DE10026280A1 - Sonde für ein elektro-optisch abtastendes Oszilloskop - Google Patents
Sonde für ein elektro-optisch abtastendes OszilloskopInfo
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Abstract
Eine elektro-optisch abtastende Sonde wird zur Verfügung gestellt, die dazu in der Lage ist, eine Vielzahl von Anregungslichtstrahlen auf eine Vielzahl von lichtaufnehmende Teile auszustrahlen, die auf einem IC-Wafer angebracht sind, der ein Meßobjekt ist. DOLLAR A Die elektro-optisch abtastende Sonde umfaßt eine Vielzahl von optischen Systemmodulen zur Anregung, welche gemeinsam eine Objektivlinse zur Bündelung der Anregungslichtstrahlen auf den IC-Wafer verwenden, und ein abnehmbares Teil zum Abnehmen und Anbringen des optischen Anregungssystemmoduls, ein zweites Sondengehäuse ist auf der Rückseite des IC-Wafers vorgesehen, um den optischen Weg eines von dem optischen Anregungssystemmodul ausgestrahlten Lichtstrahls abzudecken, und wenigstens eines der Vielzahl von optischen Anregungssystemmodulen hat eine optische Achse, welche sich von der anderer Module unterscheidet; wodurch wenigstens zwei Anregungslichtstrahlen auf die lichtaufnehmenden Teile auf der IC-Wafer-Oberfläche ausgestrahlt werden können.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektro-optisch
abtastende Sonde, welche zur Beobachtung der Wellenformen eines
Testsignals verwendet wird, die in Abhängigkeit von einer
Änderung in dem Polarisationszustand eines Lichtpulses hervor
gerufen werden, wenn der durch ein Steuerungs- oder Timing
signal erzeugte Lichtpuls in einen elektro-optischen Kristall
eintritt, der mit einem durch das Testmeßsignal erzeugten
elektrischen Feld gekoppelt ist, und bezieht sich insbesondere
auf die elektro-optisch abtastende Sonde, welche mit einem
verbesserten optischen System der Sonde versehen ist.
Mit einer elektro-optischen Sonde ist es möglich, die
Wellenformen oder Wellenfronten (engl. waveforms) eines
Testsignals zu beobachten, wobei dies durch eine Änderung des
Polarisationszustandes eines Laserlichts hervorgerufen wird,
welche bewirkt wird, wenn der durch ein Steuerungs- oder
Timingsignal erzeugte bzw. ausgelöste Lichtpuls in einen
elektro-optischen Kristall eingeleitet wird, der mit einem
elektrischen Feld verbunden ist, das durch das Testmeßsignal
hervorgerufen wird. Wenn das Laserlicht auf gepulste Art und
Weise ausgestrahlt wird, und wenn das Testsignal nach Abtastung
verwendet wird, kann eine Messung durchgeführt werden, die eine
sehr hohe Zeitauflösung aufweist. Eine elektro-optisch
abtastende Sonde ist, unter Verwendung einer elektro-optischen
Sonde, die das obige Phänomen benutzt, entwickelt worden.
Die elektro-optisch abtastende Sonde, auch im folgenden EOS-
Sonde genannt, hat die folgenden Vorteile gegenüber der kon
ventionellen Sonde, die eine elektrische Sonde verwendet und
deshalb erregt eine solche Sonde Aufmerksamkeit.
- 1. Die Messung ist einfach, da eine Grund- oder Nullinie während der Messung nicht benötigt wird.
- 2. Da das obere Ende der vorliegenden elektro-optischen Sonde von der Meßschaltung isoliert ist, wird eine hohe Impedanz zur Verfügung gestellt, wodurch erzielt wird, daß Faktoren eliminiert werden, die die Bedingungen des Testpunktes stören.
- 3. Die Verwendung des Lichtpulses ermöglicht die Durchführung von Breitbandmessungen bis zur Größenordnung von GHz.
- 4. Messungen können an Verdrahtungen durchgeführt werden, die zu fein sind, um durch direkten Kontakt mit einem Metall stift gemessen zu werden, indem ein elektro-optischer Kristall in Kontakt mit einem IC (integrierte Schaltung; engl.: integrated circuit) gebracht wird und der Laserstrahl auf den IC-Wafer gebündelt wird.
Der Aufbau der konventionellen elektro-optischen Sonde wird mit
Bezug auf Fig. 6 beschrieben. In Fig. 6 bezeichnet Bezugszei
chen 1 einen IC-Wafer, der mit dem Äußeren durch eine elektri
sche Stromleitung und eine Signalleitung verbunden ist. Das
Bezugszeichen 2 bezeichnet ein elektro-optisches Element,
welches durch einen elektro-optischen Kristall gebildet wird.
Das Bezugszeichen 31 ist eine Objektivlinse, welche zur
Bündelung des auf das elektro-optische Element fallenden Lichts
dient. Das Bezugszeichen 41 ist ein Sondengehäuse, welches mit
einem wellenlängenabhängigen bzw. dichroischen (engl.:
dichromic) Spiegel 41 und einem halbdurchlässigen Spiegel 41b
versehen ist. Das Bezugszeichen 6a bezeichnet ein optisches
EOS-Modul (im folgenden als optisches EOS-System bezeichnet)
und ein Faserkollimator 69 (engl.: fiber collimator) ist an
einem Ende des optischen EOS-Systems angebracht.
Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Halogenlampe, um den IC-Wafer
zur Messung auszuleuchten. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine
Infrarotkamera (im folgenden IR-Kamera) genannt, welche zur
Bestätigung bzw. Überwachung der Positionierung des gebündelten
Lichts auf der Verdrahtung des IC-Wafers 1 verwendet wird. Das
Bezugszeichen 9 bezeichnet einen absorbierenden Objektträger
bzw. einen absorbierenden Schlitten zur Absorption und zur
Befestigung des IC-Wafers 1, und der absorbierende Objektträger
kann in die drei Richtungen der X-Achse, Y-Achse und der Z-
Achse, die sich jeweils unter rechten Winkeln schneiden, fein
bzw. genau bewegt werden. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet einen
Standardtisch (zum Teil nicht dargestellt), auf welchem der
absorbierende Schlitten bzw. Objektträger 9 befestigt ist. Das
Bezugszeichen 11 bezeichnet eine optische Faser, um das
Laserlicht, das von außen eintritt, weiterzuleiten.
Ein Lichtweg des Laserlichts, das von außen eintritt, wird mit
Bezug auf Fig. 6 beschrieben. Der Lichtweg des Laserlichts in
dem Sondenkörper bzw. Sondengehäuse 41 ist mit dem Bezugszei
chen A versehen dargestellt.
Das auf das optische EOS-System 6a durch die optische Faser
einfallende Laserlicht wird durch den Faserkollimator 69 in
einen parallelen Lichtstrahl kollimiert, breitet sich durch das
optische EOS-System 6a aus und tritt in den Sondenkörper 41
ein. Weiterhin breitet sich das Laserlicht in den Sondenkör
per 41 aus, wird um 90° durch den wellenlängenabhängigen bzw.
dichroischen (engl.: dichromic) Spiegel 41a abgelenkt und durch
eine Objektiv- bzw. Objektlinse auf die gegenüber dem IC-
Wafer 1 liegende Oberfläche des elektro-optischen Element 2
gebündelt.
Hier ist die Wellenlänge des durch die optische Faser 11 in das
optische EOS-System eintretenden Laserlichts 1550 nm. Im Gegen
satz dazu erlauben die optischen Eigenschaften des oben erwähn
ten dichroischen bzw. wellenlängenabhängigen Spiegels 41a die
Transmission von 5% und die Reflektion von 95% des Lichtes
mit einer Wellenlänge von 1550 nm. Deshalb werden 95% des von
der Laserquelle ausgestrahlten Lichts reflektiert und um 90°
abgelenkt.
Ein dielektrischer Spiegel ist auf der Oberfläche des elektro
optischen Elementes, die gegenüber dem IC-Wafer 1 liegt,
angeordnet, und das von der Oberfläche reflektierte Licht wird
wieder durch die Objektivlinse 31 in parallele Strahlen
kollimiert und gelangt zu dem optischen EOS-System 6a über
denselben optischen Weg zurück und tritt in eine Fotodiode
(nicht dargestellt) in dem optischen EOS-System 6a ein.
Als nächstes wird eine Beschreibung des Lichtweges eines von
der Halogenlampe 7 ausgestrahlten Lichts und der Vorgang der
Positionierung des IC-Wafers 1 gegeben, wenn der Positionie
rungsvorgang des IC-Wafers durch Verwendung der Halogenlampe 7
und der IR-Kamera 8 durchgeführt wird. In Fig. 6 bezeichnet
Bezugszeichen B den Lichtweg der Halogenlampe 7.
Die Halogenlampe 7, die während des Positionierungsvorgangs
verwendet wird, strahlt Licht mit Wellenlängen im Bereich von
400 nm bis 1650 nm aus.
Das von der Halogenlampe 7 ausgestrahlte Licht wird um 90°
durch den halbdurchlässigen Spiegel 41b abgelenkt, tritt durch
den wellenlängenabhängigen bzw. dichroischen Spiegel 41a durch
und beleuchtet den IC-Wafer 1. Der halbdurchlässige
Spiegel 41b, der während dieses Positionierungsvorgangs
verwendet wird, ergibt reflektiertes Licht mit der gleichen
Intensität wie die Intensität des transmittierten Lichts.
Die IR-Kamera 8 nimmt ein Bild eines Teils des Objektivlinsen
feldes des von der Halogenlampe 7 erleuchteten IC-Wafers 1 auf,
und das IR-Bild wird auf einem Monitor 8a dargestellt. Eine
Bedienperson führt eine genaue Bewegung des absorbierenden
Objektträgers derart aus, daß das zu messende Objekt, also die
Verdrahtung auf dem IC-Wafer in das Beobachtungsfeld eintritt.
Weiterhin justiert die Bedienperson den absorbierenden Objekt
träger 9 oder das Sondergehäuse 41 derart, daß das Laserlicht
präzise auf der Oberfläche des auf der Verdrahtung des IC-
Wafers angeordneten elektro-optischen Elementes 2 gebündelt
wird, indem sie durch Beobachtung des Bildes der IR-Kamera 8
sicherstellt, daß das Laserlicht durch die optische Faser 11 in
das optische EOS-System eintritt, durch die Oberfläche des
elektro-optischen Elementes 2 reflektiert wird, die auf der
Verdrahtung des IC-Wafers 1 angeordnet ist, und durch die
dichroischen Spiegel 41a durch tritt.
In diesem Vorgang kann das durch den wellenlängenabhängigen
bzw. dichroischen Spiegel 41a durchgelassene Licht von der IR-
Kamera 8 erkannt werden, da der dichroische Spiegel ungefähr
5% des Lichts im Wellenlängenbereich des Laserlichts durch
lassen kann.
Hier wird ein Meßvorgang von Testsignalen unter Verwendung der
in Fig. 6 gezeigten EOS-Sonde beschrieben.
Wenn eine Spannung auf die Verdrahtung des IC-wafers 1
aufgebracht wird, wird ein elektrisches Feld auf das elektro
optische Element 2 aufgebracht, welches durch den Pockels-
Effekt bedingt eine Änderung in seinem Brechungsindex bewirkt.
Dadurch, wenn das Laserlicht in das elektro-optische Element
eintritt, wird dieses von der Oberfläche des elektro-optischen
Elementes reflektiert, welche gegenüber dem IC-Wafer 1 angeord
net ist, gelangt über den gleichen Lichtweg zurück, tritt aus
dem elektro-optischen Element aus, und der Polarisationszustand
der Laserlichts wird geändert. Nach erfolgter Änderung des
Polarisationszustandes tritt das Laserlicht wieder in das EOS-
optische System 6a ein.
Da der polarisierte Zustand bzw. der Polarisationszustand des
elektro-optischen Elementes in dem optischen EOS-System
geändert wurde, wurde die Intensität des auf das optische EOS-
System eingestrahlten Lichts in Übereinstimmung mit der
Änderung des Zustands der Polarisation geändert, und die
Änderung der Intensität des Lichts wird in ein elektrisches
Signal umgewandelt, nachdem dieses von einer Fotodiode
aufgenommen wurde, und das elektrische Signal, welches auf den
IC-Wafer 1 aufgebracht wurde, kann gemessen werden, indem die
Signale der Fotodioden ausgewertet werden.
Es gibt einige IC's wie Lichtschalter (engl.: light switches)
welche durch Beleuchtung mit Anregungslicht (engl.: excitation
light) betrieben werden, was bedeutet, daß Licht zur Anregung
auf die vordere Oberfläche oder die hintere Oberfläche des IC-
Wafers gestrahlt wird. Jedenfalls ergibt sich bei der konven
tionellen elektro-optisch abtastenden Sonde das Problem, daß
die Messung von den elektrischen Signalen nicht zur gleichen
Zeit durchgeführt werden kann, während das Anregungslicht auf
die vorderen oder rückwärtigen Oberflächen gestrahlt wird.
Um das obige Problem zu lösen, ist in der ungeprüften japa
nischen Patentanmeldung mit der ersten Veröffentlichungsnummer
Hei 10-340824 eine elektro-optische abtastende Sonde beschrie
ben, mit welcher es möglich ist, Anregungslicht von beiden
Oberflächen auf den IC-Wafer 1 auszustrahlen, ohne den IC-Wafer
zu versetzen und mit welcher es möglich ist, elektrische
Signale zu messen, während abtastendes Licht auf Oberflächen
des IC-Wafers ausgestrahlt wird.
Jedenfalls ergibt sich bei der obigen elektro-optisch
abtastenden Sonde immer noch das Problem, daß das Licht zur
Anregung nicht gleichzeitig in eine Vielzahl von lichtauf
nehmenden Bereichen bzw. lichtaufnehmenden Teilen eintreten
kann. Falls die Bündelungsgröße des Anregungslichts vergrößert
wird, um gleichzeitig eine Vielzahl von lichtaufnehmenden
Bereichen auszuleuchten, leuchtet das Anregungslicht ein Gebiet
der Oberfläche außerhalb des lichtaufnehmenden Bereiches aus,
was zu einer ungenauen Messung führt. Zusätzlich bleibt immer
noch das Problem, daß der vergrößerte Ausleuchtungsfleck keine
sequentielle Zeitmessung erlaubt.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
elektro-optisch abtastende Sonde zur Verfügung zu stellen, bei
welcher es möglich ist, daß Anregungslicht gleichzeitig in eine
Vielzahl von lichtaufnehmenden Einrichtungen eintritt, die auf
dem IC-Wafer vorgesehen sind.
Fig. 1 ist eine Darstellung, die den Aufbau einer Ausführungs
form der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 2 ist eine Darstellung, die den Aufbau eines in Fig. 1
gezeigten optischen EOS-Systems 6a zeigt.
Fig. 3 ist eine Darstellung, die den Aufbau eines in Fig. 1
gezeigten optischen Anregungssystems zeigt.
Fig. 4 ist eine Darstellung zur Erklärung des Aufbaus des in
Fig. 1 gezeigten Teils 5d zur Einstellung der Achse des Lichts
und eine Darstellung des Lichtwegs des Anregungslichts.
Fig. 5 ist eine Darstellung zur Erklärung des Aufbaus des in
Fig. 1 gezeigten Teils 5d zur Einstellung einer Achse des
Lichts und eine Darstellung eines Lichtwegs des Anregungs
lichts.
Fig. 6 ist eine Darstellung, die den Aufbau einer konventio
nellen elektro-optisch abtastenden Sonde zeigt.
Eine elektro-optisch abtastende Sonde gemäß einer Ausführungs
form der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die
beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine Darstellung, die den Aufbau einer Ausführungs
form der vorliegenden Erfindung zeigt. In Fig. 1 werden die
gleichen Komponenten wie die der konventionellen Sonde, die in
Fig. 6 gezeigt wird, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet,
und Erklärungen für diese Komponenten werden weggelassen. Die
Unterschiede zwischen der in Fig. 1 dargestellten elektro
optischen Sonde und der konventionellen Sonde sind, daß zwei
optische Anregungssysteme zur Ausgabe des Anregungslichtes 6b
und 6b' (im folgenden als optisches Anregungssystem bezeichnet)
unter dem Standardtisch 10 zur Verfügung gestellt werden, sowie
ein Sondengehäuse 42 vorgesehen ist, und daß die Befestigung
dieser zwei optischen Anregungssysteme 6b und 6b' an dem
Sondengehäuse 42 über die Mittel der abnehmbaren bzw. lösbaren
Teile 5b und 5c erfolgt.
Hier weisen die obigen optischen Anregungssysteme 6b und 6b'
den gleichen Aufbau auf.
Weiterhin werden die optischen Anregungssysteme 6b und 6b'
durch entsprechende Einstellungsteile 5d der Lichtachsen
befestigt, die zwischen dem Sondenkörper 42 und den Einstel
lungsteilen bzw. Einstellungsbereichen 5b der Lichtachse
vorgesehen sind.
Fig. 2 ist eine Darstellung, die den Aufbau eines in Fig. 1
dargestellten optischen EOS-Systems 6a zeigt. In Fig. 2
bezeichnen die Bezugszeichen 61, 64 und 70 λ/2-Platten und 62
bezeichneten eine λ/4-Platte. Die Bezugszeichen 63 und 66
bezeichnen polarisierende Strahlteiler, und 65 bezeichnet ein
Faraday-Element. Ein durch die λ/2-Platten 61, 64 und 70, die
λ/4-Platte 62, die polarisierenden Strahlteiler 63 und 66 und
das Faraday-Element 65 gebildete System ist ein optischer
Isolator. Die Bezugszeichen 67 und 68 bezeichnen Fotodioden.
Fig. 3 ist eine Darstellung, die den Aufbau des in Fig. 1
dargestellten optischen Anregungssystems 6b zeigt. Dieses
optische Anregungssystem 6b hat denselben Aufbau wie das
optische EOS-System 6a und das optische Anregungssystem 6b wird
nur durch die eine optische Komponente, nämlich die λ/2-
Platte 64 gebildet.
Fig. 4 und 5 sind Darstellungen, um den Aufbau eines Licht
achseneinstellungsteils 5d bzw. des Einstellungsbereichs 5d der
Lichtachsen, das bzw. der in Fig. 1 dargestellt ist, und des
Lichtweges des Anregungslichtes zu erklären.
Nun wird ein Vorgang zur Messung der elektrischen Signale auf
der Vorderseitenoberfläche des IC-Wafers 1 erklärt, wenn das
Anregungslicht auf die rückwärtige Oberfläche ausgestrahlt
wird.
Zuerst wird der Vorgang zur Ausleuchtung der Rückseitenober
fläche mit Anregungslicht beschrieben.
Laserlicht wird dem optischen Anregungssystem 6b durch eine
optische Faser 11 von außen zugeführt. Dieses Laserlicht wird
durch den Faserkollimator 69 in einen parallelen Strahl
kollimiert.
Der kollimierte Laserstrahl wird dann durch den halbdurch
lässigen Spiegel 42a um 90° abgelenkt und durch eine Objektiv
linse 32 auf die Rückseitenoberfläche des IC-Wafers 1
gebündelt. Dadurch kann der IC-Wafer, welcher das Ziel der
Messung ist, durch Ausstrahlung von Anregungslicht auf die
rückwärtige Oberfläche vermessen werden.
Es muß festgestellt werden, daß, wenn zwei polarisierende
optische Systeme vorgesehen sind, eine effektive Bündelung des
polarisierten Lichts durch zwei optische Systeme ermöglicht
werden kann, ohne einen Lichtverlust durch einen zusätzlichen
Polarisationsregler für jedes Anregungslichtsystem und ohne
jeden halbdurchlässigen Spiegel 42a durch einen polarisierenden
Strahlteiler (PBS) entsprechend zu ersetzen.
Als nächstes wird der Vorgang beschrieben, daß Anregungslicht
auf entsprechende lichtaufnehmende Teile fällt, wenn zwei
lichtaufnehmende Teile bzw. Bereiche auf dem IC-Wafer 1
vorgesehen sind.
Als erstes wird eine Erklärung eines Beispiels eines
Lichtachseneinstellungsteils gegeben, welches aus einem
Goniometer besteht bzw. daraus aufgebaut ist. Das optische
Anregungssystem 6b', welches in Fig. 4 dargestellt ist, ist an
dem Sondengehäuse 42 befestigt, und von dem optischen
Anregungssystem 6b' ausgestrahltes paralleles Licht trifft
gerade in das Sondengehäuse 42 ein, wird durch den
halbdurchlässigen Spiegel 42a durchgeleitet und wird durch die
Objektivlinse 32 auf die lichtaufnehmenden Teile bzw. Bereiche
des IC-Wafers 1 gebündelt. Da die Objektivlinse 32 von dem IC-
Wafer 1 getrennt angeordnet ist, und zwar um eine bis zu einer
der Brennweite ft entsprechenden Länge von der Objektivlinse 32
versetzt, wird paralleles Licht in einen Punkt auf dem IC-
Wafer 1 gebündelt.
Als nächstes kann, wenn das Licht durch Einstellung der
Lichtachseneinstellungsteile auf zwei unterschiedliche Punkte
gebündelt werden muß, dieses durch Drehung des Goniometers
erzielt werden. Die Entfernung zwischen den unterschiedlichen
Punkten kann durch den Drehwinkel des Goniometers bestimmt
werden. Das bedeutet, daß wenn angenommen wird, daß die
Entfernung zwischen den beiden Punkten A ist, die Brennweite
der Objektivlinse ft ist, der Drehwinkel des Einstellungs
teils 5d der Lichtachse θa ist, die Entfernung A zur Licht
bündelung durch die folgende Formel erhalten wird:
A = ft × tan θa. Die Änderung der Lichtachse um einen Winkel
von 6a ist in Fig. 4 durch eine strichpunktierte Linie(engl.:
one-dot chain line) dargestellt.
Wie oben gezeigt, ist es sogar, wenn zwei lichtaufnehmende
Teile bzw. Bereiche auf dem IC-Wafer vorgesehen sind, möglich,
Licht ausschließlich über lichtaufnehmende Teile aufzunehmen,
indem das Licht genau auf zwei Punkte gebündelt wird und indem
zwei optische Anregungssysteme 6b und 6b' und eine gemeinsame
Objektivlinse verwendet werden.
Als nächstes wird ein Beispiel mit Bezug auf Fig. 5 beschrie
ben, in welchem die Einstellungsteile der Lichtachse durch ein
telezentrisches (engl.: telecentric) optisches System gebildet
werden. In dem in Fig. 5 dargestellten Beispiel weist das
Lichtachseneinstellungsteil 5d eine Bündelungslinse 5e, einen
XY-Schlitten bzw. XY-Objektträger 5f, welcher in zwei sich
unter einem rechten Winkel schneidenden Richtungen genau bewegt
werden kann, und eine Kollimierungslinse 5g auf, um das
gebündelte Licht wieder zurück in paralleles Licht zu wandeln.
Das optische Anregungssystem 6b', die halbdurchlässigen
Spiegel 42a und die Objektivlinse 32 sind die gleichen wie die
in Fig. 4 dargestellten, so daß eine Erläuterung dieser
Komponenten hier weggelassen wird.
Das optische Anregungssystem 6b, das abnehmbare Teil 5b und die
Bündelungslinse 5e sind durch präzises Gleiten des XY-Schlit
tens 5f, der die gleitenden Oberflächen 5f aufweist, wie in
Fig. 5 dargestellt, genau zueinander ausgerichtet. Die
Bündelungslinse 32 und die Kollimierungslinse 5g sind derart
ausgerichtet, daß die Lichtweglänge zwischen der Lichtein
trittsoberfläche der Bündelungslinse 32 und der Kollimierungs
linse 5e genau gleich ist mit der Brennweite fb der Rückseite
der Kollimierungslinse 5g. Zusätzlich kann die Kollimierungs
linse 5e von dem optischen Anregungssystem so weit beabstandet
sein, wie die Brennweite ist. So wird der an dem Punkt C
ausgestrahlte Lichtstrahl in einen parallelen Strahl kolli
miert. Der so kollimierte parallele Strahl wird durch den
halbdurchlässigen Spiegel 32 abgelenkt und tritt in die
Objektivlinse ein und wird durch die Objektivlinse 32 auf einen
Punkt auf dem IC-Wafer 1 gebündelt.
Der XY-Schlitten 5f bzw. der XY-Objektträger ist derart ange
ordnet, daß der parallele Strahl gebündelt wird, der an der
ursprünglichen Stelle C' von dem optischen Anregungssystem 6b
erzeugt wurde. In dieser Anordnung werden, da die Lichtachse
des parallelen Strahls, der von der Kollimierungslinse 5g
ausgeht, die Lichtachse des von dem optischen Anregungs
system 6b' ausgehenden Lichtes unter einem rechten Winkel
schneidet, diese beiden parallelen Strahlen auf einer Stelle
auf dem IC-Wafer 1 gebündelt. Wenn das polarisierende optische
System 6b von dieser ursprünglichen Anordnung um eine
Entfernung F durch Schieben oder Gleiten des XY-Schlittens 5f
zu einer Stelle verschoben wird, werden Strahlen, die auf einem
Punkt auf dem IC-Wafer 1 gebündelt wurden, aufgeteilt auf durch
eine Entfernung von F' entfernte Stellen. Da die Entfernungen
von F und F' identisch sind, können zwei gebündelte
Lichtstrahlen um eine Entfernung getrennt werden, die
proportional zu der geschobenen Entfernung des XY-Schlittens 5f
ist. Zusätzlich kann, da der XY-Schlitten 5f in zwei Richtungen
verschoben werden kann, der Lichtstrahl auf jede Stelle
positioniert werden, die um die ursprüngliche Stelle herum des
von dem optischen Anregungssystem 6b' ausgehenden Lichts liegt.
Wie oben gezeigt, wird es durch das telezentrische optische
System erlaubt, daß zwei Lichtstrahlen ausschließlich auf zwei
lichtaufnehmende Bereiche bzw. Teile gebündelt werden, die an
zwei unterschiedlichen Stellen angeordnet sind, indem das
optische Anregungssystem 6b genau versetzt bzw. verschoben
wird.
Es wird angemerkt, daß, da die beiden optischen Anregungs
systeme 6b und 6b' jeweils unabhängige Lichtquellen verwenden,
jeder beliebige von diesen Lichtquellen ausgestrahlte
Lichtstrahl auf den IC-Wafer durch Änderung des Zeitpunkts der
Ausstrahlung bzw. der Steuerung der Ausstrahlung auftreffen
kann, welches eine spezielle Messung in dem Fall der Änderung
der Eintrittssteuerung bzw. Zeitsteuerung zu einer Vielzahl von
entsprechenden lichtaufnehmenden Teilen ermöglicht.
Als nächstes wird der Meßvorgang des elektrischen Signals in
der Verdrahtung auf dem IC-Wafer 1 durch das optische EOS-
System 6a beschrieben.
Ein Laserstrahl wird unter Verwendung der optischen Faser 11
von außen auf das optische EOS-System 6a aufgebracht. Der
Laserstrahl wird durch den Faserkollimator 69 in einen
parallelen Strahl umgewandelt.
Als nächstes wird das parallele Licht durch den dichroischen
bzw. wellenlängenabhängigen Spiegel 41a in dem Sonderkörper 41
um 90° abgelenkt und durch die Objektivlinse 31 gebündelt. Das
so gebündelte Laserlicht kommt nach der Ausbreitung durch das
elektro-optische Element an der Oberfläche des elektroopti
schen Elementes an, welche gegenüber der Verdrahtung auf dem
IC-Wafer 1 angeordnet ist.
Zu dieser Zeit ändert sich der Brechungsindex des elektro
optischen Elementes 2 durch den Pockels-Effekt in Abhängigkeit
von dem elektrischen Feld, welches auf das elektro-optische
Element 2 aufgebracht wird, und welches durch die auf die
Verdrahtung angelegte Spannung hervorgerufen wird. Dadurch
ändert sich nach dem Eintreten und während des Ausbreitens
durch das elektro-optische Element der Polarisationszustand des
Laserlichts. Nachdem der Polarisationszustand der Änderung
unterworfen war, wird das Laserlicht durch den Spiegel
reflektiert, der auf dem elektro-optischen Element gebildet
ist, welches auf der Verdrahtung auf dem IC-Wafer angeordnet
ist und tritt in das optische EOS-System ein, nachdem es sich
in entgegengesetzter Richtung über denselben Lichtweg ausge
breitet hat, der mit dem Eintritt in das elektro-optische
Element beginnt. Das Laserlicht wird durch den Lichtisolator 60
isoliert und wird auf die Fotodiode ausgestrahlt und in ein
elektrisches Signal umgewandelt.
Die Schwankung der auf die Verdrahtung auf dem IC-Wafer
aufgebrachten Spannung ruft eine Änderung des Polarisations
zustandes des elektro-optischen Elementes hervor, wodurch ein
Ausgangssignalunterschied zwischen den Ausgangssignalen der
ersten und der zweiten Fotodiode 67 und 68 erzeugt wird. Die
übertragenden elektrischen Signale in der Verdrahtung des IC-
Wafers 1 können durch Erfassung dieser Ausgangssignalunter
schiede gemessen werden.
Wie oben gezeigt, ist die vorliegende Vorrichtung so gestaltet,
daß das sich durch die Verdrahtung des IC-Wafers 1 ausbreitende
elektrische Signal erfaßt werden kann, während Anregungslicht
auf die Rückseite des IC-Wafers 1 ausgestrahlt wird, die Mes
sung kann für ein Rückseitenausleuchtungstyp-IC durchgeführt
werden. Zusätzlich kann es durch zwei optische Anregungs
systeme 6b und 6b', welche eine Objektivlinse gemeinsam
verwenden, ermöglicht werden, zwei gebündelte Lichtstrahlen
ausschließlich auf zwei lichtaufnehmende Teile bzw. Bereiche zu
projizieren.
Projektion bzw. Ausstrahlung von Anregungslicht kann nicht nur
durch das optische Anregungssystem 6b, sondern auch durch das
optische EOS-System 6a erfolgen. Wenn das optische EOS-System
als die Lichtquelle verwendet wird, kann das EOS-System zur
Ausstrahlung von Licht verwendet werden, um gebündeltes Licht
auf die rückwärtige Oberfläche zu projizieren, wie auch wenn
das elektrische Signal gemessen wird. In diesem Falle können
die Ausgangssignale von zwei Fotodioden 67 und 68 nicht für
eine weitere Auswertung verwendet werden.
Die Hinzufügung von einer notwendigen Zahl von optischen
Anregungssystemen 6b und halbdurchlässigen Spiegeln erlaubt es,
gebündelte Lichtstrahlen auf mehr als drei lichtaufnehmende
Teile zu projizieren. Weiterhin macht es die Installation des
optischen EOS-Systems anstelle des optischen Anregungssystems
möglich, eine Messung sogar an einem IC-Wafer durchzuführen, in
welchem die lichtaufnehmenden Bereiche oder Teile auf der
gleichen Oberfläche der Messung vorhanden sind.
Wenn der IC-Wafer ein aus einem elektro-optischen Kristall, wie
GaAsInP, bestehendes Substrat umfaßt, macht es die Anpassung
eines optischen EOS-Systems 6a an den Sondenkörper 42, der auf
der Rückseite des IC-Wafers installiert ist, möglich zu messen,
indem das direkt auf die Rückseitenoberfläche des IC-Wafers 1
projizierte Laserlicht gebündelt wird. Durch die Anwendung bzw.
Anpassung eines solchen Verfahrens ist es möglich, die Messung
des elektrischen Signals nicht nur für die Verdrahtung auf
einer Seite, sondern auch auf beiden Oberflächen durchzuführen,
falls eine Verdrahtung auf beiden Oberflächen existiert.
Wie oben erklärt, stellt die abtastende EOS-Sonde der
vorliegenden Erfindung das optische Anregungssystem zur
Projektion eines Anregungslichtstrahls auf die rückseitige
Oberfläche des IC-Wafers zur Verfügung, die vorliegende
Erfindung hat den Effekt, daß die abtastende EOS-Sonde eine
Signalmessung für den speziellen IC-Wafer durchführen kann,
welcher von der Rückseitenoberfläche angeregt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, da das vorliegende
optische EOS-System ein abnehmbares bzw. lösbares Teil
vorsieht, an welches das optische EOS-System und das
anregungsoptische System gemeinsam anbringbar sind, und da das
optische Anregungssystem auf der vorderen Oberfläche des IC-
Wafers und das optische EOS-System auf der rückwärtigen
Oberfläche angebracht werden kann, der Effekt erzielt werden,
daß eine Messung gemacht werden kann, indem entweder die
vorderen oder die rückwärtigen Oberflächen in Übereinstimmung
mit der Spezifikation des IC-Wafers gewählt werden. Da es auch
möglich ist, die Objektivlinse und den halbdurchlässigen
Spiegel des optischen Anregungssystems beide durch ein Element
zu ersetzen, kann die EOS-Sonde der vorliegenden Erfindung
durch einen einfachen Aufbau unter Verwendung einer reduzierten
Anzahl von Teilen gebildet werden.
Die vorliegende Erfindung zeigt den Effekt, daß die Messung von
elektrischen Signalen für beide Oberflächen des IC-Wafers
gleichzeitig durchgeführt werden kann, wenn der IC-Wafer
Verdrahtungen auf beiden Oberflächen hat, indem das optische
Anregungssystem durch ein optisches EOS-System ersetzt wird.
Weiterhin hat die vorliegende Erfindung den weiteren Effekt,
daß es möglich ist, gebündelte Lichtstrahlen auf eine Vielzahl
von lichtaufnehmenden Teilen zu projizieren, weil Lichtachsen
einstellungsmittel zwischen dem optischen Anregungssystem und
dem Sondenkörper vorgesehen sind.
Claims (9)
1. Eine elektro-optisch abtastende Sonde mit:
einem elektro-optischen Element, dessen optische Eigen schaften sich in Abhängigkeit eines durch eine Verdrahtung aufgebrachten elektrischen Feldes ändern, wenn die Verdrahtung auf einer Oberfläche eines IC-Wafers in Berührung damit ist;
ein elektro-optisch abtastendes optisches Systemmodul, welches darin einen polarisierenden Strahlteiler, eine λ/2- Platte und eine Fotodiode umfaßt, um einen Laserstrahl in ein elektrisches Signal umzuwandeln, welcher von dem außerhalb erzeugten Laserstrahl getrennt wurde, nachdem dieser durch dieses elektro-optische Element durchgetreten ist und an einer Oberfläche dieses elektro-optischen Elementes, welche gegenüber der Verdrahtung angeordnet ist, reflektiert wurde; und
ein erstes abnehmbares Teil, um dieses elektro-optisch abtastende optische Systemmodul anzubringen und abzunehmen;
ein erstes Sondengehäuse, um einen Lichtweg eines Lichts abzudecken, welches von diesem elektro-optischen abtastenden optischen Systemmodul ausgegeben wird;
ein optisches Anregungssystemmodul zur Ausstrahlung eines Lichts in gebündeltem Zustand zur Anregung dieses IC- Wafers; und
ein zweites abnehmbares Teil, um dieses optische Anregungssystemmodul anzubringen und abzunehmen; und
ein zweites Sondengehäuse, um einen Lichtweg eines Lichts abzudecken, welches von diesem optischen Anregungssystem modul ausgegeben wird;
worin die elektro-optisch abtastende Sonde weiterhin eine Vielzahl von optischen Anregungssystemmodulen umfaßt, welche gemeinsam eine Objektivlinse zur Bündelung dieser Vielzahl von Anregungslichtstrahlen auf diesen IC-Wafer verwenden, und wobei wenigstens eines dieser Vielzahl von optischen Anregungssystemmodulen eine Lichtachse aufweist, welche sich von der von anderen optischen Anregungssystem modulen unterscheidet, so daß die Anregungslichtstrahlen auf wenigstens zwei unterschiedliche lichtaufnehmende Teile ausgestrahlt werden, welche auf diesem IC-Wafer angeordnet sind.
einem elektro-optischen Element, dessen optische Eigen schaften sich in Abhängigkeit eines durch eine Verdrahtung aufgebrachten elektrischen Feldes ändern, wenn die Verdrahtung auf einer Oberfläche eines IC-Wafers in Berührung damit ist;
ein elektro-optisch abtastendes optisches Systemmodul, welches darin einen polarisierenden Strahlteiler, eine λ/2- Platte und eine Fotodiode umfaßt, um einen Laserstrahl in ein elektrisches Signal umzuwandeln, welcher von dem außerhalb erzeugten Laserstrahl getrennt wurde, nachdem dieser durch dieses elektro-optische Element durchgetreten ist und an einer Oberfläche dieses elektro-optischen Elementes, welche gegenüber der Verdrahtung angeordnet ist, reflektiert wurde; und
ein erstes abnehmbares Teil, um dieses elektro-optisch abtastende optische Systemmodul anzubringen und abzunehmen;
ein erstes Sondengehäuse, um einen Lichtweg eines Lichts abzudecken, welches von diesem elektro-optischen abtastenden optischen Systemmodul ausgegeben wird;
ein optisches Anregungssystemmodul zur Ausstrahlung eines Lichts in gebündeltem Zustand zur Anregung dieses IC- Wafers; und
ein zweites abnehmbares Teil, um dieses optische Anregungssystemmodul anzubringen und abzunehmen; und
ein zweites Sondengehäuse, um einen Lichtweg eines Lichts abzudecken, welches von diesem optischen Anregungssystem modul ausgegeben wird;
worin die elektro-optisch abtastende Sonde weiterhin eine Vielzahl von optischen Anregungssystemmodulen umfaßt, welche gemeinsam eine Objektivlinse zur Bündelung dieser Vielzahl von Anregungslichtstrahlen auf diesen IC-Wafer verwenden, und wobei wenigstens eines dieser Vielzahl von optischen Anregungssystemmodulen eine Lichtachse aufweist, welche sich von der von anderen optischen Anregungssystem modulen unterscheidet, so daß die Anregungslichtstrahlen auf wenigstens zwei unterschiedliche lichtaufnehmende Teile ausgestrahlt werden, welche auf diesem IC-Wafer angeordnet sind.
2. Eine elektro-optische abtastende Sonde gemäß Anspruch 1,
worin die elektro-optisch abtastende Sonde weiterhin ein
Teil zur Einstellung der Lichtachse auf der Ausgangsseite
dieses optischen Anregungssystemmoduls aufweist, mit
welchem die Lichtachse von Lichtstrahlen eingestellt werden
kann, welche durch dieses optische Anregungssystemmodul
ausgestrahlt werden.
3. Eine elektro-optisch abtastende Sonde gemäß Anspruch 1,
worin dieses Teil zur Einstellung der Lichtachse einen
Gonio-Objektträger aufweist, welcher sich auf einem Umfang
um das Eingangsteil in diese Objektivlinse bewegt.
4. Eine elektro-optisch abtastende Sonde gemäß Anspruch 2,
worin dieses Teil zur Einstellung der Lichtachse umfaßt:
ein XY-Objektträger, der in zwei sich unter rechtem Winkel schneidenden Richtungen genau bewegbar ist;
eine erste Linse, um einen von diesem optischen Anregungs systemmodul ausgestrahlten Lichtstrahl zu bündeln; und
eine zweite Linse, um diesen von dieser ersten Linse gebündelten Lichtstrahl in einen parallelen Lichtstrahl zu kollimieren.
ein XY-Objektträger, der in zwei sich unter rechtem Winkel schneidenden Richtungen genau bewegbar ist;
eine erste Linse, um einen von diesem optischen Anregungs systemmodul ausgestrahlten Lichtstrahl zu bündeln; und
eine zweite Linse, um diesen von dieser ersten Linse gebündelten Lichtstrahl in einen parallelen Lichtstrahl zu kollimieren.
5. Eine elektro-optisch abtastende Sonde gemäß Anspruch 1,
worin dieses optische Anregungssystemmodul mit einer λ/2-
Platte gebildet wird.
6. Eine elektro-optisch abtastende Sonde gemäß Anspruch 1,
worin dieses an das erste Sondengehäuse installierte
abnehmbare Teil und das an das zweite Sondengehäuse
installierte abnehmbare Teil eine identische Form
aufweisen.
7. Eine elektro-optisch abtastende Sonde gemäß Anspruch 1,
worin die elektro-optisch abtastende Sonde einen Licht
strahl als die Anregungslichtquelle verwendet, welcher von
diesem elektro-optisch abtastenden optischen Systemmodul
ausgestrahlt wird.
8. Ein Meßverfahren unter Verwendung der elektro-optisch
abtastenden Sonde nach Anspruch 1, worin das Verfahren die
folgenden Schritte umfaßt:
Ausstrahlung von Anregungslichtstrahlen, die von einer Vielzahl von optischen Anregungssystemmodulen ausgehen, auf eine Vielzahl von lichtaufnehmenden Teilen, die auf einer Oberfläche eines IC-Wafers angebracht sind; und
Durchführung einer Messung von elektrischen Signalen auf einer anderen Oberfläche des IC-Wafers unter Verwendung des elektro-optisch abtastenden optischen Systemmoduls.
Ausstrahlung von Anregungslichtstrahlen, die von einer Vielzahl von optischen Anregungssystemmodulen ausgehen, auf eine Vielzahl von lichtaufnehmenden Teilen, die auf einer Oberfläche eines IC-Wafers angebracht sind; und
Durchführung einer Messung von elektrischen Signalen auf einer anderen Oberfläche des IC-Wafers unter Verwendung des elektro-optisch abtastenden optischen Systemmoduls.
9. Ein Verfahren zur Messung gemäß Anspruch 8, worin dieses
Meßverfahren den Schritt der Durchführung der Messung von
elektrischen Signalen durch Ausstrahlung einer Vielzahl von
Lichtstrahlen umfaßt, welche von einer Vielzahl von opti
schen Anregungssystemmodulen durch Änderung des Beleuch
tungstimings ausgehen.
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