DE10026280C2 - Elektro-optisch abtastendes abtastende Sonde und Meßverfahren unter Verwendung der Sonde - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung Bereich der Erfindung

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.

Hintergrundtechnik

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 US 5,479,106 A beschreibt einen elektro-optischen Spannungsdetektor der sich zur Messung eines elektrooptischen Kristalls aus Lithiumtantalat (LiTaO₃) bedient. In der US 5,808,473 A ist eine elektrische Signalmessvorrichtung beschrieben, die eine elektro-optische Abtastung mittels Ein- Punkt-Kontakt benutzt. Die US 5,465,043 A bezieht sich auf eine berührungslose Sonde sowie eine berührungslose Messvorrichtung, wobei die Bestrahlungs-Oberfläche der Sonde mit einem leitenden Film beschichtet ist, welcher ein kleines Loch aufweist.

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 erstes Sondengehäuse, welches mit einem wellenlängenabhängigen bzw. dichroischen (engl.: dichromic) Spiegel 41a und einem halbdurchlässigen Spiegel 41b versehen ist. Das Bezugszeichen 6a bezeichnet ein elektro-optisch abtastendes optisches System (im folgenden auch 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 ersten Sondengehäuse 41 ist mit dem Bezugszeichen 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 das erste Sondengehäuse 41 ein. Weiterhin breitet sich das Laserlicht in das erste Sondengehäuse 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 900 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 erste Sondengehäuse 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 JP 00 164 653 A, in: Patent Abstracts of Japan 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 und ein Meßverfahren dafür zur Verfügung zu stellen, bei welcher/m es möglich ist, daß Anregungslicht gleichzeitig in eine Vielzahl von lichtaufnehmenden Einrichtungen eintritt, die auf dem IC-Wafer vorgesehen sind.

Die Aufgabe wird hinsichtlich der Sonde durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Meßverfahrens durch die im Anspruch 8 angegebenen Merk­ male gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

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.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

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 zweites Sondengehäuse 42 vorgesehen ist, und daß die Befestigung dieser zwei optischen Anregungssysteme 6b und 6b' an dem zweiten 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 zweiten Sondengehäuse 42 und den Einstellungsteilen 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 zweiten Sondengehäuse 42 befestigt, und von dem optischen Anregungssystem 6b' ausgestrahltes paralleles Licht trifft gerade in das zweite 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 × tanθa. Die Änderung der Lichtachse um einen Winkel von θa 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 erste Linse 5e, einen XY- Schlitten bzw. XY-Objektträger 5f, welcher in zwei sich unter einem rechten Winkel schneidenden Richtungen genau bewegt werden kann, und eine zweite Linse 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 erste Linse 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 zweite Linse 5g sind derart ausgerichtet, daß die Lichtweglänge zwischen der Lichtein­ trittsoberfläche der Bündelungslinse 32 und der ersten Linse 5e genau gleich ist mit der Brennweite fb der Rückseite der zweiten Linse 5g. Zusätzlich kann die erste 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 kollimiert. 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 zweiten Linse 5g ausgeht, die Lichtachse des von dem optischen Anregungssystem 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 Anregungssysteme 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 ersten Sondengehäuse 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 elektro-optischen 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 Anregungssysteme 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 das zweite Sondengehäuse 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. Elektro-optisch abtastende Sonde mit:
einem elektro-optischen Element (2), dessen optische Eigenschaften sich in Abhängigkeit eines durch eine Verdrahtung aufgebrachten elektrischen Feldes ändern, wenn die Verdrahtung auf einer Oberfläche eines IC-Wafers (1) in Berührung damit ist;
einem elektro-optisch abtastenden optischen System (6a), welches darin polarisierende Strahlteiler (63, 66), λ/2- Platten (61, 64, 70) und Fotodioden (67, 68) umfaßt, um Laserstrahlen in elektrische Signale umzuwandeln, welche von einem außerhalb erzeugten Laserstrahl getrennt wurden, nachdem dieser durch das elektro-optische Element (2) durchgetreten ist und an einer Oberfläche des elektro- optischen Elementes (2), welches gegenüber der Verdrahtung angeordnet ist, reflektiert wurde; und
einem ersten abnehmbaren Teil (5a), um das elektro-optisch abtastende optische System (6a) anzubringen und abzunehmen;
einem ersten Sondengehäuse (41), um einen Lichtweg eines Lichts abzudecken, welches von dem elektro-optischen abtastenden optischen System (6a) ausgegeben wird;
optischen Anregungssystemen (6b, 6b') zur Ausstrahlung eines Lichts in gebündeltem Zustand zur Anregung des IC- Wafers; und
zweiten abnehmbaren Teilen (5b, 5c), um das optische Anregungssystem anzubringen und abzunehmen; und
einem zweiten Sondengehäuse (42), um einen Lichtweg eines Lichts abzudecken, welches von den optischen Anregungssystemen (6b, 6b') ausgegeben wird,
worin die optischen Anregungssysteme (6b, 6b') gemeinsam eine Objektivlinse (32) zur Bündelung der Vielzahl von Anregungslichtstrahlen auf den IC-Wafer (1) verwenden,
und wobei wenigstens eines der optischen Anregungssysteme (6b) eine Lichtachse aufweist, welche sich von der von anderen optischen Anregungssystemen (6b') unterscheidet, so daß die Anregungslichtstrahlen auf wenigstens zwei unterschiedliche lichtaufnehmende Teile ausgestrahlt werden, welche auf dem IC-Wafer angeordnet sind.

2. Elektro-optisch abtastende Sonde gemäß Anspruch 1, worin die elektro-optisch abtastende Sonde weiterhin ein Teil (5d) zur Einstellung der Lichtachse auf der Ausgangsseite des optischen Anregungssystems aufweist, mit welchem die Lichtachse von Lichtstrahlen eingestellt werden kann, welche durch das optische Anregungssystem (6b) ausgestrahlt werden.

3. Elektro-optisch abtastende Sonde gemäß Anspruch 1, worin das Teil (5d) zur Einstellung der Lichtachse einen Gonio-Objektträger (9) aufweist, welcher sich auf einem Umfang um das Eingangsteil in die Objektivlinse (32) bewegt.

4. Elektro-optisch abtastende Sonde gemäß Anspruch 2, worin das Teil (5d) zur Einstellung der Lichtachse umfaßt:
einen XY-Objektträger (5f), der in zwei sich unter rechtem Winkel schneidenden Richtungen genau bewegbar ist;
eine erste Linse (5e), um einen von dem optischen Anregungssystemen (6b, 6b') ausgestrahlten Lichtstrahl zu bündeln; und
eine zweite Linse (5g), um den von der ersten Linse (5e) gebündelten Lichtstrahl in einen parallelen Lichtstrahl zu kollimieren.

5. Elektro-optisch abtastende Sonde gemäß Anspruch 1, worin die optischen Anregungssysteme (6b, 6b') mit λ/2- Platten (61, 64, 70) gebildet werden.

6. Elektro-optisch abtastende Sonde gemäß Anspruch 1, worin das an das erste Sondengehäuse (41) installierte abnehmbare Teil (5a) und das an das zweite Sondengehäuse (42) installierte abnehmbare Teile (5b, 5c) eine identische Form aufweisen.

7. Elektro-optisch abtastende Sonde gemäß Anspruch 1, worin die elektro-optisch abtastende Sonde einen Licht­ strahl als die Anregungslichtquelle verwendet, welcher von dem elektro-optisch abtastenden optischen System (6a) ausgestrahlt wird.

8. 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 Anregungssystemen (6b, 6b') ausgehen, auf eine Vielzahl von lichtaufnehmenden Teilen, die auf einer Oberfläche eines IC-Wafers (1) angebracht sind; und
Durchführung einer Messung von elektrischen Signalen auf einer anderen Oberfläche des IC-Wafers (1) unter Verwendung des elektro-optisch abtastenden optischen Systems (6a).

9. 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 Anregungssystemen (6b, 6b') durch Änderung des Beleuchtungstimings ausgehen.