JP6824351B1 - 半導体試料の検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体試料の欠陥箇所検知の容易性を向上できる半導体試料の検査装置を提供する。【解決手段】検査装置１は、参照信号出力部２４と、除去処理部２５と、ゲイン設定部２６と、電気特性測定部２８と、を備える。参照信号出力部２４は、半導体試料Ｓと電気的に並列に外部電源装置２に接続されると共に、外部電源装置２の出力に応じた参照信号を出力する。除去処理部２５は、半導体試料Ｓから出力された電流信号から外部電源装置２の出力によるノイズ成分の除去処理を参照信号に基づいて行い、処理信号を出力する。ゲイン設定部２６は、処理信号に基づいて、参照信号出力部のゲインの値を設定する。電気特性測定部２８は、ゲイン設定部によってゲインの値が設定された参照信号出力部からの参照信号に基づき除去処理が行われた処理信号に基づいて、半導体試料Ｓの電気特性を測定する。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体試料の検査装置及び検査方法に関する。

ＯＢＩＲＣＨ（Optical Beam Induced Resistance Change）法を用いて、半導体試料の欠陥箇所を検査する半導体試料の検査装置が知られている（たとえば、特許文献１）。検査装置は、半導体試料に電圧を印加し、半導体試料から出力された電流信号に基づいて、レーザビームの照射及び走査に伴う半導体試料の電気特性を測定する。検査装置は、測定された電気特性に基づいて、半導体試料の欠陥箇所を検査する。

特開平６−３００８２４号公報

ＯＢＩＲＣＨ法を用いた半導体試料の検査装置では、半導体試料から出力される電流信号の強度が向上されれば、レーザビームの照射及び走査に伴う半導体試料の電気特性の変化量が向上する。この電気特性の変化量が向上するほど、半導体試料の欠陥箇所の検査精度も向上する。このため、半導体試料に供給する電力の向上が求められている。しかしながら、ＯＢＩＲＣＨ法を用いた検査装置では、レーザビームの照射及び走査、顕微鏡部の動作、並びに測定結果の画像処理などの様々な機能に電力を要する。このため、検査装置の内部電源から半導体試料に供給できる電力は限られている。

半導体試料に供給する電力を向上するために、検査装置の内部電源ではなく、外部電源装置から半導体試料に電力を供給することが考えられる。しかしながら、外部電源装置を用いた場合、半導体試料から出力される電流信号に外部電源装置に起因するノーマルモードノイズ（たとえば、スイッチングノイズ）が混入するおそれがある。半導体試料から出力される電流信号にノイズが混入すれば、半導体試料の電気特性の測定結果にもノイズの影響が及ぶ。このため、外部電源装置によって半導体試料に供給される電力が向上したとしても、ノイズの影響でかえって半導体試料の欠陥箇所の検査精度が低下するおそれがある。

本発明の一つの態様は、半導体試料の欠陥箇所の検査精度を向上できる半導体試料の検査装置を提供することを目的とする。本発明の別の態様は、半導体試料の欠陥箇所の検査精度を向上できる半導体試料の検査方法を提供することを目的とする。

本発明の一つの態様に係る半導体試料の検査装置は、外部電源装置によって電圧が印加されていると共に光が照射及び走査されている半導体試料の電気特性を測定し、当該電気特性に基づいて半導体試料の欠陥箇所を検出するための検査装置である。この検査装置は、参照信号出力部と、除去処理部と、ゲイン設定部と、電気特性測定部とを備える。参照信号出力部は、半導体試料と電気的に並列に、外部電源装置に接続されていると共に、外部電源装置の出力に応じた参照信号を出力する。除去処理部は、外部電源装置による電圧の印加によって半導体試料から出力された被検信号に対して外部電源装置の出力によるノイズ成分の除去処理を参照信号に基づいて行い、除去処理が行われた被検信号を処理信号として出力する。ゲイン設定部は、処理信号の強度に基づいて、外部電源装置の出力に応じて参照信号を出力する参照信号出力部のゲインを設定する。電気特性測定部は、ゲイン設定部によってゲインが設定された参照信号出力部からの参照信号に基づき除去処理が行われた処理信号に基づいて、半導体試料の電気特性を測定する。

上記一つの態様では、検査装置は、半導体試料と電気的に並列に外部電源装置と接続されていると共に、外部電源装置の出力に応じた参照信号を出力する参照信号出力部を備えている。除去処理部は、外部電源装置の出力によるノイズ成分の除去処理を参照信号に基づいて被検信号に対して行った処理信号を出力する。電気特性測定部は、処理信号に基づいて、半導体試料の電気特性を測定する。この場合、上記検査装置では、外部電源装置を用いて半導体試料に供給する電力を向上することと、半導体試料の電気特性の測定結果に及ぶノイズの影響を低減することとを両立することができる。この結果、半導体試料の欠陥箇所の検査精度が向上され得る。上記検査装置は、ゲイン設定部を備える。ゲイン設定部は、処理信号の強度に基づいて、参照信号出力部のゲインを設定する。電気特性測定部は、ゲイン設定部によってゲインが設定された参照信号出力部からの参照信号に基づき除去処理が行われた処理信号に基づいて、半導体試料の電気特性を測定する。この場合、参照信号出力部のゲインが自動で適切に設定される。この結果、処理信号におけるノイズ成分が高度に除去され得る。したがって、半導体試料の電気特性の測定結果に及ぶノイズの影響が高度に低減され得る。

上記一つの態様では、ゲイン設定部は、互いに異なる複数の値にゲインを設定したそれぞれの場合における処理信号の強度を取得し、処理信号の強度が最小になると判断された値にゲインを設定してもよい。この場合、処理信号におけるノイズ成分がより簡単かつ高度に除去され得る。

上記一つの態様では、ゲイン設定部は、ゲインの値に対応するビット列について、二分探索法によってビット列の各ビットの値を最上位ビット側から決定することで、処理信号の強度が最小になると判断された値にゲインを設定してもよい。この場合、ゲイン設定部における処理負担が低減されると共に、処理信号におけるノイズ成分を除去する参照信号のゲインの値がより高速に設定され得る。

上記一つの態様では、参照信号出力部は、参照信号を出力する増幅器を含んでもよい。ゲイン設定部は、増幅器の周波数帯域における最小周波数の周期よりも長い期間、処理信号の強度をサンプリングすることで、処理信号の強度を取得してもよい。この場合、ノイズ成分の周波数が低くともノイズ成分の一周期の期間にサンプリングが行われるため、ゲイン設定部によってゲインの値が適切に設定され得る。

上記一つの態様では、ゲイン設定部は、増幅器の周波数帯域における最大周波数の周期よりも短いサンプリング周期によって処理信号の強度をサンプリングしてもよい。この場合、ノイズ成分の周波数が高くともノイズ成分の一周期の間にサンプリング値が取得されるため、ゲイン設定部によってゲインの値が適切に設定され得る。

上記一つの態様では、ゲイン設定部は、処理信号の強度のピーク値を取得し、当該ピーク値に基づいてゲインを設定してもよい。ピーク値は、たとえば、処理信号の強度の実効値よりも簡易な処理で取得できる。したがって、ゲイン設定部における処理負担が低減され得る。

本発明の別の態様に係る半導体試料の検査方法では、外部電源装置によって半導体試料に電圧が印加される。外部電源装置による電圧の印加に応じて半導体試料から出力された被検信号が取得される。外部電源装置の出力に応じて、半導体試料と電気的に並列に外部電源装置に接続された参照信号出力部から出力された参照信号が取得される。外部電源装置によって電圧が印加されている半導体試料に対して光が照射及び走査される。外部電源装置の出力によるノイズ成分の除去処理が参照信号に基づいて被検信号に対して行われた処理信号が取得される。処理信号の強度に基づいて、外部電源装置の出力に応じて参照信号を出力する参照信号出力部のゲインが設定される。ゲインが設定された参照信号出力部からの参照信号に基づき除去処理が行われた処理信号に基づいて、半導体試料の電気特性が測定される。半導体試料の電気特性に基づいて、半導体試料の欠陥箇所が出力される。

上記別の態様では、半導体試料と電気的に並列に外部電源装置と接続されていると共に、外部電源装置の出力に応じた参照信号が取得される。この参照信号に基づいて、処理信号が取得される。処理信号は、外部電源装置の出力によるノイズ成分の除去処理を参照信号に基づいて被検信号に対して行うことで取得される。この処理信号に基づいて、半導体試料の電気特性が測定される。この場合、外部電源装置を用いて半導体試料に供給する電力を向上することと、半導体試料の電気特性の測定結果に及ぶノイズの影響を低減することとを両立することができる。この結果、半導体試料の欠陥箇所の検査精度が向上され得る。参照信号出力部のゲインは、処理信号の強度に基づいて設定される。ゲインが設定された参照信号出力部からの参照信号に基づき除去処理が行われた処理信号に基づいて、半導体試料の電気特性が測定される。この場合、処理信号におけるノイズ成分が高度に除去され得る。したがって、半導体試料の電気特性の測定結果に及ぶノイズの影響が高度に低減され得る。

本発明の一つの態様は、半導体試料の欠陥箇所の検査精度を向上できる半導体試料の検査装置を提供する。本発明の別の態様は、半導体試料の欠陥箇所の検査精度を向上できる半導体試料の検査方法を提供する。

本実施形態に係る半導体試料の検査装置の構成を示す概略ブロック図である。 半導体試料の検査装置による電気特性の測定について説明するための概略図である。 参照信号出力部のゲインの設定における一例を説明するための図である。 参照信号出力部のゲインの設定におけるサンプリングを説明するための図である。 本実施形態の変形例に係る半導体試料の検査装置の構成を示す概略ブロック図である。 半導体試料の検査装置による電気特性の測定について説明するための概略図である。 本実施形態の変形例に係る半導体試料の検査装置の構成を示す概略ブロック図である。 半導体試料の検査装置による電気特性の測定について説明するための概略図である。 本実施形態の変形例に係る半導体試料の検査装置の構成を示す概略ブロック図である。 半導体試料の検査装置による電気特性の測定について説明するための概略図である。 半導体試料の検査方法を示すフローチャートである。 二分探索法の手順を示すフローチャートである。 半導体試料の検査方法を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

まず、図１及び図２を参照して、本実施形態に係る半導体試料の検査装置の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る半導体試料の検査装置の概略ブロック図である。

半導体試料の検査装置１（以下、単に「検査装置」という。）は、ＯＢＩＲＣＨ法を用いて、被検体である半導体試料Ｓの欠陥箇所を検査する装置である。半導体試料Ｓは、たとえば、半導体集積回路などの半導体部材である。検査装置１では、外部電源装置２によって半導体試料Ｓに電圧が印加され、この電圧の印加及び光の照射に応じて半導体試料Ｓから出力される電流信号に基づいて、半導体試料Ｓの欠陥箇所が検査される。この電流信号は、半導体試料Ｓに電圧を印加することで出力される。この電流信号の値は、半導体試料Ｓに光を照射することで変動する。外部電源装置２は、たとえば、スイッチング電源である。検査装置１は、光照射ユニット１０、電気特性測定ユニット２０、制御ユニット３０を備えている。

光照射ユニット１０は、外部電源装置２によって電圧が印加されている半導体試料Ｓに光を照射し走査する。本実施形態では半導体試料Ｓに照射する光としてレーザビームＬを用いている例について説明する。半導体試料Ｓに照射する光は、必ずしもコヒーレント光を用いる必要はなく、例えばインコヒーレント光でもよい。

電気特性測定ユニット２０は、外部電源装置２によって電圧が印加され、かつ、光が照射されている半導体試料Ｓから出力された電流信号に基づいて、半導体試料Ｓの電気特性を測定する。制御ユニット３０は、光照射ユニット１０及び電気特性測定ユニット２０を制御する。制御ユニット３０は、測定された電気特性に基づいて、半導体試料Ｓの検査結果を出力する。制御ユニット３０は、光の照射及び走査に伴う半導体試料Ｓの電気特性変化に応じて、半導体試料Ｓの欠陥箇所を示す検査結果を出力する。これによって、検査装置１は、半導体試料Ｓの欠陥箇所の検査を実現する。

光照射ユニット１０は、レーザ発生源１１、レーザ走査部１２、及び顕微鏡１３を備える。レーザ発生源１１は、たとえば半導体レーザや固体レーザである。半導体試料Ｓにインコヒーレント光を照射する場合には、レーザ発生源１１としてＳＬＤ（Super Luminescent diode）又はＡＳＥ光源を用いてもよい。レーザ発生源１１は、レーザ光を発生させ、出射する。レーザ走査部１２は、レーザ発生源１１から出射されたレーザ光の光路上に配置されている。レーザ走査部１２には、レーザ発生源１１から出射されたレーザ光が入射する。レーザ走査部１２は、顕微鏡１３を介して入射したレーザ光をレーザビームＬとして所定の方向に出射すると共に走査する。レーザ走査部１２は、たとえば、入射方向に直交する二次元方向にラスタスキャン（raster scan）を行う。顕微鏡１３は、レーザビームＬを微小スポット径に集束させる。顕微鏡１３は、レーザビームＬを被検体に照射し、レーザビームＬの反射光によって被検体の像を取得する。

電気特性測定ユニット２０は、試料台２１，２２、被検信号出力部２３、参照信号出力部２４、除去処理部２５、ゲイン設定部２６、アイソレート部２７、及び電気特性測定部２８を備える。試料台２１には、上述した被検体として、半導体試料Ｓが載置される。試料台２１に載置された半導体試料Ｓは、顕微鏡１３の焦点位置に位置決めされる。試料台２２には、参照部材ＲＳが載置される。参照部材ＲＳは、たとえば、半導体集積回路などの半導体部材である。参照部材ＲＳは、半導体試料Ｓと同様の電気特性を有している。たとえば、参照部材ＲＳは、半導体試料Ｓのインピーダンスに対して±３０％のインピーダンスを有している。参照部材ＲＳは、異なる電気特性を有している参照部材に交換可能である。

試料台２１及び試料台２２は、それぞれ入力端子および出力端子を有している。試料台２１及び試料台２２のそれぞれの入力端子は、互いに電気的に並列に外部電源装置２の出力端子に接続されている。図２に示されているように、試料台２１に載置された半導体試料Ｓは、試料台２１を通して外部電源装置２の出力端子に電気的に接続される。半導体試料Ｓには、光照射ユニット１０によってレーザビームＬの照射及び走査が行われる。半導体試料Ｓは、レーザビームＬの照射及び走査に伴う半導体試料Ｓの電気特性変化と外部電源装置２の出力とに起因した電流信号を出力する。

図２に示されているように、試料台２２に載置された参照部材ＲＳは、試料台２２を介して外部電源装置２の出力端子に接続される。すなわち、参照部材ＲＳは、半導体試料Ｓと電気的に並列に外部電源装置２に接続される。参照部材ＲＳには、レーザビームが照射されておらず、レーザビームの照射及び走査に伴う電気特性変化が生じない。参照部材ＲＳは、外部電源装置２の出力に起因した電流信号を出力する。

被検信号出力部２３は、試料台２１の出力端子と電気的に直列に接続されている。すなわち、被検信号出力部２３は、試料台２１及び半導体試料Ｓを通して、外部電源装置２に直列に接続されている。被検信号出力部２３は、外部電源装置２による電圧の印加によって半導体試料Ｓから出力された電流信号に基づく被検信号を出力する。このため、被検信号出力部２３には、外部電源装置２によるノイズ成分が入力される。被検信号出力部２３から出力される被検信号は、ノーマルノイズを含む。半導体試料Ｓに対して光の照射及び走査が行われていない状態では、被検信号は、ノーマルノイズを示す信号である。以下、「半導体試料Ｓに対して光の照射及び走査が行われていない状態」とは、光照射ユニット１０による光の照射及び走査が、半導体試料Ｓの測定領域に対して行われていない状態をいう。被検信号出力部２３は、電流電圧変換部４３を有している。被検信号出力部２３に入力された電流信号は、電流電圧変換部４３によって電圧信号に変換される。したがって、被検信号は、電圧信号である。

参照信号出力部２４は、試料台２２の出力端子と電気的に直列に接続されている。すなわち、参照信号出力部２４は、参照部材ＲＳ及び外部電源装置２に電気的に直列に接続されている。参照信号出力部２４は、半導体試料Ｓ及び試料台２２と電気的に並列に外部電源装置２に接続されている。参照信号出力部２４は、外部電源装置２による電圧の印加によって参照部材ＲＳから出力された電流信号に基づく参照信号を出力する。このため、参照信号出力部２４には、外部電源装置２によるノイズ成分が入力される。参照信号出力部２４から出力される参照信号は、ノーマルノイズを示す信号である。参照部材ＲＳには、レーザビームが照射されず、レーザビームの照射及び走査に伴う電気特性変化が生じない。このため、参照信号は、外部電源装置２の出力に応じた信号である。参照信号出力部２４は、電流電圧変換部４４を有している。電流電圧変換部４４は、参照信号出力部２４に入力された電流信号を電圧信号に変換する。したがって、参照信号は、電圧信号である。

図２に示されているように、本実施形態における被検信号出力部２３は、オペアンプ５１、抵抗５２、及び回路５３を有する負帰還回路を含む。すなわち、被検信号出力部２３は、被検信号を出力する増幅器を含む。本実施形態における参照信号出力部２４は、オペアンプ５１、抵抗５２、回路５３、及び可変増幅器５５を有する負帰還回路を含む。すなわち、被検信号出力部２３は、参照信号を出力する増幅器を含む。可変増幅器５５は、抵抗と増幅器で構成されており、入力信号に応じてゲインが制御される。本実施形態では、可変増幅器５５は、デジタル制御ゲイン増幅器であり、ゲイン設定部２６から出力されたデジタル信号に応じて抵抗値が制御される。

回路５３は、外部電源装置２のグラウンドＧと接続されている。被検信号出力部２３及び参照信号出力部２４のオペアンプ５１は、回路５３から供給される電力によって動作する。本実施形態では、被検信号出力部２３のオペアンプ５１の入力端子には、外部電源装置２のグラウンドＧと半導体試料Ｓとが接続されている。これによって、被検信号出力部２３は、電流電圧変換回路を構成している。参照信号出力部２４のオペアンプ５１の入力端子には、外部電源装置２のグラウンドＧと参照部材ＲＳとが接続されている。これによって、参照信号出力部２４は、電流電圧変換回路を構成している。

除去処理部２５は、被検信号出力部２３及び参照信号出力部２４に電気的に接続されている。被検信号及び参照信号は、除去処理部２５に入力される。除去処理部２５は、半導体試料Ｓから出力された電流信号に対して外部電源装置２の出力によるノイズ成分の除去処理を参照信号に基づいて行う。除去処理部２５は、除去処理が行われた被検信号を処理信号として出力する。除去処理部２５は、差動検出部４５を有し、差動検出部４５によって除去処理が行われる。差動検出部４５は、除去処理部２５に入力された被検信号と参照信号の差分からなる差分信号を出力する。除去処理部２５は、被検信号と参照信号との差分からなる差分信号を増幅して処理信号として出力する。

図２に示されているように、差動検出部４５は、比較器５６、及び回路５７を含んでいる。比較器５６は、差動増幅器である。回路５７は、外部電源装置２のグラウンドＧと接続されており、電源を構成する。比較器５６は、回路５７から供給される電力によって動作する。比較器５６の入力端子には、被検信号出力部２３と参照信号出力部２４とが接続されている。これによって、被検信号と参照信号との差分が比較器５６から出力される。

ゲイン設定部２６は、外部電源装置２の出力に応じて参照信号を出力する参照信号出力部２４のゲインを設定する。換言すれば、ゲイン設定部２６は、参照信号出力部２４から出力される参照信号の強度を設定する。本実施形態では、ゲイン設定部２６は、可変増幅器５５の抵抗値を設定することで、参照信号出力部２４のゲインを設定する。

ゲイン設定部２６は、半導体試料Ｓに対して光の照射及び走査が行われていない状態において取得された処理信号の強度に基づくフィードバック制御によって、参照信号出力部２４のゲインを設定する。以下、半導体試料Ｓに対して光の照射及び走査が行われていない状態において取得された処理信号を「第一処理信号」という。第一処理信号は、半導体試料Ｓに対して光の照射及び走査が行われていない状態において被検信号出力部２３から出力された被検信号に対して、参照信号に基づいて除去処理部２５によって上述した除去処理を行った処理信号である。このため、第一処理信号の強度は、参照信号出力部２４のゲインに応じて変化する。ゲイン設定部２６において、第一処理信号の強度は、０以上の整数で表される値として取得される。

アイソレート部２７は、除去処理部２５と電気特性測定部２８とを電気的に絶縁した状態で接続する。除去処理部２５と電気特性測定部２８は、アイソレート部２７を介して接続されている。本実施形態では、アイソレート部２７は、信号経路において除去処理部２５及び電気特性測定部２８に直列に接続されたコンデンサを含む。アイソレート部２７は、たとえば、トランス、又はフォトカプラを含んでいてもよい。アイソレート部２７が、たとえば、トランスを含む場合、アイソレート部２７は、除去処理部２５と電気特性測定部２８とを磁気的に接続する。アイソレート部２７が、たとえば、フォトカプラを含む場合、アイソレート部２７は、除去処理部２５と電気特性測定部２８とを光学的に接続する。また、アイソレート部２７は、除去処理部２５と電気特性測定部２８とのそれぞれのグラウンドを別系統としている。

電気特性測定部２８は、アイソレート部２７を通して除去処理部２５から伝達された処理信号に基づいて、レーザビームＬの照射及び走査に伴って変化する半導体試料Ｓの電気特性を測定する。電気特性測定部２８は、半導体試料Ｓに対して光の照射及び走査が行われている状態において取得された処理信号に基づいて、半導体試料Ｓの電気特性を測定する。以下、半導体試料Ｓに対して光の照射及び走査が行われている状態において取得された処理信号を「第二処理信号」という。第二処理信号は、半導体試料Ｓに対して光の照射及び走査が行われている状態において被検信号出力部２３から出力された被検信号に対して、参照信号に基づいて除去処理部２５によって上述した除去処理を行った処理信号である。

電気特性測定部２８による電気特性の測定では、ゲイン設定部２６によってゲインが設定された参照信号出力部２４が用いられる。したがって、電気特性測定部２８による電気特性の測定に用いられる第二処理信号は、ゲイン設定部２６によってゲインが設定された参照信号出力部２４からの参照信号に基づいて除去処理が行われた処理信号である。すなわち、電気特性測定部２８は、ゲイン設定部２６によってゲインが設定された参照信号出力部２４からの参照信号に基づいて除去処理を行った第二処理信号を取得し、取得された第二処理信号に基づいて半導体試料Ｓの電気特性を測定する。

本実施形態では、電気特性測定部２８は、処理信号から、半導体試料Ｓの電気特性として半導体試料Ｓのインピーダンスを示す値を所定時間ごとに演算する。電気特性測定部２８は、演算された電気特性（測定結果）を制御ユニット３０に逐次送信する。

制御ユニット３０は、システム制御部３１と、表示部３２とを備える。システム制御部３１は、レーザ走査部１２、顕微鏡１３、電気特性測定部２８、及び表示部３２に接続されている。システム制御部３１は、レーザ走査部１２によるレーザビームＬの走査、顕微鏡１３による半導体試料Ｓの像の取得、電気特性測定部２８の動作、及び表示部３２による測定結果の表示を制御する。システム制御部３１は、電気特性測定部２８から出力された測定結果に基づいて、半導体試料Ｓの状態を表示部３２に表示する。表示部３２は、たとえば、液晶モニタなどのディスプレイである。システム制御部３１は、物理的には、プロセッサであるＣＰＵ（Central Processing Unit）と、記録媒体であるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）と、通信モジュールとを含んだコンピュータ、及びマウス、キーボード等の入出力デバイスとを含む。システム制御部３１は、複数のコンピュータを含んでいてもよい。

次に、検査装置１の動作について詳細に説明する。検査装置１は、ゲイン設定部２６によって参照信号出力部２４のゲインを設定し、その後、半導体試料Ｓに対する光の照射及び走査を行いながら、電気特性測定部２８によって処理信号に基づいて半導体試料Ｓの電気特性を測定する。本実施形態では、電気特性測定部２８によって半導体試料Ｓの電気特性が測定される間、ゲイン設定部２６によって設定された上記ゲインは維持される。半導体試料Ｓに対する光の照射及び走査は、システム制御部３１によって制御される。システム制御部３１は、光照射ユニット１０によってレーザビームＬを半導体試料Ｓの表面の微細部分に照射し、半導体試料Ｓの表面上でレーザビームＬを走査する。

半導体試料Ｓには、外部電源装置２から所定の電圧が印加されており、半導体試料Ｓの回路内には所定の電流が流れている。半導体試料ＳにおけるレーザビームＬが照射されている箇所では、レーザビームＬのエネルギーの吸収によって当該箇所の温度が上昇し、インピーダンスが変化する。このため、半導体試料Ｓを流れる電流値が変化する。ボイドなどの欠陥がある箇所では、熱伝導が悪く、熱が周囲に逃げ難い。したがって、このような欠陥箇所では、レーザビームＬが照射された場合に温度上昇が大きい。これにより、所定の電圧が印加された半導体試料Ｓの欠陥箇所では、温度上昇に伴ってインピーダンス変化が増加し、電流値の変化も大きい。

半導体試料Ｓから出力された電流信号は、被検信号出力部２３で電流信号から電圧信号に変換されると共に増幅され、被検信号として除去処理部２５に入力される。参照部材ＲＳから出力された電流信号は、参照信号出力部２４で電流信号から電圧信号に変換されると共に増幅され、参照信号として除去処理部２５に入力される。

除去処理部２５は、差動検出部４５によって入力された被検信号と参照信号との差分からなる差分信号を取得し、取得された差分信号を増幅して処理信号として出力する。除去処理部２５から出力された処理信号は、アイソレート部２７を介して、電気特性測定部２８に入力される。

電気特性測定部２８は、入力された処理信号に基づいて半導体試料Ｓの電気特性を所定時間ごとに測定し、測定結果をシステム制御部３１に逐次送信する。システム制御部３１は、電気特性測定部２８から送信された測定結果に基づいて、半導体試料Ｓの電気特性の測定結果を輝度情報に変換する。システム制御部３１は、レーザビームＬの照射位置と、この照射位置に対応する輝度情報とを関連付ける。システム制御部３１は、レーザビームＬの照射位置と輝度情報とに基づいて半導体試料Ｓの欠陥箇所を示す画像を生成し、この画像を表示部３２に表示する。すなわち、システム制御部３１は、電気特性測定部２８から送信された測定結果に基づいて、半導体試料Ｓの欠陥箇所を出力する。これにより、画像による半導体試料Ｓの欠陥箇所の確認が実現される。本実施形態では、システム制御部３１は、半導体試料Ｓの表面における測定領域の全てにレーザビームＬを照射及び走査する間に取得された電気特性の測定結果に基づいて画像を生成し、この画像を表示部３２に表示する。

次に、ゲイン設定部２６の動作について詳細に説明する。ゲイン設定部２６は、互いに異なる複数の値に参照信号出力部２４のゲインを設定したそれぞれの場合において、第一処理信号の強度を取得する。換言すれば、ゲイン設定部２６は、一つの値に参照信号出力部２４のゲインを設定し、この状態において第一処理信号の強度を少なくとも一回取得する。第一処理信号の強度が小さいほど、外部電源装置２に起因して電気特性の測定に影響をあたえるノイズが低減されている。ゲイン設定部２６は、上記ノイズが低減されるゲインを設定するために、複数回の取得による複数の第一処理信号の強度に基づくフィードバック制御によって、第一処理信号の強度が最小になると判断された値に参照信号出力部２４のゲインを設定する。換言すれば、ゲイン設定部２６は、参照信号出力部２４のゲインを変化させ、当該ゲインの変化に応じた第一処理信号の強度の変化に基づくフィードバック制御によって、第一処理信号の強度が最小となるように参照信号出力部２４のゲインを設定する。

本実施形態では、参照信号出力部２４のゲインは、可変増幅器５５の抵抗値に対応して変化する。ゲイン設定部２６は、第一処理信号の強度に基づくフィードバック制御によって可変増幅器５５の抵抗値を設定することで、参照信号出力部２４のゲインを設定する。ゲイン設定部２６によって設定された可変増幅器５５の抵抗値は、電気特性測定部２８によって半導体試料Ｓの電気特性が測定されている間には変更されない。

本実施形態では、ゲイン設定部２６は、参照信号出力部２４のゲインの値をビット列として管理する。たとえば、ゲイン設定部２６は、可変増幅器５５の抵抗値をビット列として管理する。ゲイン設定部２６は、二分探索法によって上記ビット列の各ビットの値を最上位ビット側から決定することで、第一処理信号の強度が最小になると判断された値に参照信号出力部２４のゲインを設定する。ゲイン設定部２６は、たとえば、１０２４段階に分けられた抵抗値の中から、第一処理信号の強度が最小になると判断された値に参照信号出力部２４のゲインを設定する。この場合、抵抗値は、１０ビットのビット列で表される。

本実施形態では、ゲイン設定部２６は、各ビットの値を決定する処理において、可変増幅器５５の抵抗値が互いに異なる一対の第一抵抗値と第二抵抗値とにそれぞれ設定されたときの第一処理信号の強度を取得する。取得される第一処理信号の強度は、０以上の整数で表される値である。最上位ビットからｎビット目のビットの値を決定する処理において、第一抵抗値と第二抵抗値とは、最上位ビットからｎビット目に位置するビットの値が異なる。ｎは、０以上の整数である。０ビット目は、最上位ビットである。ゲイン設定部２６は、可変増幅器５５の抵抗値が第一抵抗値である場合の第一処理信号の強度と、可変増幅器５５の抵抗値が第二抵抗値である場合の第一処理信号の強度とを比較する。ゲイン設定部２６は、第一抵抗値と第二抵抗値とのうち、第一処理信号の強度が小さい方の抵抗値におけるｎビット目のビットの値に、電気特性の測定時に設定する抵抗値におけるｎビット目のビットの値を決定する。ゲイン設定部２６は、ｎビット目のビットの値が決定されると、ｎをインクリメントする。

図３に示されるように、たとえば、４ビット目のビットの値を決定する処理では、第一抵抗値における４ビット目のビットの値は１であり、第二抵抗値における４ビット目のビットの値は０である。第一抵抗値及び第二抵抗値の０〜３ビット目は既に決定されており、第一抵抗値と第二抵抗値で同じ値である。４ビット目のビットの値を決定する処理において、たとえば、第一抵抗値を表すビット列は“０１１０１１００００”であり、第二抵抗値を表すビット列は“０１１００１００００”である。たとえば、４ビット目のビットの値を決定する処理では、第一抵抗値と第二抵抗値の双方において、５ビット目のビットの値は１であり、それ以降のビットの値は０である。

第一抵抗値の方が第二抵抗値よりも第一処理信号の強度が小さくなると判断されると、４ビット目のビットの値は１に決定され、５ビット目のビットの値を決定する処理に進む。第二抵抗値の方が第一抵抗値よりも第一処理信号の強度が小さくなると判断されると、４ビット目は０に決定され、５ビット目のビットの値を決定する処理に進む。５ビット目のビットの値を決定する処理では、第一抵抗値における５ビット目のビットの値は１であり、第二抵抗値における５ビット目のビットの値は０である。４ビット目のビットの値が１に決定された場合、５ビット目のビットの値を決定する処理において、たとえば、第一抵抗値を表すビット列は“０１１０１１１０００”であり、第二抵抗値を表すビット列は“０１１０１０１０００”である。たとえば、５ビット目のビットの値を決定する処理では、第一抵抗値と第二抵抗値の双方において、６ビット目のビットの値は１であり、それ以降のビットの値は０である。

ゲイン設定部２６は、以上のようなｎビット目のビットの値を決定する処理を、ｎが０である最上位ビットから最下位ビットまで繰り返す。このように、電気特性の測定に用いられる参照信号出力部２４の可変増幅器５５の抵抗値が、二分探索法を用いたフィードバック制御によって設定される。すなわち、参照信号出力部２４のゲインは、二分探索法を用いたフィードバック制御によって設定される。

ゲイン設定部２６は、第一処理信号をサンプリングし、サンプリングの結果から第一処理信号の強度を複数回取得する。たとえば、ゲイン設定部２６は、図４に示されるように、サンプリング周期ＴＳによって期間Ｔ１の間、サンプリングを行うことで、１回分の第一処理信号の強度の取得を行う。次に、ゲイン設定部２６は、サンプリング周期ＴＳによって期間Ｔ２の間、サンプリングを行うことで、１回分の第一処理信号の強度の取得を行う。各回の第一処理信号の強度の取得において、ゲイン設定部２６によってサンプリングが行われる期間Ｔ１，Ｔ２は、参照信号出力部２４に含まれる増幅器の周波数帯域における最小周波数の周期よりも長い。サンプリング周期ＴＳは、参照信号出力部２４に含まれる増幅器の周波数帯域における最大周波数の周期よりも短い。本実施形態では、各回の第一処理信号の強度の取得においてサンプリングが行われる期間Ｔ１，Ｔ２の長さは、互いに同一である。

本実施形態では、被検信号出力部２３に含まれる増幅器の周波数帯域、参照信号出力部２４に含まれる増幅器の周波数帯域、及び除去処理部２５に含まれる比較器５６の周波数帯域は、同一である。以下、被検信号出力部２３に含まれる増幅器の周波数帯域、参照信号出力部２４に含まれる増幅器の周波数帯域、及び除去処理部２５に含まれる比較器５６の周波数帯域を「電気特性測定ユニット２０の周波数帯域」という。外部電源装置２に起因して第一処理信号に混入するノイズ成分の周波数は、電気特性測定ユニット２０の周波数帯域に依存する。

外部電源装置２に起因して第一処理信号に混入するノイズ成分の最大周波数は、電気特性測定ユニット２０の周波数帯域の最大周波数以下である。外部電源装置２に起因して第一処理信号に混入するノイズ成分の最小周波数は、電気特性測定ユニット２０の周波数帯域の最小周波数以上である。したがって、図４に示されているように、各回の第一処理信号の強度の取得において、ゲイン設定部２６によってサンプリングが行われる期間Ｔ１，Ｔ２は、外部電源装置２に起因して第一処理信号に混入するノイズ成分の最小周波数（低周波ノイズ）の周期Ｔ３よりも長い。サンプリング周期ＴＳは、外部電源装置２に起因して第一処理信号に混入するノイズ成分の最大周波数（高周波ノイズ）の周期Ｔ４よりも短い。

本実施形態では、ゲイン設定部２６は、サンプリングによって第一処理信号の強度のピーク値を取得し、取得されたピーク値に基づいて参照信号出力部２４のゲインを設定する。すなわち、ゲイン設定部２６は、取得されたピーク値が最小となるように、参照信号出力部２４のゲインを設定する。ピーク値は、各期間Ｔ１，Ｔ２において取得されたサンプリング値のうち、極大値の平均である。本実施形態の変形例として、ゲイン設定部２６は、ピーク値でなく第一処理信号の強度の実効値に基づいて参照信号出力部２４のゲインを設定してもよい。ピーク値は、各期間Ｔ１，Ｔ２において取得されたサンプリング値のうちの最大値であってもよい。

次に、図５及び図６を参照して、本実施形態の変形例に係る半導体試料の検査装置１Ａについて説明する。図５は、本実施形態の変形例に係る半導体試料の検査装置の概略ブロック図である。図６は、半導体試料の検査装置の一部を示す概略図である。図６及び図７に示されている変形例は、試料台２２及び参照部材ＲＳの代わりにＤＣ成分カット部が設けられている点に関して、上述した実施形態と相違する。以下、上述した実施形態と変形例との相違点を主として説明する。

検査装置１Ａの電気特性測定ユニット２０は、試料台２１、被検信号出力部２３、参照信号出力部２４、除去処理部２５、アイソレート部２７、電気特性測定部２８、及びＤＣ成分カット部２９を備える。ＤＣ成分カット部２９の入力は、試料台２１と電気的に並列に外部電源装置２の出力端子に接続されている。ＤＣ成分カット部２９の出力は、参照信号出力部２４と接続されている。すなわち、参照信号出力部２４は、ＤＣ成分カット部２９を挟んで、外部電源装置２に直列に接続されている。

ＤＣ成分カット部２９は、外部電源装置２から出力された電圧から直流成分を除去した電圧変動量を出力する。参照信号出力部２４は、ＤＣ成分カット部２９から出力された電圧変動量に基づく参照信号を出力する。参照信号出力部２４は、外部電源装置２から出力された電圧から直流成分が除去された電圧変動量を参照信号として出力する。参照信号出力部２４に入力された信号は、増幅部４６によって電圧が増幅される。したがって、参照信号は、電圧信号である。

図６に示されているように、本実施形態におけるＤＣ成分カット部２９は、コンデンサ５８を有している。コンデンサ５８は、半導体試料Ｓと電気的に並列に外部電源装置２の出力端子に接続されている。コンデンサ５８は、参照信号出力部２４と電気的に直列に接続されている。本変形例における参照信号出力部２４は、オペアンプ５１、抵抗５２、回路５３、及び可変増幅器５５に加えて抵抗５９を有し、これらによって構成される反転増幅回路を含む。

検査装置１Ａでは、ＤＣ成分カット部２９によって外部電源装置２から出力された電圧から直流成分が除去された電圧変動量が、参照信号出力部２４に入力される。換言すれば、参照信号出力部２４には、外部電源装置２から出力された電圧のうちの交流成分、すなわち、ノイズ成分が入力される。このため、検査装置１Ａは参照部材ＲＳを有さない構成であるが、当該検査装置１Ａの参照信号出力部２４から出力される参照信号もノーマルノイズを示す信号である。

半導体試料Ｓから出力された電流信号は、被検信号出力部２３で電流信号から電圧信号に変換されると共に増幅され、被検信号として除去処理部２５に入力される。ＤＣ成分カット部２９から出力された電圧変動量は、参照信号出力部２４で増幅され、参照信号として除去処理部２５に入力される。除去処理部２５は、入力された被検信号と参照信号との差分からなる差分信号を増幅して処理信号として出力する。

次に、図７及び図８を参照して、本実施形態の変形例に係る半導体試料の検査装置１Ｂについて説明する。図７は、本実施形態の変形例に係る半導体試料の検査装置の概略ブロック図である。図８は、半導体試料の検査装置の一部を示す概略図である。図７及び図８に示されている変形例は、除去処理部の前段に電流電圧変換部を有していない点、除去処理部が差動検出部を有さずに参照信号と検出信号の加算を行う点に関して、上述した実施形態と相違する。以下、上述した実施形態との相違点を主として説明する。

検査装置１Ｂでは、被検信号出力部２３は、試料台２１の出力端子と除去処理部２５とを電気的に直列に接続する配線のみを含んでいる。すなわち、被検信号出力部２３は、半導体試料Ｓから出力された電流信号を被検信号として除去処理部２５に入力する。したがって、被検信号は、電流信号である。

参照信号出力部２４は、反転ゲイン調整部４７を有している。反転ゲイン調整部４７は、参照信号出力部２４に入力された電流信号、すなわち、外部電源装置の出力に応じた電流信号を逆相に変換し、被検信号の強度に応じてゲインが調整された参照信号を出力する。したがって、参照信号は、参照部材ＲＳから出力された電流信号に対して逆相の電流信号である。

図８に示されているように、本変形例における参照信号出力部２４は、オペアンプ５１、抵抗５２、回路５３、及び可変増幅器５５を有する参照信号を出力する増幅器を含む。回路５３は、外部電源装置２のグラウンドＧと接続されており、電源を構成する。参照信号出力部２４のオペアンプ５１は、回路５３から供給される電力によって動作する。

参照信号出力部２４のオペアンプ５１の入力端子には、外部電源装置２のグラウンドＧと参照部材ＲＳとが接続されている。これによって、参照信号出力部２４には、電流電圧変換回路が構成されている。

除去処理部２５は、加算部４８及び電流電圧変換部４９（増幅部）を有している。加算部４８は、被検信号と参照信号とを加算して電流電圧変換部４９に出力する。本変形例では、加算部４８は、図８に示されているように、試料台２１の出力端子に接続された配線である被検信号出力部２３と参照信号出力部２４に接続されている配線と電流電圧変換部４９とを接続するコネクタである。すなわち、加算部４８は、被検信号の電流値と参照信号の電流値とを加算した電流値を有する電流信号を出力する。電流電圧変換部４９は、加算部４８から出力された電流信号を電圧信号に変換すると共に増幅する。したがって、除去処理部２５から出力される処理信号は、電圧信号である。

図８に示されているように、本変形例における電流電圧変換部４９は、オペアンプ６１、抵抗６２、及び回路６３を有する負帰還回路である。回路６３は、外部電源装置２のグラウンドＧと接続されており、電源を構成する。オペアンプ６１は、回路６３から供給される電力によって動作する。オペアンプ６１の入力端子には、外部電源装置２のグラウンドＧと加算部４８とが接続されている。これによって、電流電圧変換部４９には、反転増幅回路が構成されている。

検査装置１Ｂでは、半導体試料Ｓから出力された電流信号は、被検信号として除去処理部２５に入力される。参照部材ＲＳから出力された電流信号は、参照信号出力部２４で逆相の電流信号に変換され、参照信号として除去処理部２５に入力される。除去処理部２５では、加算部４８によって被検信号と参照信号とを加算し、加算された信号を電流電圧変換部４９によって電圧信号に変換すると共に増幅して処理信号として出力する。

次に、図９及び図１０を参照して、本実施形態の変形例に係る半導体試料の検査装置１Ｃについて説明する。図９は、本実施形態の変形例に係る半導体試料の検査装置の概略ブロック図である。図１０は、半導体試料の検査装置の一部を示す概略図である。図９及び図１０に示されている変形例は、試料台２２及び参照部材ＲＳの代わりにＤＣ成分カット部２９が設けられている点に関して、図７及び図８に示されている変形例と相違する。以下、図７及び図８に示した変形例との相違点を主として説明する。

検査装置１Ｃにおいて電気特性測定ユニット２０は、試料台２１、被検信号出力部２３、参照信号出力部２４、除去処理部２５、アイソレート部２７、電気特性測定部２８、及びＤＣ成分カット部２９を備える。ＤＣ成分カット部２９の入力は、試料台２１と電気的に並列に外部電源装置２の出力端子に接続されている。ＤＣ成分カット部２９の出力は、参照信号出力部２４と接続されている。すなわち、参照信号出力部２４は、ＤＣ成分カット部２９を介して、外部電源装置２に直列に接続されている。

ＤＣ成分カット部２９は、外部電源装置２から出力された電圧から直流成分を除去した電圧変動量を出力する。参照信号出力部２４は、ＤＣ成分カット部２９から出力された電圧変動量に基づく参照信号を出力する。参照信号出力部２４に入力された信号は、増幅部４６によって増幅される。したがって、参照信号は、電圧信号である。

図１０に示されているように、本実施形態におけるＤＣ成分カット部２９は、コンデンサ５８を有している。コンデンサ５８は、半導体試料Ｓと電気的に並列に外部電源装置２の出力端子に接続されている。コンデンサ５８は、参照信号出力部２４と電気的に直列に接続されている。本変形例における参照信号出力部２４は、オペアンプ５１、抵抗５２、回路５３、及び可変増幅器５５に加えて抵抗５９を有し、これらによって構成された反転増幅回路を含む。

検査装置１Ｃでは、ＤＣ成分カット部２９によって外部電源装置２から出力された電圧から直流成分が除去された電圧変動量が、参照信号出力部２４に入力される。換言すれば、参照信号出力部２４には、外部電源装置２から出力された電圧のうちの交流成分が入力される。交流成分は、ノイズ成分に相当する。このため、参照信号出力部２４から出力される参照信号は、ノーマルノイズを示す信号である。

検査装置１Ｃでは、半導体試料Ｓから出力された電流信号は、被検信号として除去処理部２５に入力される。ＤＣ成分カット部２９から出力された電流信号は、参照信号出力部２４で逆相の電流信号に変換され、参照信号として除去処理部２５に入力される。除去処理部２５は、加算部４８によって被検信号と参照信号とを加算し、加算された信号を電流電圧変換部４９によって電圧信号に変換すると共に増幅して処理信号として出力する。

次に、図１１から図１３を参照して、本実施形態及び変形例に係る検査装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃを用いた半導体試料Ｓの検査方法について説明する。図１１は、半導体試料の検査方法を示すフローチャートである。図１２は、図１１に示した処理のうち、ゲインの設定処理について詳細に示すフローチャートである。図１３は、図１１に示した処理のうち、電気特性の測定処理について詳細に示すフローチャートである。

まず、半導体試料Ｓ、及び、参照部材ＲＳ又はコンデンサ５８の準備が行われる（処理Ｓ１）。半導体試料Ｓは、試料台２１に載置され、外部電源装置２に接続される。検査装置１，１Ｂを用いる場合には、参照部材ＲＳが、試料台２２に載置され、半導体試料Ｓと電気的に並列に外部電源装置２に接続されると共に、電気的に直列に参照信号出力部２４に接続される。検査装置１Ａ，１Ｃを用いる場合には、コンデンサ５８が、半導体試料Ｓと電気的に並列に外部電源装置２に接続されると共に、電気的に直列に参照信号出力部２４に接続される。コンデンサ５８は、予め参照信号出力部２４に接続されていてもよい。コンデンサ５８が予め参照信号出力部２４に接続されている場合には、処理Ｓ１で示される処理は省略される。

続いて、外部電源装置２による半導体試料Ｓへの電圧の印加が開始される（処理Ｓ２）。この際、検査装置１，１Ｂを用いる場合には、外部電源装置２による参照部材ＲＳへの電圧の印加も開始される。本実施形態では、外部電源装置２による電圧の印加は、全ての処理が終了するまで継続される。

続いて、ゲイン設定部２６によって参照信号出力部２４のゲインの設定処理が行われる（処理Ｓ３）。本実施形態では、全ての処理が終了するまで、処理Ｓ３において設定されたゲインが維持される。ゲインの設定処理では、除去処理部２５において被検信号及び参照信号が取得され、除去処理部２５から第一処理信号が出力される。第一処理信号は、半導体試料Ｓに対して光の照射及び走査が行われていない状態において除去処理部２５から出力される処理信号である。ゲインの設定処理では、第一処理信号の強度に基づくフィードバック制御によって、参照信号出力部２４のゲインが設定される。

被検信号は、外部電源装置２からの電圧の印加に応じて半導体試料Ｓから出力された電流信号に基づく信号である。検査装置１，１Ａを用いる場合には、被検信号は、外部電源装置２からの電圧の印加に応じて半導体試料Ｓから出力された電流信号を電圧信号に変換した信号である。検査装置１Ｂ，１Ｃを用いる場合には、被検信号は、外部電源装置２からの電圧の印加に応じて半導体試料Ｓから出力された電流信号そのものである。

参照信号は、半導体試料Ｓと電気的に並列に外部電源装置２に接続された参照信号出力部２４から、外部電源装置２の出力に応じて出力された信号である。検査装置１，１Ｂを用いる場合には、参照信号は、外部電源装置２の出力に起因して参照部材ＲＳから出力された電流信号に基づく信号である。検査装置１Ａ，１Ｃを用いる場合には、参照信号は、外部電源装置２から出力された電圧から直流成分を除去した電圧変動量に基づいて参照信号出力部２４から出力された信号である。外部電源装置２から出力された電圧から直流成分を除去した信号は、たとえば、コンデンサ５８によって生成される。検査装置１，１Ａを用いる場合には、参照信号は、外部電源装置２の出力に応じた電圧信号である。検査装置１Ｂ，１Ｃを用いる場合には、参照信号は、外部電源装置２の出力に応じて参照部材ＲＳ又はＤＣ成分カット部２９から出力された電流信号を逆相にした信号である。

続いて、光照射ユニット１０による半導体試料ＳへのレーザビームＬの照射及び走査が開始される（処理Ｓ４）。本実施形態では、光照射ユニット１０による半導体試料ＳへのレーザビームＬの照射及び走査は、半導体試料Ｓの測定領域の全てにレーザビームＬを照射及び走査するまで継続される。

続いて、電気特性の測定処理が行われる（処理Ｓ５）。本実施形態では、電気特性測定ユニット２０によって測定された電気特性の測定結果は、システム制御部３１に逐次送信される。電気特性の設定処理では、除去処理部２５において被検信号及び参照信号が取得され、除去処理部２５から第二処理信号が出力される。第二処理信号は、半導体試料Ｓに対して光の照射及び走査が行われている状態において除去処理部２５から出力される処理信号である。電気特性の設定処理では、第二処理信号の強度に基づいて半導体試料Ｓの電気特性が測定される。

続いて、システム制御部３１によって電気特性の測定結果が表示部３２に表示される（処理Ｓ６）。本実施形態では、システム制御部３１が、電気特性測定部２８から送信された測定結果及びレーザビームＬの照射位置に基づいて、レーザビームＬの照射位置に対応した半導体試料Ｓの電気特性の測定結果を輝度情報に変換する。続いて、システム制御部３１は、レーザビームＬの照射位置と、この照射位置に対応する輝度情報とを関連付ける。続いて、システム制御部３１は、レーザビームＬの照射位置と輝度情報とに基づいて、半導体試料Ｓの欠陥箇所を示す画像を生成し、この画像を表示部３２に表示する。すなわち、システム制御部３１は、電気特性測定部２８から送信された測定結果に基づいて、半導体試料Ｓの欠陥箇所を出力する。

続いて、システム制御部３１によって全ての処理を終了するかの判断が行われる（処理Ｓ７）。終了しないと判断された場合（処理Ｓ７でＮＯ）には、処理Ｓ４で示される処理に戻ってレーザビームＬの照射及び走査が開始される。終了すると判断された場合（処理Ｓ７でＹＥＳ）には、全ての処理が終了される。

次に、処理Ｓ３におけるゲインの設定処理について更に詳細に説明する。

ゲインの設定処理では、参照信号出力部２４の可変増幅器５５の抵抗値を表すビット列を決定することで、参照信号出力部２４のゲインが設定される。ゲインの設定処理では、最上位ビットからｎビット目のビットの値を決定する処理が繰り返される。ゲインの設定処理では、まず、ｎの値が決定される（処理Ｓ３１）。ｎは、０以上の整数である。本実施形態では、可変増幅器５５の抵抗値は、１０桁のビット列で表される。このため、ｎは、０〜９の値になり得る。２回目以降の処理Ｓ３１の実行では、処理Ｓ３１を実行するたびにｎがインクリメントされる。最初に処理Ｓ３１が実行される際には、処理Ｓ３１においてｎが０に決定され、処理Ｓ３２が実行される。

続いて、最上位ビットからｎビット目の決定に用いられる第一抵抗値が決定される（処理Ｓ３２）。０ビット目は、最上位ビットである。本実施形態において第一抵抗値では、最上位ビットからｎビット目のビットの値が１であり、最上位ビットからｎ＋１ビット目のビットの値が１であり、以降のビットの値が０である。図３には、ｎ＝４ある場合とｎ＝５ある場合との第一抵抗値の一例が示されている。

続いて、最上位ビットからｎビット目の決定に用いられる第一抵抗値が可変増幅器５５の抵抗値に設定された場合における第一処理信号の強度が取得される（処理Ｓ３３）。本実施形態では、サンプリングによって第一処理信号の強度のピーク値が取得される。ピーク値は０以上の整数である。

続いて、最上位ビットからｎビット目の決定に用いられる第二抵抗値が決定される（処理Ｓ３４）。本実施形態において第二抵抗値では、最上位ビットからｎビット目のビットの値が０であり、最上位ビットからｎ＋１ビット目のビットの値が１であり、以降のビットの値が０である。図３には、ｎ＝４ある場合とｎ＝５ある場合との第二抵抗値の一例が示されている。

続いて、最上位ビットからｎビット目の決定に用いられる第二抵抗値が可変増幅器５５の抵抗値に設定された場合における第一処理信号の強度が取得される（処理Ｓ３５）。本実施形態では、サンプリングによって第一処理信号の強度のピーク値が取得される。ピーク値は０以上の整数である。

続いて、第一抵抗値が設定された場合における第一処理信号の強度と、第二抵抗値が設定された場合における第一処理信号の強度とが比較される（処理Ｓ３６）。本実施形態では、第一抵抗値が設定された場合における第一処理信号の強度のピーク値と、第二抵抗値が設定された場合における第一処理信号の強度のピーク値とのいずれが小さいかを判断する。

続いて、ｎビット目のビットの値が決定される（処理Ｓ３７）。処理Ｓ３６において、第一抵抗値が設定された場合の方が第二抵抗値が設定した場合よりもピーク値が小さいと判断されると、ｎビット目のビットの値は１に決定される。処理Ｓ３６において、第二抵抗値が設定した場合の方が第一抵抗値が設定した場合よりもピーク値が小さいと判断されると、ｎビット目のビットの値は０に決定される。

続いて、参照信号出力部２４の可変増幅器５５の抵抗値を表すビット列における全てのビットの値が決定されたか否かを判断する（処理Ｓ３８）。本実施形態では、可変増幅器５５の抵抗値が１０桁のビット列であるため、ｎ＝９であるか否かが判断される。全てのビットの値が決定されていないと判断された場合（処理Ｓ３８でＮＯ）には、処理Ｓ３１で示される処理に戻る。全てのビットの値が決定されたと判断された場合（処理Ｓ３８でＹＥＳ）には、ゲインの設定処理は終了する。

次に、処理Ｓ５における電気特性の測定処理について更に詳細に説明する。

電気特性の測定処理では、除去処理部２５において参照信号及び被検信号が取得される（処理Ｓ５１）。電気特性の測定処理では、半導体試料Ｓに対して光の照射及び走査が行われている状態において被検信号出力部２３から出力された被検信号が取得される。

続いて、除去処理部２５によって、外部電源装置２の出力によるノイズ成分の除去処理が参照信号に基づいて被検信号に対して行われた処理信号が生成される（処理Ｓ５２）。電気特性の測定処理では、半導体試料Ｓに対して光の照射及び走査が行われている状態において取得された第二処理信号が生成される。検査装置１，１Ａを用いる場合には、除去処理部２５は、参照信号と被検信号との差分に基づいて第二処理信号を生成する。検査装置１Ｂ，１Ｃを用いる場合には、除去処理部２５は、参照信号と被検信号とを加算して増幅することで第二処理信号を生成する。

続いて、電気特性測定部２８によって、半導体試料Ｓの電気特性の測定が行われる（処理Ｓ５３）。電気特性測定部２８は、除去処理部２５で生成された第二処理信号に基づいて、半導体試料Ｓの電気特性の測定を行う。本実施形態では、電気特性測定部２８は、システム制御部３１に測定結果を逐次送信する。

続いて、電気特性の測定処理を終了するか判断が行われる（処理Ｓ５４）。終了しないと判断された場合（処理Ｓ５４でＮＯ）には、処理Ｓ５１で示される処理に戻って、除去処理部２５において参照信号及び被検信号が取得される。終了すると判断された場合（処理Ｓ５４でＹＥＳ）には、電気特性の測定処理が終了され、処理Ｓ６で示される処理に進む。

以上説明したように、本実施形態及び変形例に係る検査装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、半導体試料Ｓと電気的に並列に外部電源装置２と接続されていると共に、外部電源装置２の出力に応じた参照信号を出力する参照信号出力部２４を備えている。除去処理部２５は、外部電源装置２の出力によるノイズ成分の除去処理を参照信号に基づいて被検信号に対して行った処理信号を出力する。電気特性測定部２８は、処理信号に基づいて、半導体試料Ｓの電気特性を測定する。このため、上記検査装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、外部電源装置２を用いて半導体試料Ｓに供給する電力を向上することと、半導体試料Ｓの電気特性の測定結果に及ぶノイズの影響を低減することとを両立することができる。この結果、半導体試料Ｓの欠陥箇所の検査精度が向上され得る。

被検信号の強度に対して参照信号の強度が合っていない場合には、除去処理部２５によるノイズ成分の除去効果が低減する。しかしながら、被検信号の強度に合った参照信号が出力されるように参照信号出力部２４を設計することは困難である。たとえば、参照部材ＲＳにも製造バラツキ又は故障不良があり、半導体試料Ｓに合ったインピーダンスを有する参照部材ＲＳを選択することは困難である。

検査装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、ゲイン設定部２６を備える。ゲイン設定部２６は、第一処理信号の強度に基づくフィードバック制御によって、参照信号出力部２４のゲインを設定する。電気特性測定部２８は、ゲイン設定部２６によってゲインが設定された参照信号出力部２４からの参照信号に基づき除去処理が行われた第二処理信号に基づいて、半導体試料の電気特性を測定する。このため、参照信号出力部２４のゲインが自動で適切に設定される。この結果、第二処理信号におけるノイズ成分が高度に除去され得る。したがって、半導体試料Ｓの電気特性の測定結果に及ぶノイズの影響が高度に低減され得る。

検査装置１，１Ｂでは、ゲイン設定部２６によって参照信号出力部２４のゲインが設定されるため、半導体試料Ｓの抵抗値と参照部材ＲＳの抵抗値が異なっても、半導体試料Ｓの電気特性の測定結果に及ぶノイズの影響が高度に低減され得る。たとえば、半導体試料Ｓの抵抗値と参照部材ＲＳの抵抗値が１００倍程度異なっても、ノイズの影響が高度に低減され得る。したがって、検査装置１，１Ｂにおいて参照部材ＲＳの選択が容易である。

検査装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、ゲイン設定部２６は、互いに異なる複数の値にゲインを設定したそれぞれの場合における第一処理信号の強度を取得し、第一処理信号の強度が最小になると判断された値にゲインを設定する。このため、処理信号におけるノイズ成分がより簡単かつ高度に除去され得る。

検査装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、ゲイン設定部２６は、ゲインの値に対応するビット列について、二分探索法によってビット列の各ビットの値を最上位ビット側から決定することで、第一処理信号の強度が最小になると判断された値にゲインを設定する。このため、ゲイン設定部２６における処理負担が低減されると共に、処理信号におけるノイズ成分を除去する参照信号のゲインの値がより高速に設定され得る。

検査装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、参照信号出力部２４は、参照信号を出力する増幅器を含んでいる。ゲイン設定部２６は、増幅器の周波数帯域における最小周波数の周期よりも長い期間Ｔ１，Ｔ２で第一処理信号の強度をサンプリングする。ゲイン設定部２６は、このサンプリングによって第一処理信号の強度を取得する。このため、ノイズ成分の周波数が低くともノイズ成分の一周期の期間にサンプリングが行われる。したがって、ゲイン設定部２６によってゲインの値が適切に設定され得る。たとえば、ノイズ成分の周波数が低くとも第一処理信号のピーク値が適切に取得され得る。

検査装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、ゲイン設定部２６は、増幅器の周波数帯域における最大周波数の周期よりも短いサンプリング周期ＴＳによって処理信号の強度をサンプリングする。このため、ノイズ成分の周波数が高くともノイズ成分の一周期の間にサンプリング値が取得されるため、ゲイン設定部２６によってゲインの値が適切に設定され得る。たとえば、ノイズ成分の周波数が高くとも、第一処理信号のピーク値が適切に取得され得る。

検査装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、ゲイン設定部２６は、処理信号の強度のピーク値を取得し、当該ピーク値に基づいてゲインを設定する。ピーク値は、たとえば、第一処理信号の強度の実効値よりも簡易な処理で取得できる。したがって、ゲイン設定部２６における処理負担が低減される。

検査装置１，１Ｂでは、参照信号出力部２４は、半導体試料Ｓと電気的に並列に外部電源装置２に接続された参照部材ＲＳに電気的に直列に接続されている。参照信号出力部２４は、外部電源装置２による電圧の印加によって参照部材ＲＳから出力された電流信号に基づく信号を参照信号として出力する。この場合、参照信号出力部２４が出力する参照信号は、半導体試料Ｓと電気的に並列に外部電源装置２と接続された参照部材ＲＳからの電流信号に基づく。このため、半導体試料Ｓから出力された電流信号に合わせて、参照信号のゲインを調整することが容易である。

検査装置１Ａ，１Ｃでは、参照信号出力部２４は、外部電源装置２から出力された電流信号から直流電流成分が除去された信号を参照信号として出力する。この場合、参照信号出力部２４が出力する参照信号は、外部電源装置２から出力された電流信号から直流電流成分を除去した信号に基づく。直流電流成分が除去された信号は、外部電源装置２の出力のノイズ成分を示す。このため、外部電源装置２の出力のノイズ成分を含む参照信号の生成が容易である。

検査装置１Ａ，１Ｃでは、コンデンサ５８は、半導体試料Ｓと電気的に並列に外部電源装置２と接続されている。このため、外部電源装置２から出力された電流信号の直流成分が全て半導体試料Ｓを通して、被検信号出力部２３に入力される。すなわち、外部電源装置２から出力される電流値が半導体試料Ｓから出力される電流値である。この結果、電気特性測定の容易性が向上する。

検査装置１，１Ｂでは、被検信号出力部２３が半導体試料Ｓから出力された電流信号を電圧信号に変換した被検信号を出力する。参照信号出力部２４は、外部電源装置２からの電流信号を電圧信号に変換した信号を参照信号として出力する。除去処理部２５は、被検信号と参照信号との差分からなる差分信号を処理信号として出力する。この場合、被検信号と参照信号との差分からなる処理信号では、電磁波等の外来ノイズ成分も除去されている。

検査装置１Ｂ，１Ｃでは、参照信号出力部２４は、外部電源装置２の出力に応じた電流信号を逆相にした信号を参照信号として出力する。加算部４８は、半導体試料Ｓから出力された電流信号に参照信号を加算する。電流電圧変換部４９は、加算部４８によって加算された信号を増幅する。この場合、半導体試料Ｓから出力された電流信号に参照信号を加算した後に増幅が行われる。すなわち、外部電源装置２の出力によるノイズ成分の除去処理が行われた後に増幅が行われる。このため、外部電源装置２の出力のノイズが大きい場合でも、ノイズ成分によって除去処理部２５が飽和することを防止できる。したがって、除去処理部２５の増幅率を高くすることができる。

検査装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、除去処理部２５と電気特性測定部２８とは、アイソレート部２７によって、電気的に絶縁されている。アイソレート部２７は、たとえば、トランス、又はフォトカプラを介して、除去処理部２５と電気特性測定部２８とを接続する。検査装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、参照信号出力部２４及び除去処理部２５の少なくとも一つは、外部電源装置２のグラウンドＧと接続された回路６３から供給される電力によって動作する。この場合、外部電源側と測定部側との間で生じるコモンモードノイズが発生することを防止できる。

以上、本発明の実施形態及び変形例について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態及び変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

たとえば、参照信号出力部２４は、可変増幅器５５の代わりに可変抵抗を含んでいてもよい。この場合、可変抵抗は、デジタル制御可変抵抗器であり、ゲイン設定部２６から出力されたデジタル信号に応じて抵抗値が制御される。

ゲイン設定部２６は、可変増幅器５５の抵抗値を表すビット列の代わりにデジタル制御ゲイン可変増幅器のゲインの値に対応するビット列を決定することで、参照信号出力部２４のゲインを設定してもよい。この場合も、ゲイン設定部２６は、二分探索法によって上記ビット列の各ビットの値を最上位ビット側から決定することで、第一処理信号の強度が最小になると判断された値に参照信号出力部２４のゲインを設定してもよい。また、二分探索法以外の探索方法でビットを決定してもよい。

本実施形態及び変形例では、電気特性の測定処理では、半導体試料Ｓに対して光の照射及び走査が行われている状態において取得される第二処理信号の強度に基づいて半導体試料Ｓの電気特性が測定されることを説明した。しかし、電気特性の測定処理には、半導体試料Ｓに対して光の照射及び走査が行われていない状態において取得される第一処理信号の強度に基づいて半導体試料Ｓの電気特性が測定される期間が含まれていてもよい。

本実施形態及び変形例では、電気特性測定部２８とシステム制御部３１とを分けて説明したが、電気特性測定部２８はシステム制御部３１に含まれていてもよい。

システム制御部３１は、半導体試料Ｓの測定領域の全て又は所定部分にレーザビームＬを照射及び走査した後に、表示部３２に画像を表示してもよいし、電気特性測定部２８から測定結果を受信に応じて表示部３２に画像を逐次表示してもよい。

本実施形態及び変形例では、電気特性測定部２８は、システム制御部３１に測定結果を逐次送信したが、半導体試料Ｓの測定領域の全て又は所定部分にレーザビームＬを照射及び走査した後に、システム制御部３１に測定結果をまとめて送信してもよい。

本実施形態で説明した処理フローは例示的な処理順序を説明しており、本検査方法は説明した特定の処理順序に限定されない。処理順序は、矛盾の無い限り、順序を入れ替えてもよい。たとえば、外部電源装置２による半導体試料Ｓへの電圧の印加の開始と、光照射ユニット１０による半導体試料ＳへのレーザビームＬの照射及び走査の開始とは、順序が逆であってもよい。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…検査装置、２…外部電源装置、２３…被検信号出力部、２４…参照信号出力部、２５…除去処理部、２６…ゲイン設定部、２８…電気特性測定部、Ｓ…半導体試料。

Claims (7)

1. 外部電源装置によって電圧が印加されていると共に光が照射及び走査されている半導体試料の電気特性を測定し、当該電気特性に基づいて前記半導体試料の欠陥箇所を検出するための半導体試料の検査装置であって、
   前記半導体試料と電気的に並列に、外部電源装置に接続されていると共に、前記外部電源装置の出力に応じた参照信号を出力する参照信号出力部と、
   前記外部電源装置による電圧の印加によって前記半導体試料から出力された被検信号に対して前記外部電源装置の出力によるノイズ成分の除去処理を前記参照信号に基づいて行い、前記除去処理が行われた前記被検信号を処理信号として出力する除去処理部と、
   前記処理信号の強度に基づいて、前記外部電源装置の出力に応じて前記参照信号を出力する前記参照信号出力部のゲインを設定するゲイン設定部と、
   前記ゲイン設定部によって前記ゲインが設定された前記参照信号出力部からの前記参照信号に基づき前記除去処理が行われた前記処理信号に基づいて、前記半導体試料の電気特性を測定する電気特性測定部と、を備える、半導体試料の検査装置。
2. 前記ゲイン設定部は、互いに異なる複数の値に前記ゲインを設定したそれぞれの場合における前記処理信号の強度を取得し、前記処理信号の強度が最小になると判断された値に前記ゲインを設定する、請求項１に記載の検査装置。
3. 前記ゲイン設定部は、前記ゲインの値に対応するビット列について、二分探索法によって前記ビット列の各ビットの値を最上位ビット側から決定することで、前記処理信号の強度が最小になると判断された値に前記ゲインを設定する、請求項２に記載の検査装置。
4. 前記参照信号出力部は、前記参照信号を出力する増幅器を含み、
   前記ゲイン設定部は、前記増幅器の周波数帯域における最小周波数の周期よりも長い期間、前記処理信号の強度をサンプリングすることで、前記処理信号の強度を取得する、請求項２又は３に記載の検査装置。
5. 前記ゲイン設定部は、前記増幅器の周波数帯域における最大周波数の周期よりも短いサンプリング周期によって前記処理信号の強度をサンプリングする、請求項４に記載の検査装置。
6. 前記ゲイン設定部は、前記処理信号の強度のピーク値を取得し、前記ピーク値に基づいて前記ゲインを設定する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の検査装置。
7. 半導体試料の検査方法であって、
   外部電源装置によって前記半導体試料に電圧を印加することと、
   前記外部電源装置による電圧の印加に応じて前記半導体試料から出力された被検信号を取得することと、
   前記外部電源装置の出力に応じて、前記半導体試料と電気的に並列に前記外部電源装置に接続された参照信号出力部から出力された参照信号を取得することと、
   前記外部電源装置によって電圧が印加されている半導体試料に対して光を照射及び走査することと、
   前記外部電源装置の出力によるノイズ成分の除去処理が前記参照信号に基づいて前記被検信号に対して行われた処理信号を取得することと、
   前記処理信号の強度に基づいて、前記外部電源装置の出力に応じて前記参照信号を出力する前記参照信号出力部のゲインを設定することと、
   前記ゲインが設定された前記参照信号出力部からの前記参照信号に基づき前記除去処理が行われた前記処理信号に基づいて、前記半導体試料の電気特性を測定することと、
   前記半導体試料の電気特性に基づいて、前記半導体試料の欠陥箇所を出力することと、を含む、検査方法。

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