JP2000292451A - 電気光学サンプリングプローバ及び調整方法 - Google Patents

電気光学サンプリングプローバ及び調整方法

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JP2000292451A JP11099381A JP9938199A JP2000292451A JP 2000292451 A JP2000292451 A JP 2000292451A JP 11099381 A JP11099381 A JP 11099381A JP 9938199 A JP9938199 A JP 9938199A JP 2000292451 A JP2000292451 A JP 2000292451A
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Fumio Akikuni
文夫 秋國
Katsushi Ota
克志 太田
Tadao Nagatsuma
忠夫 永妻
Mitsuru Shinagawa
満 品川
Junzo Yamada
順三 山田
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Ando Electric Co Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ファイバの着脱を行った場合において発生
した光軸ずれを簡単に補正することができる電気光学サ
ンプリングプローバを提供する。 【解決手段】 測定対象のICウエハ表面上の配線に接
し、この配線を介して電界が印加されて光学特性が変化
する電気光学素子と、内部に偏光ビームスプリッタと波
長板とフォトダイオードを有し、外部から発せられたレ
ーザ光が電気光学素子内を透過してさらに配線に対向す
る電気光学素子の表面において反射された光を分離して
電気信号に変換する電気光学サンプリング光学系モジュ
ールとを備えた電気光学サンプリングプローバにおい
て、電気光学サンプリング光学系モジュールは、レーザ
光を発する光ファイバの着脱部に設けられたレーザ光の
光軸方向を調整する光軸調整部と、フォトダイオード着
脱部に設けられた該フォトダイオードの受光面の位置を
調整する受光面調整部とを備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被測定信号によっ
て発生する電界を電気光学結晶に結合させ、タイミング
信号に基づき生成された光パルスをこの電気光学結晶に
入射し、入射した光パルスの偏光状態により、被測定信
号の波形を観測する電気光学サンプリングプローバであ
って、特に、プローバの光学系を改良した電気光学サン
プリングプローバに関する。
【0002】
【従来の技術】被測定信号によって発生する電界を電気
光学結晶に結合させ、この電気光学結晶にレーザ光を入
射し、レーザ光の偏光状態により被測定信号の波形を観
測することができる。ここでレーザ光をパルス状にし、
被測定信号をサンプリングすると非常に高い時間分解能
で測定することができる。この現象を利用した電気光学
プローバを用いたのが電気光学サンプリングプローバで
ある。
【0003】この電気光学サンプリング(Electro−Opt
ic Sampling)プローバ(以下、EOSプローバと称す
る)は電気式プローブを用いた従来のプローバと比較し
て、 1)信号を測定する際に、グランド線を必要としないた
め、測定が容易 2)電気光学プローバの先端が回路系から絶縁されてい
るので高入力インピーダンスを実現でき、その結果被測
定点の状態をほとんど乱すことがない 3)光パルスを利用することからGHzオーダーの広帯
域測定が可能 4)電気光学結晶をICなどのウエハに接触させ、IC
ウエハ上の配線にレーザ光を集光することによって、金
属ピンを物理的に接触させることができない細い配線で
も測定が可能 といった特徴があり注目を集めている。
【0004】従来技術におけるEOSプローバの構成を
図4を参照して説明する。図4において、符号1は、I
Cウエハであり、外部と電源線、信号線によって接続さ
れている。符号2は、電気光学結晶でできた電気光学素
子である。符号3は、対物レンズであり、電気光学素子
2へ入射する光を集光するためのものである。符号4
は、ダイクロイックミラー4a、ハーフミラー4bを備
えたプローバ本体である。符号6aは、フォトダイオー
ドと偏光ビームスプリッタと波長板などからなるEOS
光学系モジュール(以下、EOS光学系と称する)であ
り、符号69は、EOS光学系の一方の端部に取り付け
られたファイバコリメータである。
【0005】符号7は、測定するICウエハ1を照明す
るためのハロゲンランプである。符号8は、ICウエハ
1上の配線に光を集光させる位置決めの確認を行う赤外
線カメラ(以下IRカメラと称する)である。符号9
は、ICウエハ1を吸着して固定する吸着ステージであ
り、直交したx軸、y軸、z軸方向に微動が可能であ
る。符号10は、吸着ステージ9が取り付けられた定盤
(一部省略)である。符号11は、外部から発せられた
レーザ光を伝播する光ファイバであり、光ファイバ端部
11aによってファイバコリメータ69に固定されてい
る。この光ファイバ端部11aは、着脱可能であり、異
なった光ファイバ11を使用できるようになっている。
【0006】次に、図4を参照して、外部から発せられ
たレーザ光の光路について説明する。図4において、プ
ローバ本体4内のレーザ光の光路を符号Aで表す。
【0007】先ず、光ファイバ11を介してEOS光学
系6aへ入射したレーザ光は、ファイバコリメータ69
によって平行光にされ、このEOS光学系6a内を直進
して、プローバ本体4内に入射する。さらにプローバ本
体4内を直進して、ダイクロイックミラー4aによって
90度折り返され、対物レンズ3によってICウエハ1
上の配線上に配置された電気光学素子2の、ICウエハ
1と対向する側の面に集光される。
【0008】ここで、光ファイバ11を介してEOS光
学系6aへ入射するレーザ光の波長は1550[nm]
である。一方、ここで用いられるダイクロイックミラー
4aの特性は、波長が1550[nm]の光を5%透過
し、95%反射する特性を有している。したがって、レ
ーザ光源から発せられた光の95%は反射して90度折
り返される。
【0009】電気光学素子2のICウエハ1と対向する
側の表面には誘電体ミラーが蒸着されており、そこで反
射したレーザ光は、対物レンズ3によって再び平行光に
されて、同じ光路を通ってEOS光学系6aへ戻り、E
OS光学系6a内のフォトダイオードへ入射する。この
EOS光学系6aの構成は後で詳述する。
【0010】次に、ハロゲンランプ7とIRカメラ8を
使用してICウエハ1の位置決めを行う場合のハロゲン
ランプ9が発する光の光路とICウエハ1の位置決め動
作について説明する。図4において、ハロゲンランプ7
が発する光の光路を符号Bで示す。
【0011】ここで用いられるハロゲンランプ7は、4
00[nm]〜1650[nm]の範囲の波長の光を発
する。ハロゲンランプ7から発せられた光は、ハーフミ
ラー4bによって90度折り返され、ダイクロイックミ
ラー4aを直進して、ICウエハ1を照明する。ここで
用いられるハーフミラー4bは、反射光と透過光の強度
が等しくなるハーフミラーである。
【0012】一方、IRカメラ8は、対物レンズ3視野
内のハロゲンランプ7によって照明されたICウエハ1
の一部を撮像して、この赤外線画像をモニタ8aに表示
する。作業者は、モニタ8aに表示された画像を見なが
ら吸着ステージ9を微動させて、ICウエハ1上の測定
対象となる配線が視野内に入るように調整する。
【0013】さらに作業者は、光ファイバ11を介して
EOS光学系6aへ入射したレーザ光がICウエハ1の
配線上の電気光学素子2の表面において反射し、さらに
ダイクロイックミラー4aを透過した光を、IRカメラ
8の画像によって確認することによって、このレーザ光
が測定しようとする配線上の電気光学素子2の表面の一
点に集光するように吸着ステージ9あるいはプローバ本
体4を調整する。このとき、ダイクロイックミラー4a
は、レーザ光の波長域を5%透過する特性を有している
ためにIRカメラ8によって、このレーザ光を確認する
ことができる。
【0014】次に、図4に示したEOSプローバを用い
て、被測定信号を測定する動作について説明する。IC
ウエハ1上の配線に電圧を加えると、その電界が電気光
学素子2へ加わり、電気光学素子2ではポッケルス効果
により屈折率が変化する現象が起きる。これにより、レ
ーザ光が電気光学素子2へ入射し、ICウエハ1と対向
する側の表面において反射され、再び同じ経路を戻り、
電気光学素子2から出射するときに光の偏光状態が変化
する。そして、この偏光状態が変化したレーザ光は、再
びEOS光学系6aに入射する。
【0015】EOS光学系6aへ入射した光は、EOS
光学系6a内において、上記偏光状態の変化を光強度の
変化に変換し、この光強度変化をフォトダイオードによ
って受光して電気信号に変換して、この電気信号を信号
処理部(図示せず)において信号処理することによっ
て、ICウエハ1上の配線に加わる電気信号を測定する
ことができる。
【0016】次に、図4に示すEOS光学系6aの構成
を説明する。図5は、EOS光学系6aの詳細な構成を
示した図である。図5において、符号61、64は、1
/2波長板であり、符号62は1/4波長板である。符
号63、66は偏光ビームスプリッタであり、符号65
は、ファラディー素子である。この1/2波長板61、
64と、1/4波長板62と、偏光ビームスプリッタ6
3、66と、ファラディー素子65によって構成される
光学系を光アイソレータ60という。符号67、68
は、レーザ光を受光するフォトダイオードであるり、こ
の2つのフォトダイオード67、68の差動出力信号が
測定した結果の信号となる。なお、1/2波長板61及
び1/4波長板62は、2つのフォトダイオード67、
68へ入射する光のバランスを調整するものである。
【0017】次に、EOS光学系6aによって、ICウ
エハ1上の配線の電気信号を測定する動作を説明する。
EOS光学系6aは、光ファイバ11によって、外部の
光源からレーザ光が供給される。このレーザ光は、ファ
イバコリメータ69によって平行光に変換される。次
に、この平行光はプローバ本体4内のダイクロイックミ
ラー4aによって90度折り返されて、対物レンズ3に
よって集光される。集光されたレーザ光は、電気光学素
子2を透過してICウエハ1上の配線と対向する電気光
学素子2の表面に到達する。
【0018】このとき配線に加わる電圧によって、その
電界が電気光学素子2へ加わり、電気光学素子2では、
ポッケルス効果により屈折率が変化する現象が起きる。
これにより、電気光学素子2へ入射したレーザ光が電気
光学素子2を伝搬するときに光の偏光状態が変化する。
そして、この偏光状態が変化したレーザ光は、ICウエ
ハ1の配線上の電気光学素子2の表面のミラーによって
反射され、電気光学素子2へ入射したときと同じ光路を
逆に進み、EOS光学系6aへ入射する。このレーザ光
は、光アイソレータ60によって分離され、フォトダイ
オード67、68へ入射し、電気信号に変換される。
【0019】測定点(ICウエハ1上の配線)の電圧の
変化にともなって、電気光学素子2による偏光状態の変
化がフォトダイオード67とフォトダイオード68の出
力差になり、この出力差を検出することによって、IC
ウエハ1上の配線に伝わる電気信号を測定することがで
きる。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術の電気光学サンプリングプローバにあっては、図4に
示すようにファイバコリメータ69から発せられた平行
光がフォトダイオード67、68へ入射するまでの光路
長が長く、さらに光学系を構成する光学部品の数も多
く、光軸がずれ易いために正確な測定ができないという
問題がある。
【0021】また、ICウエハ1の表面に配置された電
気光学素子2のICウエハ1と対向する側の面において
反射した光をフォトダイオード67、68によって受光
する構成であるために、測定対象であるICウエハ1あ
るいは電気光学素子2を取り替えることにより、このI
Cウエハ1あるいは電気光学素子2と光学系との位置関
係が変化して結果的に光軸がずれるという問題がある。
【0022】さらに、光ファイバ端部11aを着脱する
ことによって、ファイバコリメータ69から発せられる
平行光の出射方向がずれてしまうという問題がある。
【0023】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、測定対象のICウエハ1あるいは電気光学素
子2を取り替えた場合や光ファイバの着脱を行った場合
において発生した光軸ずれを簡単に補正することができ
る電気光学サンプリングプローバを提供することを目的
とする。
【0024】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、測定対象のICウエハ表面上の配線に接し、この配
線を介して電界が印加されて光学特性が変化する電気光
学素子と、内部に偏光ビームスプリッタと波長板とフォ
トダイオードを有し、外部から発せられたレーザ光が前
記電気光学素子内を透過してさらに前記配線に対向する
前記電気光学素子の表面において反射された光を分離し
て電気信号に変換する電気光学サンプリング光学系モジ
ュールとを備えた電気光学サンプリングプローバにおい
て、前記電気光学サンプリング光学系モジュールは、前
記レーザ光を発する光ファイバの着脱部に設けられ、前
記レーザ光の光軸方向を調整する光軸調整部と、前記フ
ォトダイオード着脱部に設けられ、該フォトダイオード
の受光面の位置を調整する受光面調整部とを備えたこと
を特徴とする。
【0025】請求項2に記載の発明は、前記光軸調整部
は、直交する3軸方向の微動ステージ及び2軸のあおり
ステージとから構成されることを特徴とする。
【0026】請求項3に記載の発明は、前記受光面調整
部は、直交する2軸の微動ステージによって構成される
ことを特徴とする。
【0027】請求項4に記載の発明は、測定対象のIC
ウエハ表面上の配線に接し、この配線を介して電界が印
加されて光学特性が変化する電気光学素子と、内部に偏
光ビームスプリッタと波長板とフォトダイオードを有
し、外部から発せられたレーザ光が前記電気光学素子内
を透過してさらに前記配線に対向する前記電気光学素子
の表面において反射された光を分離して電気信号に変換
する電気光学サンプリング光学系モジュールとを備えた
電気光学サンプリングプローバにおける光軸の調整方法
であって、前記調整方法は、前記レーザ光を発する光フ
ァイバを直交する2軸方向へ移動することにより、前記
レーザ光の発する平面上の位置を調整する過程と、前記
光ファイバの光軸方向へ該光ファイバを移動して、前記
電気光学サンプリング光学系モジュールから出射する平
行光の状態を調整する過程と、前記直交する2軸のそれ
ぞれについて軸回りに回転するすることにより、前記平
面の傾きを調整する過程と、前記フォトダイオードを直
交する2軸方向へ移動して受光面の位置を調整する過程
とを有することを特徴する。
【0028】請求項5に記載の発明は、前記調整方法
は、それぞれの調整過程において、フォトダイオードの
出力信号が最大になるように調整することを特徴とす
る。
【0029】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
電気光学サンプリングプローバを図面を参照して説明す
る。図1は同実施形態におけるEOS光学系6aの構成
を示した正面図である。図2は、図1に示すEOS光学
系6aの側面図であり、図3はEOS光学系6aの平面
図である。図1において、図5に示す従来のプローバと
同一の光学部品には同一の符号を付し、その説明を省略
する。この図に示すプローバが従来技術と異なる点は、
EOS光学系6aを構成する光学部品の調整機構を設け
た点である。
【0030】図1において、符号12は光ファイバ端部
11aを着脱する光ファイバ着脱部である。この光ファ
イバ着脱部12は、図1の符号Aで示す面に固定されて
おり、この面Aは、光ファイバ端部11aを光ファイバ
着脱部12に取り付けた場合、光ファイバ端部11aか
ら発せられる光の光軸と垂直になるようになっている。
また、光ファイバ着脱部12は、直交する3軸の微動ス
テージに固定されている。符号11bは、図1の紙面の
水平方向に光ファイバ着脱部12を微動させる回転ツマ
ミである。符号11cは、図1の紙面の垂直(上下)方
向に光ファイバ着脱部12を微動させる回転ツマミであ
る。この回転ツマミ11cを回転すると、光ファイバ端
部11aから発せられる光の光軸方向に光ファイバ着脱
部12を微動するため、コリメータ69との距離を変化
させることができる。これによって、光のコリメート状
態を調整することができる。
【0031】図2に示す符号11dは、図2の紙面の水
平(左右)方向に光ファイバ着脱部12を微動させる回
転ツマミである。
【0032】回転ツマミ11b、11dをそれぞれ回転
することによって、光ファイバ着脱部12を面Aに平行
な面上の位置を調整することができる。また、回転ツマ
ミ11cを回転することによって、光軸方向の位置を調
整することができる。
【0033】図3に示す符号11e、11fは、光ファ
イバ端部11aから発せられる光の光軸を図3の紙面の
垂直(上下)、水平(左右)方向へ振るためのあおりス
テージを調整する回転ツマミである。
【0034】また、図1、2に示す符号22a、23a
は、フォトダイオード67、68を図1の紙面に対して
垂直方向(図2の水平方向)に微動させる回転ツマミあ
る。
【0035】さらに、図1、3に示す符号22b、23
bは、フォトダイオード67、68をそれぞれ図1の紙
面の垂直(上下)方向に微動させる回転ツマミである。
【0036】なお、図2に示す回転ツマミ24、25
は、図1に示す1/2波長板61、1/4波長板62を
光軸周りに回転して、この1/2波長板、1/4波長板
を透過する光の光量を調整するための回転ツマミであ
る。
【0037】次に、図1、2、3を参照して、EOS光
学系6aの調整を行う手順を説明する。まず、光ファイ
バ端部11aを光ファイバ着脱部12へ取り付ける。次
に、回転ツマミ11bを回転して微動ステージを移動さ
せ、光ファイバ着脱部12を図1の紙面の水平方向の位
置を調整する。次に、回転ツマミ11dを回転して微動
ステージを移動させ、光ファイバ着脱部12を図2の紙
面の水平方向の位置を調整する。この調整によって、光
ファイバ着脱部12を平面上で移動させることになる。
【0038】次に、回転ツマミ11cを回転して微動ス
テージを移動させ、光ファイバ着脱部12を図1の紙面
の垂直方向の位置を調整する。この調整によって、ファ
イバコリメータ69との距離が変化して、光のコリメー
ト状態を調整することができる。
【0039】次に、回転ツマミ11e、11fを回転し
て、あおりステージをあおることによって光の光軸の傾
きを調整する。
【0040】この調整によって、光ファイバ端部11a
から発せられた光を確実に電気光学素子2へ入射させる
ことができる。また、この調整を行う場合、フォトダイ
オード67、68から出力される電流が最大になるよう
に、光ファイバ着脱部12の位置の調整を行う。
【0041】次に、回転ツマミ22a、23a、22
b、23bをそれぞれ回転することによって、フォトダ
イオード67、68の受光面を微動させ、フォトダイオ
ード67、68から出力される電流が最大になるように
調整する。
【0042】この調整によって、ICウエハ1が多少傾
いて配置されていても、電気光学素子2に設けられたミ
ラーにより反射した反射光を確実にフォトダイオード6
7、68へ入射させることができる。
【0043】最後に、回転ツマミ24、25をそれぞれ
回転することによって、1/2波長板61、1/4波長
板62を光軸周りに回転させ、フォトダイオード67、
68のそれぞれから出力される電流値が等しくなるよう
に調整する。
【0044】このように、光ファイバを着脱することに
よって発生した光軸ずれを、調整手順に従って調整する
ことによって、光軸のずれを簡単に補正することができ
る。
【0045】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、電気光学サンプリング光学系モジュール内に、レー
ザ光を発する光ファイバの着脱部に設けられ、レーザ光
の光軸方向を調整する光軸調整部と、フォトダイオード
着脱部に設けられ、このフォトダイオードの受光面の位
置を調整する受光面調整部と備えたため、測定対象のI
Cウエハを取り替えた場合や光ファイバの着脱を行った
場合において発生した光軸ずれを簡単に補正することが
できるという効果が得られる。
【0046】また、この発明によれば、フォトダイオー
ドの出力信号を確認しながら、順に各調整部の調整を行
うようにしたため、光ファイバの光軸を最適な位置にす
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態における電気光学サンプリ
ング光学系モジュール6aの構成を示す正面図である。
【図2】本発明の一実施形態における電気光学サンプリ
ング光学系モジュール6aの構成を示す側面図である。
【図3】本発明の一実施形態における電気光学サンプリ
ング光学系モジュール6aの構成を示す平面図である。
【図4】従来技術による電気光学サンプリングプローバ
の構成を示す図である。
【図5】従来技術によるEOS光学系モジュール6aの
構成を示す図である。
【符号の説明】
1・・・ICウエハ、 2・・・電気光学素子、 3・・・対物レンズ、 4・・・プローバ本体、 4a・・・ダイクロイックミラー、 4b・・・ハーフミラー、 6a・・・EOS光学系モジュール、 69・・・ファイバコリメータ、 7・・・ハロゲンランプ、 8・・・IRカメラ(赤外線カメラ)、 8a・・・モニタ、 9・・・吸着ステージ、 10・・・定盤、 11・・・光ファイバ、 11a・・・光ファイバ端部、 11b、11c、11d・・・回転ツマミ、 12・・・光ファイバ着脱部 22a、22b、23a、23b・・・回転ツマミ、 24、25・・・回転ツマミ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 克志 東京都大田区蒲田4丁目19番7号 安藤電 気株式会社内 (72)発明者 永妻 忠夫 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 品川 満 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 山田 順三 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 測定対象のICウエハ表面上の配線に接
    し、この配線を介して電界が印加されて光学特性が変化
    する電気光学素子と、 内部に偏光ビームスプリッタと波長板とフォトダイオー
    ドを有し、外部から発せられたレーザ光が前記電気光学
    素子内を透過してさらに前記配線に対向する前記電気光
    学素子の表面において反射された光を分離して電気信号
    に変換する電気光学サンプリング光学系モジュールと、 を備えた電気光学サンプリングプローバにおいて、 前記電気光学サンプリング光学系モジュールは、 前記レーザ光を発する光ファイバの着脱部に設けられ、
    前記レーザ光の光軸方向を調整する光軸調整部と、 前記フォトダイオード着脱部に設けられ、該フォトダイ
    オードの受光面の位置を調整する受光面調整部と、 を備えたことを特徴とする電気光学サンプリングプロー
    バ。
  2. 【請求項2】 前記光軸調整部は、 直交する3軸方向の微動ステージ及び2軸のあおりステ
    ージとから構成されることを特徴とする請求項1に記載
    の電気光学サンプリングプローバ。
  3. 【請求項3】 前記受光面調整部は、直交する2軸の微
    動ステージによって構成されることを特徴とする請求項
    1に記載の電気光学サンプリングプローバ。
  4. 【請求項4】 測定対象のICウエハ表面上の配線に接
    し、この配線を介して電界が印加されて光学特性が変化
    する電気光学素子と、 内部に偏光ビームスプリッタと波長板とフォトダイオー
    ドを有し、外部から発せられたレーザ光が前記電気光学
    素子内を透過してさらに前記配線に対向する前記電気光
    学素子の表面において反射された光を分離して電気信号
    に変換する電気光学サンプリング光学系モジュールとを
    備えた電気光学サンプリングプローバにおける光軸の調
    整方法であって、 前記調整方法は、 前記レーザ光を発する光ファイバを直交する2軸方向へ
    移動することにより、前記レーザ光の発する平面上の位
    置を調整する過程と、 前記光ファイバの光軸方向へ該光ファイバを移動して、
    前記電気光学サンプリング光学系モジュールから出射す
    る平行光の状態を調整する過程と、 前記直交する2軸のそれぞれについて軸回りに回転する
    することにより、前記平面の傾きを調整する過程と、 前記フォトダイオードを直交する2軸方向へ移動して受
    光面の位置を調整する過程と、 を有することを特徴する電気光学サンプリングプローバ
    における光軸の調整方法。
  5. 【請求項5】 前記調整方法は、 それぞれの調整過程において、フォトダイオードの出力
    信号が最大になるように調整することを特徴とする請求
    項4に記載の電気光学サンプリングプローバにおける光
    軸の調整方法。
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