JP2002014146A

JP2002014146A - 半導体試験装置の校正方法、半導体試験装置、半導体試験方法

Info

Publication number: JP2002014146A
Application number: JP2000197040A
Authority: JP
Inventors: Nobunari Takeuchi; 伸成竹内
Original assignee: Ando Electric Co Ltd
Current assignee: Ando Electric Co Ltd
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2002-01-18
Also published as: US20020021137A1

Abstract

(57)【要約】【課題】良い使い勝手が得られ、また高い測定精度が
得られる半導体試験装置の校正方法を提供する。【解決手段】光源１から出射する光ビームを線状の光
ビームに整形し、被測定デバイス６の上方に配置された
電気光学素子４を介して、前記被測定デバイスの所望の
測定線上に照射し、その反射ビームの偏光の変化を電気
的に検出することにより、前記被測定デバイスの測定線
上における電界分布または電圧分布を算出する半導体試
験装置の校正方法において、既知の位置から電界を発生
する、前記半導体試験装置を校正するための校正用被測
定デバイスを、前記測定線に沿った方向および前記測定
線と交わる方向に移動させ、少なくとも測定可能位置ま
たは測定可能範囲のうちのいずれか一方を特定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気光学効果を用
いて電圧あるいは電界を測定するＥＯＳ（Electro-Opti
c Sampling）方式の半導体試験装置に関し、特に１次元
の分布の測定あるいは複数箇所の同時測定が可能な半導
体試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体試験装置の例として、品川
らが発表した「ＥＯＳによるハンディ型ハイインピーダ
ンスプローブ」（第１５回光波センシング技術研究会、
１９９５年、ｐｐ１２３−１２９）に記載されたものが
ある。

【０００３】図１２は、上記の半導体試験装置が、さら
に改良されたものである。以下、この改良された半導体
試験装置について説明する。光源１は、光源駆動回路１
７の駆動によりレーザ光を発光する。光源１から出射さ
れたレーザー光は、集光レンズ２で集光され、曲面鏡３
に導かれる。曲面鏡３で反射されたレーザ光は、電気光
学素子４に照射される。レーザ光は、電気光学素子４の
下面に設けられた反射板５で反射され、波長板７を通過
後、偏光ビームスプリッター８で２経路に分岐され、そ
れぞれマイクロレンズアレイ９−１、９−２で集光さ
れ、ラインセンサー１０−１、１０−２で受光される。
光路１８は、レーザ光の光路を模式的に示している。

【０００４】前記電気光学素子４と反射板５との境界面
に、レーザ光が、ほぼ直線状に照射されるように、光源
１、集光レンズ２、曲面鏡３が配置される。すなわち、
前記電気光学素子４と反射板５との境界面におけるレー
ザ光のビームの断面形状が、ほぼ直線状となるように、
光源１、集光レンズ２、曲面鏡３が配置される。

【０００５】マイクロレンズアレイ９−１、９−２は、
複数のレンズが直線状に配置された複合レンズであり、
直線状あるいは長楕円状のレーザビームが、前記複数の
レンズを通過できる様に、これらの複数のレンズが配置
される。

【０００６】被測定デバイスであるＤＵＴ６への入力ま
たはＤＵＴ６からの出力によって引き起こされるＤＵＴ
６内部の電圧の変化は、ＤＵＴ６に隣接する電気光学素
子４中の電界を変化させる。電気光学素子４中を通過す
るレーザ光は、この電界の変化により偏光の変化を受け
る。ここで、前述したように、レーザ光は直線状あるい
は長楕円状であるため、電界により生ずる偏光変化は、
レーザ光の直線状あるいは長楕円状の断面中での位置に
よって異なった変化量になる。

【０００７】ラインセンサー１０−１、１０−２の出力
信号は、増幅回路１１−１、１１−２でそれぞれ増幅さ
れた後、差分回路２６で両信号の差分が取られる。そし
て、この差分信号が、サンプルホールド回路１２でサン
プルホールドされる。サンプルホールド回路１２の出力
は、選択回路１３を介してＡ／Ｄ変換回路１４でデジタ
ル信号に変換され、演算表示回路１５に入力される。な
お、選択回路１３は、複数の信号から一つの信号を選択
する機能をもつ。また、複数の増幅回路が、複数のライ
ンセンサーの出力を並列に増幅する。すなわち、増幅回
路１１−１がラインセンサー１０−１の出力信号を増幅
すると同時に、増幅回路１１−２がラインセンサー１０
−２の出力信号を増幅する。

【０００８】光源１がパルス発光する場合には、ＤＵＴ
６における測定部位から得られる測定信号、すなわちラ
インセンサ１０−１、１０−２の出力信号は、トリガ信
号Ｓｔに同期する繰り返し信号である必要がある。トリ
ガ信号Ｓｔが入力される毎に位相がδｔずつ遅れるよう
に、タイミング発生回路１６でパルス発光タイミング信
号Ｓｐを発生させ、光源１からパルス状の光すなわち光
パルスを発光させる。

【０００９】この光パルスを、集光レンズ２、曲面鏡
３、電気光学素子４を介して、ＤＵＴ６の上面に配置さ
れた反射板５に向けて照射することにより得られた、Ｄ
ＵＴ６の各測定点における測定信号は、サンプルホール
ド回路１２によって、サンプルホールドタイミング信号
Ｓｓｈに同期して同時刻にサンプルホールドされる。

【００１０】サンプルホールド回路１２から出力される
Ｎ個の信号は、選択回路１３で、選択回路タイミング信
号Ｓｓｅｌに従って順次選択される。Ａ／Ｄ変換回路１
４は、選択回路１３が選択した信号を、Ａ／Ｄ変換タイ
ミング信号Ｓａｄに同期して順次Ａ／Ｄ変換する。すな
わち、１回のサンプルホールドで得られたＮ個の信号を
順次Ａ／Ｄ変換する。以上の動作を繰り返すことによ
り、ＤＵＴ６の電圧または電界の全測定結果が得られ
る。

【００１１】演算／表示装置１５は、Ａ／Ｄ変換回路１
４で得られたデジタルデータに測定系の感度を乗じ、デ
ジタルデータをＤＵＴ６の各測定点における電圧または
電界に換算し、換算した電圧または電界を表示する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記の従来技術
には次のような問題がある。すなわち、ラインセンサの
測定可能位置が明らかでなく、電気光学素子のどの部分
をＤＵＴに接触すればよいか分かりづらい。また、線状
レーザー光の広がり（線の長手方向の距離）が明確でな
く、ＤＵＴのどの部分を測定しているのか分かりづら
い。従って、測定の範囲が明確でなく、測定結果の表示
も曖昧になる。また、光源から電気光学素子までの光路
長が必ずしも一定でなく、電気光学素子の測定場所によ
り測定時刻が一致しない。また、光源の強度分布、光路
における損失、電気光学素子やラインセンサーの位置に
より感度が必ずしも一定でなく、測定場所により測定感
度が一定でない。また、ＤＵＴの誘電率分布を直読でき
る手段が無い。また、電界の移動方向を直読できる手段
が無い。

【００１３】本発明は、上記の問題を解決するためにな
されたもので、良い使い勝手が得られ、また高い測定精
度が得られる半導体試験装置の校正方法、半導体試験装
置、半導体試験方法を提供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、光源から出射する光ビームを線状の光ビームに整形
し、被測定デバイスの上方に配置された電気光学素子を
介して、前記被測定デバイスの所望の測定線上に照射
し、その反射ビームの偏光の変化を電気的に検出するこ
とにより、前記被測定デバイスの測定線上における電界
分布または電圧分布を算出する半導体試験装置の校正方
法において、既知の位置から電界を発生する、前記半導
体試験装置を校正するための校正用被測定デバイスを、
前記測定線に沿った方向および前記測定線と交わる方向
に移動させ、少なくとも測定可能位置または測定可能範
囲のうちのいずれか一方を特定することを特徴とする半
導体試験装置の校正方法である。

【００１５】請求項２に記載の発明は、少なくとも前記
測定可能位置または測定可能範囲のうちのいずれか一方
を表示手段に表示させることを特徴とする請求項１に記
載の半導体試験装置の校正方法である。

【００１６】請求項３に記載の発明は、光源から出射す
る光ビームを線状の光ビームに整形し、被測定デバイス
の上方に配置された電気光学素子を介して、前記被測定
デバイスの所望の測定線上に照射し、その反射ビームの
偏光の変化を電気的に検出することにより、前記被測定
デバイスの測定線上における電界分布または電圧分布を
算出する半導体試験装置において、前記電気光学素子、
またはこの電気光学素子と前記被測定デバイスとの間に
設けられた電極、またはこれらを固定する固定具、また
はこれらを保護する保護具に、少なくとも測定可能位置
または測定可能範囲のうちのいずれか一方を示す標識を
設けたことを特徴とする半導体試験装置である。

【００１７】請求項４に記載の発明は、前記標識の代わ
りに、少なくとも前記測定可能位置または測定可能範囲
のうちのいずれか一方を記憶する記憶手段を設けたこと
を特徴とする請求項３に記載の半導体試験装置である。

【００１８】請求項５に記載の発明は、前記被測定デバ
イスの測定線上における位置に対する、光ビームの相対
遅延時間分布を算出することを特徴とする請求項１に記
載の半導体試験装置の校正方法である。

【００１９】請求項６に記載の発明は、光源から出射す
る光ビームを線状の光ビームに整形し、被測定デバイス
の上方に配置された電気光学素子を介して、前記被測定
デバイスの所望の測定線上に照射し、その反射ビームの
偏光の変化を電気的に検出することにより、前記被測定
デバイスの測定線上における電界分布または電圧分布を
算出する半導体試験方法において、前記被測定デバイス
の測定線上における電界分布または電圧分布の時間変化
を表示手段に表示させる際に、前記被測定デバイスの測
定線上における位置に対する、光ビームの相対遅延時間
分布の分だけ時間を早めた電界分布または電圧分布を前
記表示手段に表示させることを特徴とする半導体試験方
法である。

【００２０】請求項７に記載の発明は、記憶手段に、前
記被測定デバイスの測定線上における位置に対する、光
ビームの相対遅延時間分布に−１をかけた値を記憶させ
ることを特徴とする請求項６に記載の半導体試験方法で
ある。

【００２１】請求項８に記載の発明は、光源から出射す
る光ビームを線状の光ビームに整形し、被測定デバイス
の上方に配置された電気光学素子を介して、前記被測定
デバイスの所望の測定線上に照射し、その反射ビームの
偏光の変化を電気的に検出することにより、前記被測定
デバイスの測定線上における電界分布または電圧分布を
算出する半導体試験方法において、前記被測定デバイス
の測定線上を電圧または電界のパルスが通過する場合
に、前記測定線上における所定の２点間を前記パルスが
通過する通過時間を、２点間の距離で割り、真空中の光
速をかけ、前記被測定デバイスの誘電率を算出し、算出
した値を表示手段に表示させることを特徴とする半導体
試験方法である。

【００２２】請求項９に記載の発明は、前記被測定デバ
イスの誘電率の算出を、前記測定線上における各点間で
行い、前記被測定デバイスの誘電率分布を算出し、算出
した分布を表示手段に表示させることを特徴とする請求
項８に記載の半導体試験方法である。

【００２３】請求項１０に記載の発明は、光源から出射
する光ビームを線状の光ビームに整形し、被測定デバイ
スの上方に配置された電気光学素子を介して、前記被測
定デバイスの所望の測定線上に照射し、その反射ビーム
の偏光の変化を電気的に検出することにより、前記被測
定デバイスの測定線上における電界分布または電圧分布
を算出する半導体試験方法において、前記被測定デバイ
スの測定線上を電圧または電界のパルスが通過する場合
に、前記測定線上における電圧分布または電界分布の時
間変化を測定し、測定した時間変化を表示手段に表示さ
せ、前記被測定デバイスの測定線上を電圧または電界の
パルスが通過する際のパルスの進行方向を特定すること
を特徴とする半導体試験方法である。

【００２４】請求項１１に記載の発明は、前記被測定デ
バイスの測定線上を電圧または電界のパルスが通過する
場合に、前記測定線上における電圧分布または電界分布
の時間変化を測定し、測定した時間変化を周波数に変換
し、周波数成分の１次項の実数部を余弦関数に適合さ
せ、前記測定線上の複数の点における前記余弦関数の角
度から、前記被測定デバイスの測定線上を電圧または電
界のパルスが通過する際のパルスの進行方向を特定する
ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体試験方法で
ある。

【００２５】請求項１２に記載の発明は、前記被測定デ
バイスの測定線上を電圧または電界のパルスが通過する
際のパルスの進行方向を、前記測定線上における電圧分
布または電界分布と共に表示手段に表示させることを特
徴とする請求項１１に記載の半導体試験方法である。

【００２６】請求項１３に記載の発明は、光源から出射
する光ビームを線状の光ビームに整形し、被測定デバイ
スの上方に配置された電気光学素子を介して、前記被測
定デバイスの所望の測定線上に照射し、その反射ビーム
の偏光の変化を電気的に検出することにより、前記被測
定デバイスの測定線上における電界分布または電圧分布
を算出する半導体試験装置において、前記電気光学素子
と前記被測定デバイスとの間の測定可能位置に電極を設
けたことを特徴とする半導体試験装置である。

【００２７】請求項１４に記載の発明は、光源から出射
する光ビームを線状の光ビームに整形し、被測定デバイ
スの上方に配置された電気光学素子を介して、前記被測
定デバイスの所望の測定線上に照射し、その反射ビーム
の偏光の変化を電気的に検出することにより、前記被測
定デバイスの測定線上における電界分布または電圧分布
を算出する半導体試験方法において、あらかじめ、前記
光ビームの測定線上における各点の光強度値の逆数を算
出しておき、前記被測定デバイスの測定線上における各
点から得られた電圧または電界の測定値に、前記光強度
値の逆数をかけ、測定値を補正することを特徴とする半
導体試験方法である。

【００２８】請求項１５に記載の発明は、あらかじめ、
前記光ビームの測定線上における各点の光強度値の逆数
を算出しておき、算出した値を記憶手段に記憶させ、記
憶させた値を用いて前記被測定デバイスの測定値を補正
することを特徴とする請求項１４に記載の半導体試験方
法である。

【００２９】請求項１６に記載の発明は、前記反射ビー
ムの偏光の変化を複数の差動受光手段を用いて検出し、
これらの差動受光手段の出力の和に基づいて、前記光ビ
ームの測定線上における各点の光強度値を算出すること
を特徴とする請求項１４に記載の半導体試験方法であ
る。

【００３０】請求項１７に記載の発明は、前記反射ビー
ムの偏光の変化を単一の受光手段を用いて検出し、この
受光手段の、前記被測定デバイスに電圧または電界が存
在しない場合の出力に基づいて、前記光ビームの測定線
上における各点の光強度値を算出することを特徴とする
請求項１４に記載の半導体試験方法である。

【００３１】本発明によれば、被測定デバイスの電圧ま
たは電界の分布測定に於いて、測定可能範囲、各測定位
置における感度、各測定位置における測定信号の遅延時
間の校正を行うので、測定値の精度を向上させることが
できる。また、センサーの測定位置を特定し、これを明
示するので、操作性を向上させることができる。また、
従来は不可能であった、被測定デバイスの誘電率分布特
性の直読や、被測定デバイス内を電圧または電界のパル
スが移動する場合に、電圧または電界のパルスの移動方
向の直読が可能になる。

【００３２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態であ
る半導体試験装置の構成図である。この図を参照し、半
導体試験装置の構成を説明する。光源１は、光源駆動回
路１７の駆動によりレーザ光を発光する。光源１から出
射されたレーザー光は、集光レンズ２で集光され、曲面
鏡３に導かれる。曲面鏡３で反射されたレーザ光は、電
気光学素子４に照射される。レーザ光は、電気光学素子
４の下面に設けられた反射板５で反射され、波長板７を
通過後、偏光ビームスプリッター８で２経路に分岐さ
れ、それぞれマイクロレンズアレイ９−１、９−２で集
光され、ラインセンサー１０−１、１０−２で受光され
る。光路１８は、レーザ光の光路を模式的に示してい
る。

【００３３】前記電気光学素子４と反射板５との境界面
に、レーザ光が、ほぼ直線状に照射されるように、光源
１、集光レンズ２、曲面鏡３が配置される。すなわち、
前記電気光学素子４と反射板５との境界面におけるレー
ザ光のビームの断面形状が、ほぼ直線状となるように、
光源１、集光レンズ２、曲面鏡３が配置される。

【００３４】マイクロレンズアレイ９−１、９−２は、
複数のレンズが直線状に配置された複合レンズであり、
直線状あるいは長楕円状のレーザビームが、前記複数の
レンズを通過できる様に、これらの複数のレンズが配置
される。

【００３５】被測定デバイスであるＤＵＴ６への入力ま
たはＤＵＴ６からの出力によって引き起こされるＤＵＴ
６内部の電圧の変化は、ＤＵＴ６に隣接する電気光学素
子４中の電界を変化させる。電気光学素子４中を通過す
るレーザ光は、この電界の変化により偏光の変化を受け
る。ここで、前述したように、レーザ光は直線状あるい
は長楕円状であるため、電界により生ずる偏光変化は、
レーザ光の直線状あるいは長楕円状の断面中での位置に
よって異なった変化量になる。

【００３６】図２は、レーザ光を受光する受光部の詳細
を示す図である。この図を参照し、受光部の詳細を説明
する。光路１８はレーザ光の光路を模式的に示したもの
である。この光路１８の断面形状は１次元すなわち直線
状なので、模式的に、この光路１８は、光線１８−１か
ら光線１８−ｎまでの光線群で構成されているものとす
る。電気光学素子４に入射する光線１８−１から光線１
８−ｎまでの光線群は、それぞれ電気光学素子４の異な
った場所を通過する。

【００３７】ＤＵＴ６から発せられる電界が、ピン２６
−１からピン２６−ｎを通り電気光学素子４に放射され
ていて、この電界が、光線１８−１から光線１８−ｎま
での光線群で構成されるレーザ光の偏光を変化させる。

【００３８】波長板７は、レーザ光が、偏光ビームスプ
リッター８で、ほぼ二等分に分岐される偏光角度を持つ
ように調整される。偏光ビームスプリッター８は、入射
される光の偏光量により分岐比を変化させる性質を持っ
ており、電気光学素子４で偏光変化されたレーザ光は、
偏光ビームスプリッター８を通過することにより振幅変
化を得る。

【００３９】このようにして、ＤＵＴ６上の位置に依存
する電圧変化量は、レーザ光のビームの断面中での位置
に依存する振幅変化量となる。振幅変化を与えられたレ
ーザ光は、マイクロレンズアレイ９−１、９−２を通過
し、ラインセンサー１０−１、１０−２で受光され、こ
れらのラインセンサー１０−１、１０−２は、レーザ光
の振幅変化を電気信号の振幅変化に変換する。従って、
ラインセンサー１０−１、１０−２からは、ＤＵＴ６の
各位置の電界あるいは電圧に比例した電気信号を得るこ
とができる。

【００４０】また、偏光ビームスプリッター８の分岐出
力の振幅変化は逆相、すなわち分岐された一方が増加す
れば他方は減少するという関係にあるので、ラインセン
サー１０−１、１０−２の出力電気信号の差分を取れ
ば、より確実にＤＵＴ６の信号成分を得ることができ
る。

【００４１】このため、図１に示したように、ラインセ
ンサー１０−１、１０−２の出力信号は、増幅回路１１
−１、１１−２でそれぞれ増幅された後、差分回路２６
で両信号の差分が取られる。そして、この差分信号が、
サンプルホールド回路１２でサンプルホールドされる。
サンプルホールド回路１２の出力は、選択回路１３を介
してＡ／Ｄ変換回路１４でデジタル信号に変換され、演
算表示回路１５に入力される。なお、選択回路１３は、
複数の信号から一つの信号を選択する機能をもつ。ま
た、複数の増幅回路が、複数のラインセンサーの出力を
並列に増幅する。すなわち、増幅回路１１−１がライン
センサー１０−１の出力信号を増幅すると同時に、増幅
回路１１−２がラインセンサー１０−２の出力信号を増
幅する。

【００４２】図３は、本実施形態の動作を説明するため
のタイムチャートである。この図を参照し、本実施形態
の動作を説明する。なお、ここでは、光源１がパルス発
光する場合について説明する。光源１がパルス発光する
場合には、ＤＵＴ６における測定部位から得られる測定
信号、すなわちラインセンサ１０−１、１０−２の出力
信号は、トリガ信号Ｓｔに同期する繰り返し信号である
必要がある。トリガ信号Ｓｔが入力される毎に位相がδ
ｔずつ遅れるように、タイミング発生回路１６でパルス
発光タイミング信号Ｓｐを発生させ、光源１からパルス
状の光すなわち光パルスを発光させる。

【００４３】この光パルスを、集光レンズ２、曲面鏡
３、電気光学素子４を介して、ＤＵＴ６の上面に配置さ
れた反射板５に向けて照射することにより得られた、Ｄ
ＵＴ６の各測定点における測定信号は、サンプルホール
ド回路１２によって、サンプルホールドタイミング信号
Ｓｓｈに同期して同時刻にサンプルホールドされる。

【００４４】サンプルホールド回路１２から出力される
Ｎ個の信号は、選択回路１３で、選択回路タイミング信
号Ｓｓｅｌに従って順次選択される。Ａ／Ｄ変換回路１
４は、選択回路１３が選択した信号を、Ａ／Ｄ変換タイ
ミング信号Ｓａｄに同期して順次Ａ／Ｄ変換する。すな
わち、１回のサンプルホールドで得られたＮ個の信号を
順次Ａ／Ｄ変換する。以上の動作を繰り返すことによ
り、ＤＵＴ６の電圧または電界の全測定結果が得られ
る。

【００４５】演算／表示装置１５は、Ａ／Ｄ変換回路１
４で得られたデジタルデータに測定系の感度を乗じ、デ
ジタルデータをＤＵＴ６の各測定点における電圧または
電界に換算し、換算した電圧または電界を表示する。こ
の表示方法としては、ＤＵＴ６の測定線上での電圧分布
または電界分布を表示する方法や、ＤＵＴ６の測定線上
から複数の点を選び出し、選び出した点での電圧値また
は電界強度値を数値で表示する方法や、選び出した点で
の電圧値または電界強度値の、時間の経過に対する変化
を示すグラフを表示する方法がある。また、ＤＵＴ６の
測定線上での電圧分布または電界分布の表示を、時間の
経過に応じて変化させることも可能である。さらに、Ｄ
ＵＴ６の測定線上から複数の点を選び出し、選び出した
点での電圧値または電界強度値を数値で表示する方法に
おいて、この数値を時間の経過に応じて変化させること
も可能である。

【００４６】次に、図２を参照し、受光部の動作を詳細
に説明する。光路１８は、断面形状が線状のレーザ光で
あり、模式的に、光線１８−１から光線１８−ｎまでの
光線群をもつものとする。これらの光線１８−１から光
線１８−ｎまでの光線群は、電気光学素子４に入射さ
れ、反射板５により反射され、再度電気光学素子４を通
過し、さらに波長板７を通過して、偏光ビームスプリッ
ター８で２方向に分岐される。

【００４７】分岐された一方の光線群は、マイクロレン
ズアレイ９−１で集光され、ラインセンサー１０−１に
入射され、このラインセンサー１０−１で電気信号に変
換される。詳細には、マイクロレンズアレイ９−１は、
ｎ個のマイクロレンズ、すなわちマイクロレンズ９−１
１から９−１ｎまでのマイクロレンズで構成されてい
る。また、ラインセンサー１０−１は、ｎ個の受光面、
すなわち受光面２５−１１から２５−１ｎまでの受光面
を有する。そして、光線群を構成する各光線、すなわち
光線１８−１、１８−２、…、１８−ｎは、それぞれマ
イクロレンズ９−１１、９−１２、…、９−１ｎで集光
され、受光面２５−１１、２５−１２、…、２５−１ｎ
に入射され、電気信号に変換される。

【００４８】分岐された他方の光線群は、マイクロレン
ズアレイ９−２で集光され、ラインセンサー１０−２に
入射され、このラインセンサー１０−２で電気信号に変
換される。詳細には、マイクロレンズアレイ９−２は、
ｎ個のマイクロレンズ、すなわちマイクロレンズ９−２
１から９−２ｎまでのマイクロレンズで構成されてい
る。また、ラインセンサー１０−２は、ｎ個の受光面、
すなわち受光面２５−２１から２５−２ｎまでの受光面
を有する。そして、光線群を構成する各光線、すなわち
光線１８−１、１８−２、…、１８−ｎは、それぞれマ
イクロレンズ９−２１、９−２２、…、９−２ｎで集光
され、受光面２５−２１、２５−２２、…、２５−２ｎ
に入射され、電気信号に変換される。

【００４９】従って、ＤＵＴ６の各測定点で発生した電
界のうち、ピン２６−１の位置で発生した電界が、光線
１８−１の偏光を変化させ、この光線１８−１が、ライ
ンセンサー１０−１の受光面２５−１１およびラインセ
ンサー１０−２の受光面２５−２１で受光され、ライン
センサー１０−１および１０−２が、電気信号を出力
し、この電気信号の振幅が、前記ＤＵＴ６の各測定点で
発生した電界のうち、ピン２６−１の位置で発生した電
界に応じて変化する。

【００５０】なお、ピン２６−１から２６−ｎまでのピ
ンがなくても、ＤＵＴ６と電気光学素子４とが近接して
いれば、ＤＵＴ６が発する電界が電気光学素子４に及
び、この電気光学素子４に作用を及ぼすので、本発明の
本質は変わらない。

【００５１】以下、本発明の特徴を説明する。図４は、
本実施形態における半導体試験装置の測定可能位置を検
出する動作を説明するための図である。本実施形態にお
ける半導体試験装置では、光路１８が反射板５で反射さ
れる位置、すなわち図中の直線Ｃ上で、直線Ａと直線Ｂ
とに挿まれた太線で表示された区間のみで、ＤＵＴ６の
電界を測定することができる。この測定可能位置を検出
するため、ある１点のみから電界１９を発生させている
ＤＵＴ６を用意する。このとき、電界１９が発生してい
る位置は、既に分かっているものでなければならない。
このＤＵＴ６を半導体試験装置にかけ、前後左右に移動
させながら電界を測定することにより、光路１８が反射
板５で反射される位置を知ることができる。また、直線
Ａと直線Ｂとの間の距離を求める事により、測定区間長
を知ることができる。

【００５２】レーザ光が可視光以外の場合には、目視で
光路を確認することはできないし、また、電気光学素子
４、反射板５等を保持具等で保持する場合にも、目視が
困難になるが、本発明によれば、光路の位置を正確に知
ることができる。

【００５３】図５は、演算／表示装置１５が表示する測
定結果の一例である。この例は、測定結果として、ＤＵ
Ｔ６の測定線上での電圧分布を表示させた例である。ま
ず、表示エリア３２の横軸上に、上述した直線Ａと直線
Ｂとの間の距離（図４参照）すなわち測定区間長を表示
させ、次に、縦軸方向に、測定結果である電圧値をプロ
ットし、位置と電圧との関係を示すグラフすなわち電圧
分布表示３１を表示させる。これにより、測定位置と測
定値との関係を明確に表示させることができる。

【００５４】さらに、図６に示すように、電気光学素子
４、または電気光学素子４の保持具等の表面に、上述し
た測定可能位置を表示しておく。すなわち、電気光学素
子４または保持具等の底面に、直線Ｃが直線Ａと直線Ｂ
とで挟まれた測定可能範囲３３を表示しておき、側面に
も同様に測定可能範囲３４および３５を表示しておく。
なお、この測定可能範囲の表示箇所は、一箇所でも複数
箇所でも良い。また、測定可能範囲の表示は、必ずしも
直線Ａと直線Ｂとに挟まれた区間に正確に一致している
必要はなく、直線Ａと直線Ｂとに挟まれた区間以内であ
れば良い。

【００５５】また、実際の測定では、光源１から発せら
れた光パスルが電気光学素子４に導かれる光路長が、光
路８の断面内における位置により微妙に異なることがあ
る。この場合には、例えば直線Ａ上の点と直線Ｂ上の点
とで測定時刻が異なる事になり、正確な測定が困難にな
る。これを解決するために、あらかじめ、測定位置によ
る相対遅延時間分布を測定しておく。この相対遅延時間
分布の一例を図７に示す。

【００５６】相対遅延時間分布の測定は、例えば特性が
既知のＤＵＴから得られる測定結果のパルスの立ち上が
り波形を測定し、その波形の位相差を求めればよい。こ
の様にして求めた測定可能範囲内の相対遅延時間分布に
おける各値の逆数を、演算／表示装置１５で求め、これ
らの値を遅延時間補正値として記録装置２９に記録して
おく。

【００５７】そして、特性が未知のＤＵＴを測定する場
合には、このＤＵＴから得られた電圧分布の時間変化を
一時的に記録装置２９に記録し、記録された電圧分布の
時間変化を、あらかじめこの記録装置２９に記録してあ
った遅延時間補正値を用いて補正する。

【００５８】この補正の詳細を図８に示す。時刻Ｔｉに
測定され、記録装置２９に一時記録された測定データＤ
１ｉ、Ｄ２ｉ、…、Ｄｎｉは、演算／表示装置１５で、
遅延時間補正値Ｈ１、Ｈ２、…、Ｈｎを用いて、Ｄ１
（ｉ＋Ｈ１）、Ｄ２（ｉ＋Ｈ２）、…、Ｄｎ（ｉ＋Ｈ
ｎ）に変更される。すなわち、測定位置と測定時刻とが
異なる複数の測定データで構成されたテーブルからの読
み出し箇所が、遅延時間補正値Ｈ１、Ｈ２、…、Ｈｎに
応じて変更される。

【００５９】一度遅延時間補正値を求めて記録装置２９
に記録しておけば、次に測定を行う場合に、再度遅延時
間補正値を求めなくても、記録装置２９に記録した値を
読み出して用いればよい。

【００６０】次に、ＤＵＴ６の誘電率を求める方法を説
明する。まず、ＤＵＴ６を通過するパルス信号の、直線
Ａと直線Ｂとの間の通過時間を測定する。次に、この通
過時間を直線Ａと直線Ｂとの間の長さで除して、パルス
信号の移動速度を求める。電気信号の移動速度は誘電率
に反比例するので、真空中の光速をパルス信号の移動速
度の実測値で除すれば、直線Ａと直線Ｂとの間の誘電率
が求められる。なお、誘電率だけで電気信号の移動速度
が決定されず、ＤＵＴの構造に依る係数が必要な場合も
あるが、この様な場合には係数を乗ずればよい。

【００６１】上記では、直線Ａと直線Ｂとの間のパルス
信号の通過時間から誘電率を求めたが、必ずしも区間を
直線Ａと直線Ｂとの間に限定する必要はなく、直線Ａと
直線Ｂとの間を複数の任意の区間に分割し、各々の区間
におけるパルス信号の通過時間を求め、同様に各々の区
間における誘電率を求めると、直線Ａと直線Ｂとの間の
誘電率分布を得ることができる。この誘電率分布を演算
／表示装置１５に表示させることも可能である。表示例
を図９に示す。この例においては、表示エリア３２の横
軸に位置、縦軸に誘電率がとられ、誘電率分布３７が表
示されている。

【００６２】また、ＤＵＴ６内を電圧または電界のパル
スが移動する場合に、ＤＵＴ６の測定波形の時間変化か
ら、電界または電圧のパルスの進行方向を求め、演算／
表示装置１５に表示させることも可能である。図１０は
その表示例であり、横軸に位置、縦軸に電圧がとられた
表示エリア３２に電圧分布波形が表示されている。そし
て、どの部分がどちらに移動しているのかが、矢印４
０、４１等で表示される。また、電圧分布の表示波形の
色や線の種類を変えて進行方向を識別できるようにして
も良い。この例では、波形３８は実線で、波形３９は破
線で表示されている。

【００６３】電圧または電界のパルスの進行方向は、表
示の目視の他、以下の方法を用いて求めても良い。すな
わち、ＤＵＴ６の、時間の経過に沿った測定値から、各
々の位置における周波数成分を求める。記録装置２９に
一時記録された測定データを位相解析回路３０へ送り、
周波数成分を演算させる。演算手法は、例えばフーリエ
変換を用いる。このとき、上記周波数成分の１次項の実
数部に着目する。測定波形がパルスの場合、パルス波形
の位相が時間軸方向に変化したとき、周波数軸の１次項
の実数部は余弦関数を示すことが既に知られている。こ
の事を利用し、１次項の実数部の値を知ることにより、
時間軸上の波形の位相を知ることができ、この位相か
ら、パルスの進行方向を知る事ができる。

【００６４】位相解析回路３０は、測定線上における各
位置毎にフーリエ変換を行い、一次の実数部の値を求め
る。例えば直線Ａから直線Ｂまでの区間に、ｎ個の測定
点を設け、ｎ個の時間軸波形についてフーリエ変換し、
ｎ個の１次の実数部Ｒｉを求める。このｎ個のデータよ
り、Ａｃｏｓθにフィット（適合）する余弦関数を求め
る。次に、各Ｒｉに対し、θｉ＝ｃｏｓ^-1（Ｒｉ／Ａ）
により、各位置毎の角度（位相角）θｉを求める。

【００６５】進行方向を求めたい２点の角度変化を求め
る。例えば、θｉ−θ（ｉ＋１）＞０なら、θｉはθ
（ｉ＋１）より大きいので、測定波形は、位置ｉ＋１か
らｉへ向かう方向に進行していることが分かり、進行方
向を特定することができる。全ての位置について、同様
に演算することにより、進行方向の分布を得ることがで
きる。この様な手法により求めた進行方向分布を、図１
０に示すように、電圧分布波形と同時に表示させる。図
１０の例では、２つの波形３８および３９がＤ点に向か
って進行している事が分かる。

【００６６】なお、図４に示した測定可能範囲（直線Ａ
と直線Ｂとの間）に電極（ピン）を具備しても良い。測
定可能範囲にだけ電極を具備することにより、余分な電
極を削減することができる。

【００６７】ラインセンサー１０−１または１０−２で
受光するレーザ光の強度の、位置に対する分布を求め、
位置毎の感度の補正を行うと、より好ましい。すなわ
ち、測定感度は、電気光学素子４を通過するレーザ光の
強度に比例するので、光線１８−１から光線１８−ｎま
での光線群の間に強度の差があると、測定感度誤差が生
じ、正確な測定ができなくなる。この為、測定位置によ
る感度の補正が必要になる。

【００６８】増幅回路１１−１のｎ個の出力信号は、選
択回路２７−１に送られ、この選択回路２７−１は、ｎ
個の出力信号の中から一つを選択する。同様に、増幅回
路１１−２のｎ個の出力信号は、選択回路２７−２に送
られ、この選択回路２７−２は、ｎ個の出力信号の中か
ら、前記選択回路２７−１が選択した出力信号と同一の
位置から得られた出力信号を選択する。２つの選択回路
２７−１、２７−２の出力は、和回路２８で足し合わさ
れ、レーザ光強度信号が求められる。和回路２８の出力
は、選択回路１３に入力される。これらの回路は、ＤＵ
Ｔ６の測定をする事が目的ではなく、レーザ光の強度を
求める事のみが目的なので、サンプルホールド等は必要
ない。

【００６９】選択回路１３でレーザ光強度信号を選択
し、Ａ／Ｄ変換回路１４でレーザ光強度信号をデジタル
信号に変換し、演算／表示装置１５で前記デジタル信号
が示す値の逆数を演算し、記録装置２９に、この逆数を
位置感度補正値として記録する。同様に、選択回路２７
−１、２７−２でｎ個全ての選択を行い、位置感度補正
分布を求め、記録装置２９に記録する。

【００７０】図１１は、位置に対する感度の分布を示す
図である。この図は、横軸が測定位置、縦軸が感度補正
値である。そして、未知のＤＵＴを測定する場合には、
得られた測定値に、記録装置２９に記録されていた感度
補正値を乗じ、測定値を補正する。

【００７１】以上説明したのは、受光回路が差動になっ
ている場合であるが、差動受光を行わない場合には、無
信号時の受光信号をそのまま用いて位置感度補正を行う
ことができる。

【００７２】本発明はＤＵＴが半導体だけでなく、印刷
配線基板（プリント板）、導波路線路やアンテナ等にも
同様に応用することが可能である。

【００７３】

【発明の効果】本発明によれば、被測定デバイスの電圧
または電界の分布測定に於いて、測定可能範囲を特定す
ることができるので、半導体試験装置における測定可能
位置を特定することができる。また、測定位置を特定
し、これを明示するので、電気光学素子、あるいは、電
気光学素子の保持具等を被測定デバイスに近接させる場
合、被測定デバイスの測定位置と、電気光学素子との位
置関係を簡単に設定できる。また、測定可能位置または
測定可能範囲を表示手段に表示させるので、電界あるい
は電圧の測定区間と測定データを１対１に対応させるこ
とができる。また、各測定位置における測定信号の遅延
時間の校正を行うので、測定値から遅延時間のばらつき
による測定誤差を取り除くことができる。また、従来は
不可能であった、被測定デバイスの誘電率や誘電率分布
特性の直読や、被測定デバイス内を電圧または電界のパ
ルスが移動する場合に、電圧または電界のパルスの移動
方向の直読が可能になる。また、位置による光強度値の
ばらつきを補正するので、測定区間中での位置による感
度のばらつきに起因する測定誤差を取り除くことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である半導体試験装置の
構成図。

【図２】レーザ光を受光する受光部の詳細を示す図。

【図３】本発明の一実施形態の動作を説明するための
タイムチャート。

【図４】本発明の一実施形態における半導体試験装置
の測定可能位置を検出する動作を説明するための図。

【図５】演算／表示装置１５が表示する測定結果の一
例（電圧分布）を示す図。

【図６】測定可能位置の表示（標識）を示す図。

【図７】相対遅延時間分布の一例を示す図。

【図８】遅延時間の補正の詳細を示す図。

【図９】誘電率分布の表示例を示す図。

【図１０】電界または電圧のパルスの進行方向の表示
例を示す図。

【図１１】位置に対する感度の分布を示す図。

【図１２】従来の半導体試験装置の例を示す図。

【符号の説明】

１光源２集光レンズ３曲面鏡４電気光学素子５反射板６ＤＵＴ７波長板８偏光ビームスプリッター９−１、９−２マイクロレンズアレイ９−１１、９−１２、…９−１ｎマイクロレンズ９−２１、９−２２、…９−２ｎマイクロレンズ１０−１、１０−２ラインセンサー２５−１１、２５−１２、…２５−１ｎ受光面２５−２１、２５−２２、…２５−２ｎ受光面１１−１、１１−２増幅回路１２サンプルホールド回路１３選択回路１４Ａ／Ｄ変換回路１５演算／表示装置１６タイミング発生回路１７光源駆動回路１８光路１８−１、１８−２、…、１８−ｎ光線１９電界２６−１、２６−２、…、２６−ｎピン２７−１、２７−２選択回路２８和回路２９記録装置３０位相解析回路３１電圧分布表示３２表示エリア３３、３４、３５測定可能範囲の表示３６相対遅延時間３７誘電率分布表示３８、３９波形４０、４１矢印

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から出射する光ビームを線状の光ビ
ームに整形し、被測定デバイスの上方に配置された電気
光学素子を介して、前記被測定デバイスの所望の測定線
上に照射し、その反射ビームの偏光の変化を電気的に検
出することにより、前記被測定デバイスの測定線上にお
ける電界分布または電圧分布を算出する半導体試験装置
の校正方法において、既知の位置から電界を発生する、前記半導体試験装置を
校正するための校正用被測定デバイスを、前記測定線に
沿った方向および前記測定線と交わる方向に移動させ、
少なくとも測定可能位置または測定可能範囲のうちのい
ずれか一方を特定することを特徴とする半導体試験装置
の校正方法。
【請求項２】少なくとも前記測定可能位置または測定
可能範囲のうちのいずれか一方を表示手段に表示させる
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体試験装置の校
正方法。
【請求項３】光源から出射する光ビームを線状の光ビ
ームに整形し、被測定デバイスの上方に配置された電気
光学素子を介して、前記被測定デバイスの所望の測定線
上に照射し、その反射ビームの偏光の変化を電気的に検
出することにより、前記被測定デバイスの測定線上にお
ける電界分布または電圧分布を算出する半導体試験装置
において、前記電気光学素子、またはこの電気光学素子と前記被測
定デバイスとの間に設けられた電極、またはこれらを固
定する固定具、またはこれらを保護する保護具に、少な
くとも測定可能位置または測定可能範囲のうちのいずれ
か一方を示す標識を設けたことを特徴とする半導体試験
装置。
【請求項４】前記標識の代わりに、少なくとも前記測
定可能位置または測定可能範囲のうちのいずれか一方を
記憶する記憶手段を設けたことを特徴とする請求項３に
記載の半導体試験装置。
【請求項５】前記被測定デバイスの測定線上における
位置に対する、光ビームの相対遅延時間分布を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体試験装置の校
正方法。
【請求項６】光源から出射する光ビームを線状の光ビ
ームに整形し、被測定デバイスの上方に配置された電気
光学素子を介して、前記被測定デバイスの所望の測定線
上に照射し、その反射ビームの偏光の変化を電気的に検
出することにより、前記被測定デバイスの測定線上にお
ける電界分布または電圧分布を算出する半導体試験方法
において、前記被測定デバイスの測定線上における電界分布または
電圧分布の時間変化を表示手段に表示させる際に、前記
被測定デバイスの測定線上における位置に対する、光ビ
ームの相対遅延時間分布の分だけ時間を早めた電界分布
または電圧分布を前記表示手段に表示させることを特徴
とする半導体試験方法。
【請求項７】記憶手段に、前記被測定デバイスの測定
線上における位置に対する、光ビームの相対遅延時間分
布に−１をかけた値を記憶させることを特徴とする請求
項６に記載の半導体試験方法。
【請求項８】光源から出射する光ビームを線状の光ビ
ームに整形し、被測定デバイスの上方に配置された電気
光学素子を介して、前記被測定デバイスの所望の測定線
上に照射し、その反射ビームの偏光の変化を電気的に検
出することにより、前記被測定デバイスの測定線上にお
ける電界分布または電圧分布を算出する半導体試験方法
において、前記被測定デバイスの測定線上を電圧または電界のパル
スが通過する場合に、前記測定線上における所定の２点
間を前記パルスが通過する通過時間を、２点間の距離で
割り、真空中の光速をかけ、前記被測定デバイスの誘電
率を算出し、算出した値を表示手段に表示させることを
特徴とする半導体試験方法。
【請求項９】前記被測定デバイスの誘電率の算出を、
前記測定線上における各点間で行い、前記被測定デバイ
スの誘電率分布を算出し、算出した分布を表示手段に表
示させることを特徴とする請求項８に記載の半導体試験
方法。
【請求項１０】光源から出射する光ビームを線状の光
ビームに整形し、被測定デバイスの上方に配置された電
気光学素子を介して、前記被測定デバイスの所望の測定
線上に照射し、その反射ビームの偏光の変化を電気的に
検出することにより、前記被測定デバイスの測定線上に
おける電界分布または電圧分布を算出する半導体試験方
法において、前記被測定デバイスの測定線上を電圧または電界のパル
スが通過する場合に、前記測定線上における電圧分布ま
たは電界分布の時間変化を測定し、測定した時間変化を
表示手段に表示させ、前記被測定デバイスの測定線上を
電圧または電界のパルスが通過する際のパルスの進行方
向を特定することを特徴とする半導体試験方法。
【請求項１１】前記被測定デバイスの測定線上を電圧
または電界のパルスが通過する場合に、前記測定線上に
おける電圧分布または電界分布の時間変化を測定し、測
定した時間変化を周波数に変換し、周波数成分の１次項
の実数部を余弦関数に適合させ、前記測定線上の複数の
点における前記余弦関数の角度から、前記被測定デバイ
スの測定線上を電圧または電界のパルスが通過する際の
パルスの進行方向を特定することを特徴とする請求項１
０に記載の半導体試験方法。
【請求項１２】前記被測定デバイスの測定線上を電圧
または電界のパルスが通過する際のパルスの進行方向
を、前記測定線上における電圧分布または電界分布と共
に表示手段に表示させることを特徴とする請求項１１に
記載の半導体試験方法。
【請求項１３】光源から出射する光ビームを線状の光
ビームに整形し、被測定デバイスの上方に配置された電
気光学素子を介して、前記被測定デバイスの所望の測定
線上に照射し、その反射ビームの偏光の変化を電気的に
検出することにより、前記被測定デバイスの測定線上に
おける電界分布または電圧分布を算出する半導体試験装
置において、前記電気光学素子と前記被測定デバイスとの間の測定可
能位置に電極を設けたことを特徴とする半導体試験装
置。
【請求項１４】光源から出射する光ビームを線状の光
ビームに整形し、被測定デバイスの上方に配置された電
気光学素子を介して、前記被測定デバイスの所望の測定
線上に照射し、その反射ビームの偏光の変化を電気的に
検出することにより、前記被測定デバイスの測定線上に
おける電界分布または電圧分布を算出する半導体試験方
法において、あらかじめ、前記光ビームの測定線上における各点の光
強度値の逆数を算出しておき、前記被測定デバイスの測
定線上における各点から得られた電圧または電界の測定
値に、前記光強度値の逆数をかけ、測定値を補正するこ
とを特徴とする半導体試験方法。
【請求項１５】あらかじめ、前記光ビームの測定線上
における各点の光強度値の逆数を算出しておき、算出し
た値を記憶手段に記憶させ、記憶させた値を用いて前記
被測定デバイスの測定値を補正することを特徴とする請
求項１４に記載の半導体試験方法。
【請求項１６】前記反射ビームの偏光の変化を複数の
差動受光手段を用いて検出し、これらの差動受光手段の
出力の和に基づいて、前記光ビームの測定線上における
各点の光強度値を算出することを特徴とする請求項１４
に記載の半導体試験方法。
【請求項１７】前記反射ビームの偏光の変化を単一の
受光手段を用いて検出し、この受光手段の、前記被測定
デバイスに電圧または電界が存在しない場合の出力に基
づいて、前記光ビームの測定線上における各点の光強度
値を算出することを特徴とする請求項１４に記載の半導
体試験方法。