JP2860323B2 - 集積回路の回路試験装置 - Google Patents

集積回路の回路試験装置

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JP2860323B2
JP2860323B2 JP3068039A JP6803991A JP2860323B2 JP 2860323 B2 JP2860323 B2 JP 2860323B2 JP 3068039 A JP3068039 A JP 3068039A JP 6803991 A JP6803991 A JP 6803991A JP 2860323 B2 JP2860323 B2 JP 2860323B2
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忠夫 永妻
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は集積回路の回路試験装置
に関し、更に具体的には、電気光学サンプリング法にお
いて回路への擾乱が少なく、高感度でかつ高安定な集積
回路の回路試験装置に関する。
【0002】
【従来の技術】集積回路の評価及び試験を非接触で行な
う手段として、電気光学材料を電界測定のためのセンサ
ーに用いる方法が知られている。即ち、電界によって複
屈折率が変わるという電気光学材料の性質を利用するも
のである。電気光学材料にレーザ光をプローブ光として
照射すると、電界の大きさに応じて、照射した光の直交
する2つの方向の振動成分の位相差、即ち偏光状態が変
化する。通常、この偏光変化は、ある適当な軸方向に設
定された偏光板を通すことによってレーザ光の強度変
化に変換できる。レーザ光にパルス波を用いれば、時間
的に変化する電界、即ち電気信号の時間変化をパルス幅
に相当する分解能で測定できる。この方法は、電気光学
サンプリングと呼ばれている。中でも、図2に示すよう
に、電気光学材料を回路近傍に配置して、回路からの漏
れ電界を電気光学材料に結合させ、この電界の強度変化
に応じた偏光変化を検出する方法が最も汎用的なもので
ある。この方法は、一般に外部プローブ法と呼ばれてい
る。
【0003】特にこの外部プローブ法において、図2に
示すように回路基板に平行な方向の電界(横電界)を感
度良く検出するための材料として、これまで複酸化物で
あるタンタル酸リチウム(LiTaO3 またはニオブ
酸リチウム(LiNbO3 )が用いられている。ニオブ
酸リチウム(LiNbO 3 )またはタンタル酸リチウム
(LiTaO 3 )からなる結晶のC軸(光軸)を回路
基板4上の配線電極3によって生じる横電界に平行に設
定し、レーザ光をC軸(光軸)に垂直に照射して、ニオ
ブ酸リチウム(LiNbO 3 )またはタンタル酸リチウ
ム(LiTaO 3 )からなる結晶の裏面に蒸着された
反射膜2からの反射光の偏光変化を検出することにより
信号電界を測定する。しかしながら、これらの材料には
次に述べるような問題があり、その解決を要する課題が
あった。
【0004】従来の結晶においては、主として以下に述
べるような大きな問題点を有していた。まず第1に従来
の結晶材料は比誘電率が大きい(約40)ため、容量性
の負荷として回路動作に影響を与えたり、配線の特性イ
ンピーダンスを変化させて信号の反射を生じさせる等、
回路への擾乱の問題があった。上記擾乱の影響を軽減す
るためには、電気光学結晶材料と回路との離間距離を大
きくすることが考えられるが、逆に測定感度の低下を招
くことになるという問題があった。
【0005】第2に、従来の結晶には、レーザ光の照射
によって材料の複屈折率が時間的に変化するという光損
傷の問題があった。電気光学サンプリングにおいては、
これによりバイアス点の変動や散乱による光量損失を引
き起こし、測定感度や信頼性を著しく低下させていた。
一般的には結晶に照射する光の強度を大きくするほど感
度が向上するが、この光損傷により照射可能な光強度の
上限が決められてしまい、感度が制限されていた。
た、実際には単位面積当たりの光強度が問題になるた
め、ビーム径を小さくすることができず、高空間分解能
化の妨げにもなるという問題があった。
【0006】第3の問題点として、複屈折率の温度依存
性が大きいという問題があった。一般に集積回路はその
動作において一定の発熱を生じ、回路内においても空間
的な温度ばらつきを有している。集積回路に近傍させた
電気光学結晶の温度が変化することによって複屈折率が
変わると、上記光損傷時と同様にバイアス点が変動して
測定信号レベルがゆらぐという問題があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は電気光学サン
プリングにおいて以上の問題点を解決し、新規な結晶材
料に特徴を有し、回路への擾乱が少なく、高感度でかつ
高安定集積回路の回路試験装置を提供することを目的
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明ではチタン酸リン酸カリウムKTPを電界検
出のためのセンサとして用い、該材料にレーザ光を照射
して、複屈折率変化に応じて変化する該レーザ光の偏光
変化を検出することにより集積回路内の電気信号を測定
することとした。
【0009】従って、本発明の構成は以下に示す通りで
ある。即ち、信号電界によって複屈折率が変化する電気
光学結晶にプローブ光を入射させ、前記信号電界の強度
に応じて変化したプローブ光の偏光状態の変化を測定す
ることで前記信号電界を測定する集積回路の試験装置に
おいて、前記電気光学結晶はチタン酸リン酸カリウム
あり、前記電気光学結晶のx軸を検出すべき横電界の方
向にし、y軸を光の伝搬方向となるように配置したこと
を特徴とする集積回路の回路試験装置としての構成を有
する。
【0010】
【作用】誘電率が低い、屈折率が低い、電気光学定数が
大きい、屈折率の温度変化が小さい、光損傷閾値が高い
というチタン酸リン酸カリウムKTPの材料自身の特徴
から、電気光学サンプリングにおける電界検出用結晶と
しての性能の向上が図られる。
【0011】
【実施例】チタン酸リン酸カリウムKTPはこれまで、
電気光学サンプリングとは別の用途である、第2次高調
波発生用の波長変換素子として広く用いられているもの
である。
【0012】 図1は本発明の実施例としての集積回路の
回路試験装置の模式的構成図を示す。 図1は、チタン
酸リン酸カリウムKTPを電気光学サンプリング用の横
電界測定用センサとして用いる場合の結晶軸方向の設定
方法が明示されている。図1において、1はチタン酸
リン酸カリウムKTP、2は反射膜、3は配線電極、4
は回路基板を示す。横方向の電界を最も感度良く検出
し、他の方向の成分の影響を最小にするために、図1
ように、結晶のx軸を検出すべき横電界の方向にし、同
y軸を光の伝搬方向となるように設定する。
【0013】
【表1】
【0014】表1は従来の材料であるタンタル酸リチウ
ムLTと本発明のチタン酸リン酸カリウムKTPの諸材
料定数を、電気光学サンプリング用の結晶として用いる
場合の性能という観点から比較したものである。表1に
掲げた諸定数の内、まず比誘電率εは既に述べたように
結晶が回路に対して容量性の負荷として影響を与える尺
度となる量で、小さい程回路に対する擾乱が小さい。次
に屈折率nは電気光学サンプリングの時間分解能を支配
する要因の1つである、光の結晶内通過時間を与える。
一般に媒質中の光の速度は1/nとなるので屈折率nは
小さい程、高時間分解能化に適した材料ということにな
る。n3 3rc/ εは感度性能指数である。n3 3rcはある電
界に対して結晶の複屈折率が変化する度合いを与え、大
きい程感度が高くなる。一方、εは結晶にカップルする
電界量に影響を与え、大きい程電界を結晶から排除して
感度を低下させる。よって両者の比が感度性能の目安と
なる。表1より、チタン酸リン酸カリウムKTPはタン
タル酸リチウムLTに比べて、擾乱度、時間分解能、感
度の他、光損傷の閾値が高くなることや自然複屈折率の
温度係数が小さいため安定性の点でも優れていることが
わかる。また、光損傷閾値が高いことで光を小さなスポ
ットに集光でき、その結果、高空間分解能化が図られ
る。
【0015】
【表2】
【0016】上記の感度に関して、チタン酸リン酸カリ
ウムKTPとタンタル酸リチウムLTとのより定量的な
比較として、半波長電圧Vπの計算値例を以下に示す。
半波長電圧Vπは、結晶にカップルした電界により、結
晶内を往復伝搬する光の位相が180度変化するのに必
要な電圧(配線の電位)で、感度は半波長電圧Vπの逆
数に比例して高くなる。図1に示した例において、Ga
As基板上の5μm幅、10μm間隔の配線上に、離間
距離h=0μm及び5μmで結晶が近接している場合
の、半波長電圧Vπの計算値を表2に示す。表2より、
各々の半波長電圧Vπが最小となる離間距離ゼロ(密着
状態)では、タンタル酸リチウムLTの方が感度が高い
が、回路への擾乱やダメージを与えることから、通常5
μm程度の離間距離を設ける。標準的な離間距離である
5μmにおいては、チタン酸リン酸カリウムKTPの方
が約2倍感度が高くなることが分かる。また、この結果
は、チタン酸リン酸カリウムKTPの方が離間距離の変
化に対する感度の変化量が小さく、離間距離の設定誤差
による測定値のばらつきが少なくなるため、測定再現性
が良いことを意味する。
【0017】 尚、以上で述べたチタン酸リン酸カリウム
KTPは、外部プローブ法における結晶としてのみでな
く、電気光学サンプリングにおける様々な構造の電界セ
ンサとしても応用できることはいうまでもない。
【0018】
【発明の効果】本発明の集積回路の回路試験装置によれ
ば、電気光学サンプリングによる集積回路の回路試験装
置において、容量性負荷の影響が4分の1に低減され、
光の伝搬時間により決まる時間分解能が2割改善され、
温度ゆらぎによるバイアス点の変動率が約1桁改善
れ、感度が約2倍向上する。また、光損傷による測定値
の時間的変動が無く、光を小さなスポットまで集光でき
ることから、低擾乱、高感度、高時間分解能、高空間分
解能、高安定な測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例としての集積回路の回路試験装
置の模式的構成図
【図2】従来の外部プローブ法を説明する模式的構成図
【符号の説明】
1 チタン酸リン酸カリウムKTP 2 反射膜 3 配線電極 4 回路基板 5 ニオブ酸リチウム(LiNbO 3 またはタンタル
酸リチウム(LiTaO 3 )からなる結晶
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/66 G01R 31/28 L 21/822 (56)参考文献 特開 平2−98671(JP,A) 特開 昭61−253878(JP,A) 電子情報通信学会全国大会講演論文集 VOL1990,NO.Autumn Pt 4 PAGE.4−333(1990)永妻 忠夫”KTPプローブによる外部EOサ ンプリング" (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 27/04 G01R 19/155 G02F 1/03 H01L 21/66 JICSTファイル(JOIS)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 信号電界によって複屈折率が変化する電
    気光学結晶にプローブ光を入射させ、前記信号電界の強
    度に応じて変化したプローブ光の偏光状態の変化を測定
    することで前記信号電界を測定する集積回路の試験装置
    において、前記電気光学結晶はチタン酸リン酸カリウム
    であり、前記電気光学結晶のx軸を検出すべき横電界の
    方向にし、y軸を光の伝搬方向となるように配置した
    とを特徴とする集積回路の回路試験装置。
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Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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電子情報通信学会全国大会講演論文集VOL1990,NO.Autumn Pt 4 PAGE.4−333(1990)永妻忠夫"KTPプローブによる外部EOサンプリング"

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