stage mixing unit includes the second to n-th pre-stage mixing circuits.
The k-th (k is an integer of 2 or more and n or less) pre-stage mixing circuit includes a signal output from the pre-stage mixing circuit of the (k-1) th (k-1) and one object distributed by the distribution unit. Multiply the signals
The pre-stage mixing unit is a semiconductor inspection device that outputs a signal from the nth pre-stage mixing circuit to the first post-stage mixing circuit .
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