WO2013046534A1 - 光伝導素子、レンズ、テラヘルツ放射顕微鏡及びデバイスの製造方法 - Google Patents

光伝導素子、レンズ、テラヘルツ放射顕微鏡及びデバイスの製造方法 Download PDF

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将尚 鎌田
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    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3581—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation
    • G01N21/3586—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation by Terahertz time domain spectroscopy [THz-TDS]

Definitions

  • the present technology relates to a terahertz radiation microscope using terahertz electromagnetic waves, a photoconductive element and a lens used therefor, and a method of manufacturing the device including a step of observing the device with a terahertz radiation microscope.
  • Patent Documents 1, 2, and 3 are methods for inspecting semiconductor devices in a non-contact manner using terahertz electromagnetic waves.
  • terahertz electromagnetic waves generated by irradiating a semiconductor device to be inspected with an excitation pulse laser such as an ultrashort pulse laser are affected by electric field distribution and wiring defects inside the semiconductor device.
  • the semiconductor device is inspected for defects (for example, Patent Documents 1, 2, and 3).
  • a built-in electric field is generated at a pn junction, a metal semiconductor surface, and the like constituting a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor even under no bias voltage. Therefore, such inspection apparatuses using terahertz electromagnetic waves can inspect defects in a non-biased state, that is, in a non-contact state.
  • MOS Metal Oxide Semiconductor
  • the pulse laser when a pulse laser for excitation is reflected, scattered, or transmitted by a device, the pulse laser may be irradiated to a detection element that detects a terahertz electromagnetic wave.
  • the detection element includes a semiconductor material
  • a terahertz electromagnetic wave is also generated from the detection element.
  • the power of terahertz electromagnetic waves generated from the device is weak. In such a device, it becomes difficult to separate the terahertz electromagnetic wave generated from the device and the terahertz electromagnetic wave generated from the detection element, and the detection accuracy of the terahertz electromagnetic wave generated from the device is lowered.
  • an object of the present technology is to provide a terahertz radiation microscope that can improve the detection accuracy of terahertz electromagnetic waves, a photoconductive element, a lens, and a device manufacturing method used therefor. .
  • a photoconductive element includes a base material, an electrode, and a film material.
  • the base has an incident surface on which a terahertz electromagnetic wave generated by irradiating a device to be observed with a pulse laser generated from a light source is incident.
  • the electrode is formed on the substrate and detects the terahertz electromagnetic wave incident on the incident surface of the substrate.
  • the film material is formed on the incident surface of the base material, transmits the terahertz electromagnetic wave, and reflects the pulse laser.
  • a film material that transmits the terahertz electromagnetic wave and reflects the pulse laser is formed on the incident surface of the base material, so that the generation of the terahertz electromagnetic wave that occurs when the pulse laser enters the incident surface of the base material is suppressed. Can do. Thereby, the detection accuracy of the terahertz electromagnetic wave generated in the device to be observed can be improved.
  • the base material may have a surface different from the surface on which the electrode is formed in the base material as the incident surface.
  • a sampling pulse laser for allowing the photoconductive element to detect a terahertz electromagnetic wave at a predetermined timing is incident on the surface of the substrate on which the electrode is formed. Therefore, the detection accuracy of the terahertz electromagnetic wave can be increased by making the terahertz electromagnetic wave incident on a surface different from the surface on which the electrode is formed.
  • the film material may include at least one of an insulator film, a semiconductor film, and a conductor film.
  • the lens according to the present technology includes a lens region and a film material.
  • the lens region has an entrance surface, an exit surface, and an internal region.
  • a terahertz electromagnetic wave generated by irradiating a device to be observed with a pulse laser generated from a light source is incident on the incident surface.
  • the emission surface emits the terahertz electromagnetic wave incident on the incident surface.
  • the internal region guides the terahertz electromagnetic wave between the entrance surface and the exit surface.
  • the film surface that transmits the terahertz electromagnetic wave and reflects the pulse laser is formed on the incident surface of the lens region, the generation of the terahertz electromagnetic wave that occurs when the pulse laser is incident on the incident surface can be suppressed. Thereby, the detection accuracy of the terahertz electromagnetic wave generated in the device to be observed can be improved.
  • the lens region may have a curved surface portion as the entrance surface and a flat portion as the exit surface.
  • the terahertz radiation microscope includes a light source and a detection element.
  • the light source generates a pulsed laser.
  • the detection element is a detection element that detects a terahertz electromagnetic wave generated by irradiating the device to be observed with the pulse laser, and includes an incident surface and a film material.
  • the generated terahertz electromagnetic wave is incident on the incident surface.
  • the film material is formed on the incident surface that transmits the terahertz electromagnetic wave and reflects the pulse laser.
  • the incident surface of the detection element is formed with a film material that transmits the terahertz electromagnetic wave and reflects the pulse laser, so that the generation of the terahertz electromagnetic wave that occurs when the pulse laser enters the incident surface of the detection element is suppressed. Can do. Thereby, the detection accuracy of the terahertz electromagnetic wave generated in the device to be observed can be improved.
  • the light source may generate a terahertz electromagnetic wave having a frequency of 10 10 (Hz) to 10 14 (Hz) by irradiating the device with the pulse laser.
  • the light source may generate a pulse laser having a wavelength of 2 ⁇ m or less and a pulse width of 100 ps or less.
  • a device manufacturing method is a device manufacturing method including a step of inspecting a defect of a device using a terahertz emission microscope, and includes generating a pulse laser with a light source.
  • An incident surface on which a terahertz electromagnetic wave generated by irradiating the pulse laser to the device to be observed is incident; a film material formed on the incident surface that transmits the terahertz electromagnetic wave and reflects the pulse laser;
  • the terahertz electromagnetic wave is detected by a detection element having
  • this manufacturing method since the detection accuracy of the detection element is improved as described above, this manufacturing method contributes to the improvement of product quality.
  • the detection accuracy of terahertz electromagnetic waves can be improved.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating mainly an optical system of a terahertz emission microscope according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 2 is a side view showing the detection element.
  • FIG. 3 is a side view showing a detection element according to another embodiment.
  • FIG. 4 is a side view showing a detection element according to still another embodiment.
  • FIG. 5 is a graph showing a detection signal of a detection element having a lens on which no film material is formed.
  • FIG. 6 is a graph illustrating an expected detection signal of the detection element when the detection element according to the present technology is used.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing mainly an optical system of a terahertz emission microscope according to an embodiment of the present technology.
  • the terahertz emission microscope 100 includes an excitation light source 21, a half mirror 23, a condensing lens 29, an optical delay path 22, a reflection mirror 25, a detection element 30, a pair of parabolic mirrors 27 and 28, a stage 24, and the like.
  • the excitation light source 21 is a light source that generates a pulse laser for excitation that excites an observation target arranged on the stage 24, here, a device to be inspected (hereinafter referred to as a target device S).
  • a target device S a device to be inspected
  • an ultrashort pulse laser having a wavelength of 2 ⁇ m or less and a pulse width of 100 ps or less is used as a pulse laser.
  • the half mirror 23 reflects a part of the pulse laser L 1 generated from the excitation light source 21 and guides the reflected light to the condenser lens 29.
  • the pulse laser that has passed through the half mirror 23 enters the optical delay path 22.
  • the condensing lens 29 guides the reflected light from the half mirror 23 to the target device S on the stage 24.
  • the target device S is typically a semiconductor device mainly using a semiconductor material, such as a light emitting device such as a semiconductor laser or a light emitting diode.
  • the detection element 30 is an element that detects a terahertz electromagnetic wave (hereinafter referred to as a terahertz wave T) generated in the target device S.
  • a terahertz wave T a terahertz electromagnetic wave
  • the optical delay path 22 receives the pulse laser beam that has passed through the half mirror 23, and generates a sampling pulse laser L2 for detecting the terahertz wave T at an arbitrary timing by the detection element 30. Further, the optical delay path 22 reflects the generated sampling pulse laser L ⁇ b> 2 by the reflection mirror 25 and makes it incident on the detection element 30.
  • the optical delay path 22 variably controls the optical path length of the pulse laser at regular intervals using a moving mechanism (for example, a moving stage) that moves a mirror (not shown). Since the arrival time of the laser pulse at the detection element 30 also changes according to the optical path length, the optical delay path 22 can output the sampling pulse laser L2 at a predetermined timing.
  • a moving mechanism for example, a moving stage
  • the optical delay path 22 can output the sampling pulse laser L2 at a predetermined timing.
  • the pair of parabolic mirrors 27 and 28 are mirrors that guide the terahertz wave T generated in the target device S to the detection element 30.
  • a hole 27a is formed in one of the parabolic mirrors 27 and 28, and the pulse laser focused by the condenser lens 29 passes through the hole 27a.
  • FIG. 2 is a side view showing the detection element 30.
  • the detection element 30 includes a photoconductive element (photoconductive antenna (PCA)) 32 and a lens 31 attached thereto.
  • PCA photoconductive antenna
  • the photoconductive element 32 has a known structure, and includes, for example, a substrate 34 serving as a base material and an electrode 34 c formed on the substrate 34. These electrodes 34c are spaced apart so as to provide a minute gap between the electrodes 34c, and are disposed so as to form an antenna. Further, a photoconductive film (not shown) is formed on the substrate 34, and photocarriers are generated when the photoconductive film is irradiated with excitation light.
  • the substrate 34 is typically made of a GaAs-based semiconductor material, but is not limited to this material.
  • the above-described sampling pulse laser L2 is incident on the surface 34b of the substrate 34 on which the electrode 34c is formed, and the surface 34a is different from the surface 34b. In this embodiment, the surface 34a on the lens 31 side, which is the opposite side.
  • the terahertz wave T from the target device S enters through the lens 31.
  • the lens 31 has, for example, an incident surface (curved surface portion) 31a formed in a curved surface, an exit surface (planar portion) 31b formed in a flat shape, and a terahertz wave T between the entrance surface 31a and the exit surface 31b.
  • An internal region 31c for guiding That is, this lens 31 is a convex lens, and typically has a hemispherical shape.
  • a lens region is formed by the entrance surface 31a, the internal region 31c, and the exit surface 31b.
  • the substrate 34 is attached to the exit surface 31 b of the lens 31. Specifically, the surface 34 a of the substrate 34 is attached to the exit surface 31 b of the lens 31.
  • the lens 31 is not limited to a hemispherical shape, and may have a partial hemispherical shape, an aspherical shape, a Fresnel lens shape, or the like. That is, the lens 31 may have any shape as long as the photoconductive element 32 can efficiently detect the terahertz wave T.
  • the current flowing between the electrodes 34c changes.
  • the terahertz emission microscope 100 when the terahertz wave T is incident between the electrodes 34c on the substrate 34 via the lens 31, the current between the electrodes 34c (or at the timing when the sampling pulse laser L2 is incident on the detection element 30) (or Voltage).
  • the terahertz radiation microscope 100 can obtain the amplitude value of the terahertz wave T for each timing as a waveform.
  • a film material 33 is formed on the incident surface 31 a of the lens 31.
  • This film material 33 transmits the terahertz wave T generated in the target device S, guides it to the incident surface 31a of the lens 31, and reflects the pulse laser L1 reflected, scattered, or transmitted by the target device S. Designed to.
  • the photoconductive element 32 is also made of a semiconductor material or a conductive material, and therefore a terahertz wave T is generated due to the photodenver effect or the like.
  • the thickness direction of the device is designed to be the same as or close to the direction of the internal electric field of the pn junction of the device.
  • the following problems occur. That is, since the direction of the dipole moment that is the source of the terahertz wave is the device thickness direction, most of the terahertz wave emitted from the dipole moment is confined inside the substrate 34 by total reflection. Therefore, terahertz waves radiated from these devices are much smaller than terahertz waves radiated from devices whose dipole moment is parallel to the device surface.
  • the detection element 30 is irradiated with the ultrashort pulse laser by disposing a transparent conductive film coating substrate that reflects the terahertz wave and transmits the ultrashort pulse laser in the optical system of the terahertz radiation microscope 100. It is also possible to prevent this. However, since the reflection loss of the ultrashort pulse laser by the transparent conductive film coating substrate occurs, there is a problem that the S / N ratio is lowered when the available laser output is limited.
  • the incident surface 31a of the lens 31 is coated with a film material 33, and a pulse laser that causes generation of terahertz waves from the photoconductive element 32 is applied to the film material 33. It is reflected by. As a result, it is possible to improve the detection accuracy of the terahertz wave T generated in the target device S that is originally desired to be detected.
  • the film material 33 includes at least one of a dielectric film such as SiO 2 and SiN, a semiconductor film such as Si and GaAs, and a metal film such as Al and Cu. That is, the film material 33 may be either a single layer film or a multilayer film. Of course, the material of the film
  • a film forming process such as vapor deposition or sputtering is used.
  • the designer performs the simulation of the optical multilayer thin film based on the wavelength of the pulse laser to be reflected and the desired reflectance, and designs the film thickness, the number of films, and the material of the film material 33.
  • it is ideal to use all materials as dielectrics.
  • the generation amount of the terahertz waves T is small, it is not always necessary. It is not limited to a dielectric. That is, it is only necessary to obtain the S / N ratio of the signal detected by the detection element 30 to such an extent that the terahertz wave T from the target device S that is originally desired to be detected can be detected without any problem.
  • the excitation light source 21 generates an ultrashort pulse laser having a wavelength of 2 ⁇ m or less and a pulse width of 100 ps or less.
  • the target device S When the target device S is irradiated with this pulse laser, the target device S generates a terahertz wave T having a frequency of, for example, 10 10 (Hz) to 10 14 (Hz).
  • a pulse laser when incident on the target device S, free electrons are generated inside the target device S, and the free electrons are accelerated by the internal electric field of the target device S, thereby generating a transient current.
  • this transient current causes dipole radiation, a terahertz wave T is radiated.
  • the terahertz emission microscope 100 stores information on the terahertz wave detected by the detection element 30 when the target device S is normal, and compares the information with information on the terahertz wave T generated by the target device S at the time of inspection. , It can be inspected for the presence of defects (absence of abnormality). For example, when the internal electric field of the target device S is not normal or when there is a defect in the wiring of the target device S, the terahertz wave T obtained at that time changes from a normal value. For example, since the wiring of the target device S acts as an antenna, if there is a wiring defect, a different terahertz wave T is radiated from the normal time.
  • FIG. 3 is a side view showing a detection element according to another embodiment.
  • the same members, functions, etc. according to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 will be simplified or omitted, and different points will be mainly described.
  • the detection element 130 includes the photoconductive element 132 illustrated in FIG. 2 and does not include the lens 31 illustrated in FIG. Since the lens mainly has a function of detecting the terahertz wave efficiently by condensing or collimating the terahertz wave incident on the photoconductive element, this lens is not essential.
  • an incident surface 134a on which the terahertz wave T is incident is formed on the substrate 134 of the photoconductive element 132 on the side opposite to the formation surface 134b of the electrode 134c.
  • a film material 133 that transmits the terahertz wave T and reflects the pulse laser is formed on the incident surface 134a.
  • the material of the film material 133 can be appropriately selected as described above.
  • FIG. 4 is a side view showing a detection element according to still another embodiment.
  • the above-described film material 233 that transmits the terahertz wave T and reflects the pulse laser is formed on the emission surface 231 b on the flat surface side of the lens 231. As a result, the pulse laser is reflected by the exit surface 231b of the lens 231.
  • FIG. 5 is a graph showing a detection signal of a detection element having a hemispherical lens on which no film material is formed.
  • the inventor performed terahertz wave detection using a detection element having a hemispherical lens on which no film material is formed (detection element not having the film material 33 in FIG. 2).
  • the measurement was performed under the condition in which terahertz radiation from the target device does not occur by irradiating a laser pulse to a portion where the target device is not mounted in one inspection target product. That is, the graph shown in FIG. 5 shows not a terahertz wave from the target device but a terahertz wave that is substantially generated only by the detection element.
  • a titanium sapphire femtosecond laser with a repetition frequency of 80 MHz, a center wavelength of 800 nm, and a pulse width of 100 ⁇ fs was used as the ultrashort pulse laser generated by the excitation light source 21.
  • a bow-tie antenna type photoconductive element having sensitivity to electromagnetic waves having a frequency of 0.1 THz to 5 THz was used as a photoconductive element of a detection element in which no film material was formed.
  • the detection element 30 on which the film material 33 is formed is used as in the embodiment shown in FIG. 2, for example, the detection element 30 is removed from the inspection target product as shown in FIG. It is expected that almost no terahertz wave will be detected. It is expected that the detection element 30 does not substantially detect the terahertz wave generated by the detection element 30.
  • the terahertz wave T generated by the pulse laser of the target device S on the incident side (surface side) is guided to the detection element 30 by the parabolic mirrors 27 and 28. It was equipped with such an optical system. However, the terahertz wave T is generated on the back side of the target device S by the pulse laser incident on the target device S (actually, it is generated in all directions of 360 °). Transparent. Therefore, an optical system including the detection elements 30, 132, or 230 may be disposed on the back side of the target device S.
  • a film material may be formed on substantially the entire surface of the lens by combining the forms shown in FIGS.
  • the substrate is used as the base material of the photoconductive element 32.
  • the base material is not limited to a thin plate-like element such as a substrate, and other arbitrary shapes such as a rectangular parallelepiped, a cube, a prism, a cylinder, and the like. You may have.
  • the incident surface on which the terahertz electromagnetic wave is incident is not limited to the surface opposite to the electrode forming surface of the substrate, and may be an arbitrary surface different from the electrode forming surface.
  • the present technology can be configured as follows. (1) a base material having an incident surface on which a terahertz electromagnetic wave generated by irradiating a device to be observed with a pulse laser generated from a light source is incident; An electrode for detecting the terahertz electromagnetic wave formed on the substrate and incident on the incident surface of the substrate; A photoconductive element comprising: a film material that is formed on the incident surface of the base material and transmits the terahertz electromagnetic wave and reflects the pulse laser. (2) The photoconductive element according to (1), The said base material is a photoconductive element which has a surface different from the surface in which the said electrode was formed among the said base materials as said incident surface.
  • the photoconductive element according to (1) or (2) includes at least one of an insulator film, a semiconductor film, and a conductor film.
  • the lens according to (4), The lens region includes a curved surface portion as the incident surface and a flat surface portion as the exit surface.
  • a light source that generates a pulsed laser;
  • a terahertz radiation microscope comprising: a detection element having a film material formed on the incident surface that reflects light.
  • a device manufacturing method including a step of inspecting a device defect using a terahertz emission microscope, A pulse laser is generated by a light source, An incident surface on which a terahertz electromagnetic wave generated by irradiating the pulse laser to the device to be observed is incident; a film material formed on the incident surface that transmits the terahertz electromagnetic wave and reflects the pulse laser; A method for manufacturing a device, wherein the terahertz electromagnetic wave is detected by a detection element having the above.
  • Pulse laser L1 DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Excitation light source 30, 130, 230 ... Detection element 31,231 ... Lens 31a ... Incident surface 31b, 231b ... Outgoing surface 31c ... Inner area 32, 132 ... Photoconductive element 33, 133, 233 ... Film material 34, 134 ... Substrate 34c, 134c ... Electrode 100 ... Terahertz emission microscope 134a ... Incident surface

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Abstract

【課題】テラヘルツ電磁波の検出精度を向上させることができるテラヘルツ放射顕微鏡、これに用いられる、光伝導素子、レンズ及びデバイスの製造方法を提供すること。 【解決手段】光伝導素子は、基材と、電極と、膜材とを具備する。前記基材は、光源から発生したパルスレーザーが、観察対象であるデバイスに照射されることにより発生するテラヘルツ電磁波が入射する入射面を有する。前記電極は、前記基材に形成され、前記基材の入射面に入射された前記テラヘルツ電磁波を検出する。前記膜材は、前記基材の前記入射面に形成され、前記テラヘルツ電磁波を透過させ、前記パルスレーザーを反射させる。

Description

光伝導素子、レンズ、テラヘルツ放射顕微鏡及びデバイスの製造方法
　本技術は、テラヘルツの電磁波を利用したテラヘルツ放射顕微鏡、これに用いられる、光伝導素子及びレンズに関し、また、テラヘルツ放射顕微鏡によりデバイスを観察する工程を含む、そのデバイスの製造方法に関する。
　特許文献１、２及び３に記載の半導体デバイスの検査方法は、テラヘルツ電磁波を利用して、非接触で半導体デバイスを検査する方法である。これらの検査方法は、検査対象である半導体デバイスに、例えば超短パルスレーザー等、励起用のパルスレーザーを照射することにより発生するテラヘルツ電磁波が、その半導体デバイスの内部の電界分布や配線欠陥の影響を受けることを利用し、半導体デバイスの欠陥を検査する（例えば、特許文献１、２及び３）。
　半導体デバイス内には、無バイアス電圧下においてもＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタを構成するpn接合部や金属半導体表面等にビルトイン電界が発生している。したがって、これらのようなテラヘルツ電磁波を利用した検査装置は、無バイアス状態即ち非接触で欠陥の検査を行うことが可能である。
特許第４７４４６０４号 特許第４００１３７３号 特許第４６８３８６９号
　ところで、例えば励起用のパルスレーザーがデバイスで反射、散乱、または透過等することにより、そのパルスレーザーが、テラヘルツ電磁波を検出する検出素子に照射される場合がある。この検出素子が半導体材料を含む場合、この検出素子にパルスレーザーが照射されると、この検出素子からもテラヘルツ電磁波が発生してしまう。例えば、検査対象となるデバイスの種類によっては、そのデバイスから発生するテラヘルツ電磁波のパワーが微弱なデバイスもある。このようなデバイスの場合、デバイスから発生するテラヘルツ電磁波と上記検出素子から発生するテラヘルツ電磁波との分離が困難になり、デバイスから発生するテラヘルツ電磁波の検出精度が低下する。
　以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、テラヘルツ電磁波の検出精度を向上させることができるテラヘルツ放射顕微鏡、これに用いられる、光伝導素子、レンズ及びデバイスの製造方法を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本技術に係る光伝導素子は、基材と、電極と、膜材とを具備する。
　前記基材は、光源から発生したパルスレーザーが、観察対象であるデバイスに照射されることにより発生するテラヘルツ電磁波が入射する入射面を有する。
　前記電極は、前記基材に形成され、前記基材の入射面に入射された前記テラヘルツ電磁波を検出する。
　前記膜材は、前記基材の前記入射面に形成され、前記テラヘルツ電磁波を透過させ、前記パルスレーザーを反射させる。
　基材の入射面には、テラヘルツ電磁波を透過させ、パルスレーザーを反射させる膜材が形成されているので、パルスレーザーが基材の入射面に入射することにより起こるテラヘルツ電磁波の発生を抑制することができる。これにより、観察対象となるデバイスで発生するテラヘルツ電磁波の検出精度を向上させることができる。
　前記基材は、前記基材のうち前記電極が形成された面とは異なる面を、前記入射面として有していてもよい。基板のうち電極が形成された面には、例えば、光伝導素子がテラヘルツ電磁波を所定のタイミングで検出するためのサンプリングパルスレーザーが入射される。したがって、その電極が形成された面とは異なる面に、テラヘルツ電磁波を入射させることにより、テラヘルツ電磁波の検出精度を高めることができる。
　前記膜材は、絶縁体膜、半導体膜及び導電体膜のうち少なくとも１つの膜を含んでもよい。
　本技術に係るレンズは、レンズ領域と、膜材とを具備する。
　前記レンズ領域は、入射面と、出射面と、内部領域とを有する。前記入射面には、光源から発生したパルスレーザーが、観察対象であるデバイスに照射されることにより発生するテラヘルツ電磁波が入射する。前記出射面は、前記入射面に入射した前記テラヘルツ電磁波を出射する。前記内部領域は、前記入射面及び前記出射面の間で前記テラヘルツ電磁波を導く。
　レンズ領域の入射面には、テラヘルツ電磁波を透過させ、パルスレーザーを反射させる膜材が形成されているので、パルスレーザーが入射面に入射することにより起こるテラヘルツ電磁波の発生を抑制することができる。これにより、観察対象となるデバイスで発生するテラヘルツ電磁波の検出精度を向上させることができる。
　前記レンズ領域は、前記入射面としての曲面部と、前記出射面としての平面部とを有してもよい。このような形状のレンズ領域が設けられることにより、テラヘルツ電磁波が集光またはコリメートされ、レンズ領域の出射面側に配置された光伝送素子が、テラヘルツ電磁波を効率良く検出することができる。
　本技術に係るテラヘルツ放射顕微鏡は、光源と、検出素子とを具備する。
　前記光源は、パルスレーザーを発生する。
　前記検出素子は、観察対象となるデバイスに前記パルスレーザーが照射されることにより発生するテラヘルツ電磁波を検出する検出素子であって、入射面と、膜材とを有する。前記入射面には、前記発生したテラヘルツ電磁波が入射する。前記膜材は、前記テラヘルツ電磁波を透過させ、前記パルスレーザーを反射させる、前記入射面に形成されている。
　検出素子の入射面には、テラヘルツ電磁波を透過させ、パルスレーザーを反射させる膜材が形成されているので、パルスレーザーが検出素子の入射面に入射することにより起こるテラヘルツ電磁波の発生を抑制することができる。これにより、観察対象となるデバイスで発生するテラヘルツ電磁波の検出精度を向上させることができる。
　前記光源は、前記デバイスに前記パルスレーザーを照射することにより、1010(Hz)～1014(Hz)の周波数を有するテラヘルツ電磁波を発生させてもよい。
　前記光源は、2μm以下の波長及び100ps以下のパルス幅を有するパルスレーザーを発生してもよい。
　本技術に係るデバイスの製造方法は、テラヘルツ放射顕微鏡を利用してデバイスの欠陥を検査する工程を含むデバイスの製造方法であって、光源によりパルスレーザーを発生させることを含む。
　観察対象であるデバイスに前記パルスレーザーが照射されることにより発生するテラヘルツ電磁波が入射する入射面と、前記テラヘルツ電磁波を透過させ、前記パルスレーザーを反射させる、前記入射面に形成された膜材とを有する検出素子により、前記テラヘルツ電磁波が検出される。
　この製造方法によれば、上述のように検出素子の検出精度が向上するので、本製造方法は製品の品質の向上に寄与する。
　以上、本技術によれば、テラヘルツ電磁波の検出精度を向上させることができる。
図１は、本技術の一実施形態に係るテラヘルツ放射顕微鏡の主に光学系を概略的に示す図である。 図２は、検出素子を示す側面図である。 図３は、他の実施形態に係る検出素子を示す側面図である。 図４は、さらに別の実施形態に係る検出素子を示す側面図である。 図５は、膜材が形成されていないレンズを有する検出素子の検出信号を示すグラフである。 図６は、本技術に係る検出素子が用いられた場合の、検出素子の予想される検出信号を示すグラフである。
　以下、図面を参照しながら、本技術の実施形態を説明する。
　[テラヘルツ放射顕微鏡の構成]
　図１は、本技術の一実施形態に係るテラヘルツ放射顕微鏡の主に光学系を概略的に示す図である。
　テラヘルツ放射顕微鏡１００は、励起光源２１、ハーフミラー２３、集光レンズ２９、光学遅延路２２、反射ミラー２５、検出素子３０、一対の放物面ミラー２７及び２８、及び、ステージ２４等を備える。
　励起光源２１は、ステージ２４上に配置された観察対象、ここでは検査対象となるデバイス（以下、対象デバイスＳという。）を励起する励起用のパルスレーザーを発生する光源である。励起光源２１は、パルスレーザーとして、例えば、2μm以下の波長及び100ps以下のパルス幅を有する、超短パルスレーザーが用いられる。
　ハーフミラー２３は、励起光源２１から発生したパルスレーザーＬ１の一部を反射させてその反射光を集光レンズ２９に導く。また、ハーフミラー２３を透過したパルスレーザーは、光学遅延路２２に入射する。
　集光レンズ２９は、ハーフミラー２３からの反射光を、ステージ２４上の対象デバイスＳに導く。対象デバイスＳとしては、典型的には、主に半導体材料を用いた半導体デバイスであり、例えば半導体レーザーや発光ダイオード等の発光デバイスである。
　検出素子３０は、対象デバイスＳで発生したテラヘルツ電磁波（以下、テラヘルツ波Ｔという。）を検出する素子である。
　光学遅延路２２は、ハーフミラー２３を透過したパルスレーザーが入射し、検出素子３０によりテラヘルツ波Ｔを任意のタイミングで検出するためのサンプリングパルスレーザーＬ２を生成する。また、光学遅延路２２は、生成したサンプリングパルスレーザーＬ２を反射ミラー２５で反射させて検出素子３０に入射させる。
　典型的には、光学遅延路２２は、図示しないミラーを移動させる移動機構（例えば移動ステージ）等を用いて、一定間隔のパルスレーザーの光路長を可変に制御する。レーザーパルスの、検出素子３０への到達時刻もその光路長に応じて変わるので、その結果、光学遅延路２２は、所定のタイミングでサンプリングパルスレーザーＬ２を出力することができる。
　一対の放物面ミラー２７及び２８は、対象デバイスＳで発生したテラヘルツ波Ｔを検出素子３０へ導くミラーである。放物面ミラー２７及び２８のうち一方の放物面ミラー２７には穴２７ａが形成されており、集光レンズ２９で集光されたパルスレーザーがこの穴２７ａを通るようになっている。
　[検出素子の構成]
　図２は、検出素子３０を示す側面図である。
　検出素子３０は、光伝導素子（光伝導アンテナ（ＰＣＡ：Photoconductive Antenna））３２と、これに装着されたレンズ３１とを備えている。
　光伝導素子３２は公知の構造を有しており、例えば基材となる基板３４と、基板３４上に形成された電極３４ｃとを含む。これら電極３４ｃは、電極３４ｃ間に微小な間隙が設けられるように離間して配置され、アンテナを形成するように配置されている。また、基板３４上には、図示しない光伝導膜が形成され、光伝導膜に励起光が照射されると光キャリアが発生する。基板３４は、典型的にはGaAs系の半導体材料でなるが、この材料に限られない。この基板３４の、電極３４ｃが形成されている面３４ｂに、上述のサンプリングパルスレーザーＬ２が入射し、その面３４ｂとは異なる面、本実施形態ではその反対側であるレンズ３１側の面３４ａに、対象デバイスＳからのテラヘルツ波Ｔが、レンズ３１を介して入射する。
　レンズ３１は、例えば曲面状に形成された入射面（曲面部）３１ａと、平面状に形成された出射面（平面部）３１ｂと、これら入射面３１ａ及び出射面３１ｂの間でテラヘルツ波Ｔを導く内部領域３１ｃとを有する。すなわち、このレンズ３１は、凸レンズであり、典型的には半球形状を有している。入射面３１ａ、内部領域３１ｃ及び出射面３１ｂによりレンズ領域が形成される。レンズ３１の出射面３１ｂに基板３４が貼り付けられ、具体的には、その基板３４の面３４ａが、そのレンズ３１の出射面３１ｂに貼り付けられている。
　なお、レンズ３１は、半球形状を有する形態に限られず、半球の一部の形状、非球面形状、フレネルレンズ等の形状を有していてもよい。つまり、光伝導素子３２が効率良くテラヘルツ波Ｔを検出できれば、レンズ３１はどのような形状を有していてもよい。
　対象デバイスＳで発生したテラヘルツ波Ｔの振幅に応じて、その電極３４ｃ間に流れる電流（またはその電極３４ｃ間の電圧）が変化する。テラヘルツ放射顕微鏡１００は、テラヘルツ波Ｔがレンズ３１を介して基板３４上の電極３４ｃ間に入射している時に、サンプリングパルスレーザーＬ２が検出素子３０に入射されるタイミングで電極３４ｃ間の電流（または電圧）を測定する。これにより、テラヘルツ放射顕微鏡１００は、そのタイミングごとのテラヘルツ波Ｔの振幅値を、波形として得ることができる。
　レンズ３１の入射面３１ａには、膜材３３が形成されている。この膜材３３は、対象デバイスＳで発生したテラヘルツ波Ｔを透過させてレンズ３１の入射面３１ａにこれを導き、かつ、対象デバイスＳで反射、散乱、透過等したパルスレーザーＬ１を反射するように設計されている。このパルスレーザーが、光伝導素子３２に照射されると、光伝導素子３２も半導体材料や導電材料でなるため、光デンバー効果などによりテラヘルツ波Ｔが発生する。
　特に、対象デバイスＳが、半導体レーザーあるいは発光ダイオード等の、発光デバイスである場合には、そのデバイスのpn接合の内部電界の方向と同じまたはそれに近くなるように、そのデバイスの厚さ方向が設計されている場合が多く、次のような問題が生じる。すなわち、テラヘルツ波の元となる双極子モーメントの方向がデバイス厚み方向となるため、そこから放射されるテラヘルツ波のほとんどが基板３４の内部に全反射により閉じ込められてしまう。そのためこれらのデバイスから放射されるテラヘルツ波は、双極子モーメントがデバイス表面と平行方向になるデバイスから放射されるテラヘルツ波と比べて、非常に小さくなる。したがって、対象デバイスＳで発生するテラヘルツ波Ｔと、光伝導素子３２（あるいはレンズ３１がシリコンレンズである場合は、検出素子３０）で発生するテラヘルツ波との分離が困難になり、対象デバイスＳで発生するテラヘルツ波Ｔの検出精度が低下し、つまり、S/N比が低いという問題がある。
　このため、テラヘルツ波を反射し、超短パルスレーザーを透過する透明導電膜コーティング基板を、テラヘルツ放射顕微鏡１００の光学系内に配置することで、超短パルスレーザーが検出素子３０に照射されるのを防ぐことも考えられる。しかしながら、透明導電膜コーティング基板による超短パルスレーザーの反射損失が生じるために、利用可能なレーザー出力が限られている場合には、結局S/N比が低下するという問題がある。
　本技術は、このような問題を解決するために、レンズ３１の入射面３１ａに膜材３３のコーティングを施し、光伝導素子３２からのテラヘルツ波の発生の原因となるパルスレーザーをその膜材３３で反射させている。その結果、本来検出したい、対象デバイスＳで発生するテラヘルツ波Ｔの検出精度を向上させることができる。
　例えば膜材３３は、SiO2、SiNなどの誘電体膜、Si、GaAsなどの半導体膜、Al、Cuなどの金属膜のうち少なくとも１つの膜を含む。つまり、膜材３３は単層膜または多層膜のどちらでもよい。もちろん、膜材３３の材料は、これらの材料に限られない。
　膜材３３の形成方法としては、例えば蒸着、スパッタリング等の成膜プロセスが用いられる。例えば設計者は、反射させたいパルスレーザーの波長及び所望の反射率に基づいて、光学多層薄膜のシミュレーションを行い、膜材３３の膜厚、膜数及び材質を設計する。膜材３３でのパルスレーザーによるテラヘルツ波の発生を回避するためには、全ての材料を誘電体とすることが理想的ではあるが、そこでのテラヘルツ波Ｔの発生量が少なければ良いので、必ずしも誘電体には限られない。すなわち、本来検出したい、対象デバイスＳからのテラヘルツ波Ｔを問題なく検出できる程度に、検出素子３０で検出される信号のS/N比を得られていればよい。
　[テラヘルツ放射顕微鏡の作用]
　励起光源２１は、上記のように2μm以下の波長及び100ps以下のパルス幅を有する超短パルスレーザーを発生する。このパルスレーザーが対象デバイスＳに照射されることにより、対象デバイスＳは、例えば1010(Hz)～1014(Hz)の周波数を有するテラヘルツ波Ｔを発生する。
　具体的には、対象デバイスＳにパルスレーザーが入射すると、対象デバイスＳの内部で自由電子が発生し、その自由電子が対象デバイスＳの内部電界で加速されることにより過渡電流が生じる。この過渡電流が双極子放射を起こすことにより、テラヘルツ波Ｔが放射される。
　テラヘルツ放射顕微鏡１００は、対象デバイスＳの正常時の、検出素子３０で検出されるテラヘルツ波に関する情報を記憶しておき、検査時の対象デバイスＳが発生したテラヘルツ波Ｔに関する情報と比較することにより、欠陥の有無（異常の有無）の検査を行うことができる。例えば、対象デバイスＳの内部電界が正常でない場合や、対象デバイスＳの配線の欠陥があった場合、その時に得られるテラヘルツ波Ｔは、正常値から変化する。例えば、対象デバイスＳの配線はアンテナとして作用するため、配線の欠陥があった場合には、正常時から異なるテラヘルツ波Ｔが放射される。
　対象デバイスＳで吸収されないパルスレーザーの一部は、対象デバイスＳに対して反射し（散乱及び透過もする）、検出素子３０へ向かう。しかしながら、本技術では、検出素子３０のレンズ３１の入射面３１ａに膜材３３が形成されているので、その検出素子３０でのテラヘルツ波の発生を抑制することができる。これにより、検出素子３０によるS/N比を高めることができ、対象デバイスＳで発生するテラヘルツ波Ｔの検出精度を向上させることができる。
　また、本実施形態では、上記のように超短パルスレーザーを透過する透明導電膜コーティング基板を設ける必要がなくなるため、部品点数の削減による、テラヘルツ放射顕微鏡の小型化を実現することができる。
　[他の実施形態に係る検出素子]
　（他の実施形態１）
　図３は、他の実施形態に係る検出素子を示す側面図である。これ以降の説明では、図１及び２に示した実施形態に係る部材や機能等について同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
　本実施形態に係る検出素子１３０は、図２に示した光伝導素子１３２を備え、図２に示したレンズ３１を有していない。レンズは、光伝導素子へ入射するテラヘルツ波を集光したり、コリメートしたりして、効率良くテラヘルツ波を検出する機能を主に有するため、このレンズは必須であるというわけではない。
　本実施形態では、この光伝導素子１３２の基板１３４の、電極１３４ｃの形成面１３４ｂの反対側には、テラヘルツ波Ｔが入射する入射面１３４ａが形成されている。この入射面１３４ａに、テラヘルツ波Ｔを透過し、パルスレーザーを反射する膜材１３３が形成されている。膜材１３３の材料は、上述のように適宜選択され得る。
　（他の実施形態２）
　図４は、さらに別の実施形態に係る検出素子を示す側面図である。この検出素子２３０では、レンズ２３１の平面部側である出射面２３１ｂに、テラヘルツ波Ｔを透過し、パルスレーザーを反射する上記した膜材２３３が形成されている。これにより、レンズ２３１の出射面２３１ｂでパルスレーザーが反射される。
　[実施例]
　図５は、膜材が形成されていない半球レンズを有する検出素子の検出信号を示すグラフである。本発明者は、膜材が形成されていない半球レンズを有する検出素子（図２において膜材３３を有していない検出素子）を用いて、テラヘルツ波の検出を行った。実施例では、１つの検査対象製品内のうち対象デバイスが実装されていない箇所にレーザーパルスを照射するようにして、対象デバイスからのテラヘルツ放射が起こらない条件で測定が行われた。すなわち、図５に示すグラフは、対象デバイスからのテラヘルツ波ではなく、実質的に検出素子のみで発生するテラヘルツ波を示している。
　本実施例では、励起光源２１により発生される超短パルスレーザーとして、繰り返し周波数80MHz、中心波長800nm、パルス幅100 fsのチタンサファイアフェムト秒レーザーが用いられた。また、膜材が形成されていない検出素子の光伝導素子として、0.1THzから5THzの周波数の電磁波に感度を持つボウタイアンテナ型光伝導素子を用いられた。
　これに対し、例えば図２に示した実施形態のように、膜材３３が形成されている検出素子３０が用いられる場合、この検出素子３０は、図６に示すように、その検査対象製品からのテラヘルツ波をほとんど検出しないと予想される。検出素子３０は、すなわち実質的にこの検出素子３０で発生するテラヘルツ波を検出しないと予想される。
　[その他の実施形態]
　本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
　図１に示した実施形態に係るテラヘルツ放射顕微鏡１００は、対象デバイスＳのパルスレーザーが入射側（表面側）で発生したテラヘルツ波Ｔが、放物面ミラー２７及び２８で検出素子３０へ導かれるような光学系を備えていた。しかし、対象デバイスＳへ入射したパルスレーザーによって、テラヘルツ波Ｔは、対象デバイスＳの裏面側でも発生し（実際には３６０°全方位に発生する）、裏面側で発生したこのテラヘルツ波はステージ２４を透過する。したがって、対象デバイスＳの裏面側に、検出素子３０、１３２、または２３０を含む光学系が配置されてもよい。
　例えば、図２及び４に示した形態を組み合わせて、レンズの実質的に全面に膜材が形成されるようにしてもよい。
　上記実施形態では、光伝導素子３２の基材として基板が用いられたが、基材は、基板のように薄い板状の要素に限られず、直方体、立方体、角柱、円柱等、その他任意の形状を有していてもよい。その場合、その基材の、テラヘルツ電磁波が入射する入射面は、基材の電極形成面の反対側の面に限られず、電極形成面とは異なる任意の面でよい。
　そのほか、以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。
　本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）光源から発生したパルスレーザーが、観察対象であるデバイスに照射されることにより発生するテラヘルツ電磁波が入射する入射面を有する基材と、
　前記基材に形成され、前記基材の入射面に入射された前記テラヘルツ電磁波を検出するための電極と、
　前記基材の前記入射面に形成され、前記テラヘルツ電磁波を透過させ、前記パルスレーザーを反射させる膜材と
　を具備する光伝導素子。
（２）（１）に記載の光伝導素子であって、
　前記基材は、前記基材のうち前記電極が形成された面とは異なる面を、前記入射面として有する
　光伝導素子。
（３）（１）または（２）に記載の光伝導素子であって、
　前記膜材は、絶縁体膜、半導体膜及び導電体膜のうち少なくとも１つの膜を含む
　光伝導素子。
（４）光源から発生したパルスレーザーが、観察対象であるデバイスに照射されることにより発生するテラヘルツ電磁波が入射する入射面と、前記入射面に入射した前記テラヘルツ電磁波を出射する出射面と、前記入射面及び前記出射面の間で前記テラヘルツ電磁波を導く内部領域とを有するレンズ領域と、
　前記入射面及び前記出射面のうち少なくとも一方に形成され、前記テラヘルツ電磁波を透過させ、前記パルスレーザーを反射させる膜材と
　を具備するレンズ。
（５）（４）に記載のレンズであって、
　前記レンズ領域は、前記入射面としての曲面部と、前記出射面としての平面部とを有する
　レンズ。
（６）パルスレーザーを発生する光源と、
　観察対象となるデバイスに前記パルスレーザーが照射されることにより発生するテラヘルツ電磁波を検出する検出素子であって、前記発生したテラヘルツ電磁波が入射する入射面と、前記テラヘルツ電磁波を透過させ、前記パルスレーザーを反射させる、前記入射面に形成された膜材とを有する検出素子と
　を具備するテラヘルツ放射顕微鏡。
（７）（６）に記載のテラヘルツ放射顕微鏡であって、
　前記光源は、前記デバイスに前記パルスレーザーを照射することにより、1010(Hz)～1014(Hz)の周波数を有するテラヘルツ電磁波を発生させる
　テラヘルツ放射顕微鏡。
（８）（６）または（７）に記載のテラヘルツ放射顕微鏡であって、
　前記光源は、2μm以下の波長及び100ps以下のパルス幅を有するパルスレーザーを発生する
　テラヘルツ放射顕微鏡。
（９）テラヘルツ放射顕微鏡を利用してデバイスの欠陥を検査する工程を含むデバイスの製造方法であって、
　光源によりパルスレーザーを発生させ、
　観察対象であるデバイスに前記パルスレーザーが照射されることにより発生するテラヘルツ電磁波が入射する入射面と、前記テラヘルツ電磁波を透過させ、前記パルスレーザーを反射させる、前記入射面に形成された膜材とを有する検出素子により、前記テラヘルツ電磁波を検出させる
　デバイスの製造方法。
　１…パルスレーザーＬ１
　２１…励起光源
　３０、１３０、２３０…検出素子
　３１、２３１…レンズ
　３１ａ…入射面
　３１ｂ、２３１ｂ…出射面
　３１ｃ…内部領域
　３２、１３２…光伝導素子
　３３、１３３、２３３…膜材
　３４、１３４…基板
　３４ｃ、１３４ｃ…電極
　１００…テラヘルツ放射顕微鏡
　１３４ａ…入射面

Claims (9)

  1. 　光源から発生したパルスレーザーが、観察対象であるデバイスに照射されることにより発生するテラヘルツ電磁波が入射する入射面を有する基材と、
    　前記基材に形成され、前記基材の入射面に入射された前記テラヘルツ電磁波を検出するための電極と、
    　前記基材の前記入射面に形成され、前記テラヘルツ電磁波を透過させ、前記パルスレーザーを反射させる膜材と
    　を具備する光伝導素子。
  2. 　請求項１に記載の光伝導素子であって、
    　前記基材は、前記基材のうち前記電極が形成された面とは異なる面を、前記入射面として有する
    　光伝導素子。
  3. 　請求項１に記載の光伝導素子であって、
    　前記膜材は、絶縁体膜、半導体膜及び導電体膜のうち少なくとも１つの膜を含む
    　光伝導素子。
  4. 　光源から発生したパルスレーザーが、観察対象であるデバイスに照射されることにより発生するテラヘルツ電磁波が入射する入射面と、前記入射面に入射した前記テラヘルツ電磁波を出射する出射面と、前記入射面及び前記出射面の間で前記テラヘルツ電磁波を導く内部領域とを有するレンズ領域と、
    　前記入射面及び前記出射面のうち少なくとも一方に形成され、前記テラヘルツ電磁波を透過させ、前記パルスレーザーを反射させる膜材と
    　を具備するレンズ。
  5. 　請求項４に記載のレンズであって、
    　前記レンズ領域は、前記入射面としての曲面部と、前記出射面としての平面部とを有する
    　レンズ。
  6. 　パルスレーザーを発生する光源と、
    　観察対象となるデバイスに前記パルスレーザーが照射されることにより発生するテラヘルツ電磁波を検出する検出素子であって、前記発生したテラヘルツ電磁波が入射する入射面と、前記テラヘルツ電磁波を透過させ、前記パルスレーザーを反射させる、前記入射面に形成された膜材とを有する検出素子と
    　を具備するテラヘルツ放射顕微鏡。
  7. 　請求項６に記載のテラヘルツ放射顕微鏡であって、
    　前記光源は、前記デバイスに前記パルスレーザーを照射することにより、1010(Hz)～1014(Hz)の周波数を有するテラヘルツ電磁波を発生させる
    　テラヘルツ放射顕微鏡。
  8. 　請求項６に記載のテラヘルツ放射顕微鏡であって、
    　前記光源は、2μm以下の波長及び100ps以下のパルス幅を有するパルスレーザーを発生する
    　テラヘルツ放射顕微鏡。
  9. 　テラヘルツ放射顕微鏡を利用してデバイスの欠陥を検査する工程を含むデバイスの製造方法であって、
    　光源によりパルスレーザーを発生させ、
    　観察対象であるデバイスに前記パルスレーザーが照射されることにより発生するテラヘルツ電磁波が入射する入射面と、前記テラヘルツ電磁波を透過させ、前記パルスレーザーを反射させる、前記入射面に形成された膜材とを有する検出素子により、前記テラヘルツ電磁波を検出させる
    　デバイスの製造方法。
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