JP3323572B2 - 電圧測定装置のｅ−ｏプローブ位置決め方法 - Google Patents
電圧測定装置のｅ−ｏプローブ位置決め方法Info
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- G—PHYSICS
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＥ−Ｏ（電気光学）効果
を用いてＩＣ（集積回路）チップなどの被測定デバイス
の電圧を非接触で測定する電圧測定装置に関し、特に、
そのＥ−Ｏプローブの位置決めに用いられる。
を用いてＩＣ（集積回路）チップなどの被測定デバイス
の電圧を非接触で測定する電圧測定装置に関し、特に、
そのＥ−Ｏプローブの位置決めに用いられる。
【０００２】
【従来の技術】このような電圧測定装置の特徴は、電圧
が印加されるとその屈折率が変化する電気光学結晶から
構成されるＥ−Ｏプローブを持つことである。このＥ−
Ｏプローブを被測定デバイに接近させておいて被測定デ
バイスに電圧を印加すると、電気光学結晶の中の電界が
変化することによって結晶自体の屈折率が変化する。こ
の時、Ｅ−Ｏプローブに光（レーザ光）が入射すると、
印加電圧に応じた結晶の屈折率変化によって光の偏光状
態が変化する。したがって、プローブの底面で反射して
戻ってきた光を波長板を介して偏光ビームスプリッター
で取り出すと、光強度の変化として上記印加電圧の変化
を検出することができる。ここで、測定のためのレーザ
光源はＣＷ光源であっても、パルス光源であっても良
い。
が印加されるとその屈折率が変化する電気光学結晶から
構成されるＥ−Ｏプローブを持つことである。このＥ−
Ｏプローブを被測定デバイに接近させておいて被測定デ
バイスに電圧を印加すると、電気光学結晶の中の電界が
変化することによって結晶自体の屈折率が変化する。こ
の時、Ｅ−Ｏプローブに光（レーザ光）が入射すると、
印加電圧に応じた結晶の屈折率変化によって光の偏光状
態が変化する。したがって、プローブの底面で反射して
戻ってきた光を波長板を介して偏光ビームスプリッター
で取り出すと、光強度の変化として上記印加電圧の変化
を検出することができる。ここで、測定のためのレーザ
光源はＣＷ光源であっても、パルス光源であっても良
い。
【０００３】この電圧測定器の検出感度はＥ−Ｏプロー
ブと被測定デバイスの距離に依存する。したがって、こ
の距離を精度良く設定する事が重要である。このための
従来例としては、例えば、下記の文献“J.Appl.Phys.66
(9),1 Novenber 1989 pp.4001 〜4009”に示される二重
焦点レンズを用いるものがあり、また例えば下記の文献
“IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASURE
MENT, VOL.41,NO.3,JUNE1992,PP.375〜380 ”に示され
る天秤を用いるものが知られている。
ブと被測定デバイスの距離に依存する。したがって、こ
の距離を精度良く設定する事が重要である。このための
従来例としては、例えば、下記の文献“J.Appl.Phys.66
(9),1 Novenber 1989 pp.4001 〜4009”に示される二重
焦点レンズを用いるものがあり、また例えば下記の文献
“IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASURE
MENT, VOL.41,NO.3,JUNE1992,PP.375〜380 ”に示され
る天秤を用いるものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の従来例
では、非接触で位置決めができるものの二重焦点レンズ
という特殊なレンズを用いることが必要になってしまう
欠点がある。また、後者の従来例では、Ｅ−Ｏプローブ
の位置を設定する場合、いったんＥ−Ｏプローブと被測
定デバイスを接触させてその基準位置を求め、その点を
基準にしてＥ−Ｏプローブの位置を設定している。この
時、接触時のダメージを低減するために複雑な構成とな
っている。具体的には、シリンダとエアガイドの間に空
気を流し、摩擦が少ない状態で上下に移動できるシリン
ダにＥ−Ｏプローブを固定し、天秤機構によりこれらの
実効質量を軽減する必要があった。また、Ｅ−Ｏプロー
ブの上下微動はシリンダに固定されたピエゾ素子でおこ
ない、その位置をシリンダに取り付けられたポジション
スケールで読み取ることが必要である。
では、非接触で位置決めができるものの二重焦点レンズ
という特殊なレンズを用いることが必要になってしまう
欠点がある。また、後者の従来例では、Ｅ−Ｏプローブ
の位置を設定する場合、いったんＥ−Ｏプローブと被測
定デバイスを接触させてその基準位置を求め、その点を
基準にしてＥ−Ｏプローブの位置を設定している。この
時、接触時のダメージを低減するために複雑な構成とな
っている。具体的には、シリンダとエアガイドの間に空
気を流し、摩擦が少ない状態で上下に移動できるシリン
ダにＥ−Ｏプローブを固定し、天秤機構によりこれらの
実効質量を軽減する必要があった。また、Ｅ−Ｏプロー
ブの上下微動はシリンダに固定されたピエゾ素子でおこ
ない、その位置をシリンダに取り付けられたポジション
スケールで読み取ることが必要である。
【０００５】このように、後者の従来例では、Ｅ−Ｏプ
ローブ周辺の機構が非常に複雑で大きいために、その周
囲に電気針などを多数設けることができなかった。ま
た、測定する前にいったんＥ−Ｏプローブを被測定デバ
イスに接触させるため、被測定デバイスを破壊してしま
う恐れがあった。
ローブ周辺の機構が非常に複雑で大きいために、その周
囲に電気針などを多数設けることができなかった。ま
た、測定する前にいったんＥ−Ｏプローブを被測定デバ
イスに接触させるため、被測定デバイスを破壊してしま
う恐れがあった。
【０００６】そこで、本発明は、特別な光学系などを用
いることなく、Ｅ−Ｏプローブを被測定デバイスに対し
て非接触で、しかも正確に位置決めできる電圧測定装置
のＥ−Ｏプローブ位置決め方法を提供することを目的と
する。
いることなく、Ｅ−Ｏプローブを被測定デバイスに対し
て非接触で、しかも正確に位置決めできる電圧測定装置
のＥ−Ｏプローブ位置決め方法を提供することを目的と
する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、被測定デバイ
スの表面を合焦状態で観測するための拡大光学系と、被
測定デバイスに近接させられて電圧測定のためのレーザ
光が入射されるＥ−Ｏプローブと、このＥ−Ｏプローブ
を拡大光学系に対して相対的に移動させるプローブステ
ージとを備える電圧測定装置に適用され、被測定デバイ
ス表面の拡大光学系による観測位置にＥ−Ｏプローブを
近接させて位置決めするＥ−Ｏプローブ位置決め方法に
おいて、下記の４ステップを備えている。すなわち、Ｅ
−Ｏプローブの底面に拡大光学系を合焦させた上記第１
状態でのＥ−Ｏプローブと拡大光学系の相対的位置関係
と、Ｅ−Ｏプローブを被測定デバイスの表面観測用光路
から外した第２状態での拡大光学系の合焦面と第１状態
での合焦面の位置差とを記憶しておく第１のステップ
と、被測定デバイス表面の観測位置に拡大光学系を第２
状態において合焦させる第２のステップと、拡大光学系
を第１のステップで記憶した位置差だけ被測定デバイス
から離間させる第３ステップと、Ｅ−Ｏプローブを第１
のステップで記憶した相対的位置関係まで移動させる第
４のステップとを備える。
スの表面を合焦状態で観測するための拡大光学系と、被
測定デバイスに近接させられて電圧測定のためのレーザ
光が入射されるＥ−Ｏプローブと、このＥ−Ｏプローブ
を拡大光学系に対して相対的に移動させるプローブステ
ージとを備える電圧測定装置に適用され、被測定デバイ
ス表面の拡大光学系による観測位置にＥ−Ｏプローブを
近接させて位置決めするＥ−Ｏプローブ位置決め方法に
おいて、下記の４ステップを備えている。すなわち、Ｅ
−Ｏプローブの底面に拡大光学系を合焦させた上記第１
状態でのＥ−Ｏプローブと拡大光学系の相対的位置関係
と、Ｅ−Ｏプローブを被測定デバイスの表面観測用光路
から外した第２状態での拡大光学系の合焦面と第１状態
での合焦面の位置差とを記憶しておく第１のステップ
と、被測定デバイス表面の観測位置に拡大光学系を第２
状態において合焦させる第２のステップと、拡大光学系
を第１のステップで記憶した位置差だけ被測定デバイス
から離間させる第３ステップと、Ｅ−Ｏプローブを第１
のステップで記憶した相対的位置関係まで移動させる第
４のステップとを備える。
【０００８】
【作用】本発明の構成によれば、Ｅ−Ｏプローブの位置
決めのための第１ステップにおいて、Ｅ−Ｏプローブの
底面に拡大光学系を合焦させた第１状態でのＥ−Ｏプロ
ーブと拡大光学系の相対的位置関係と、Ｅ−Ｏプローブ
を光路から外した第２状態での拡大光学系の合焦面と上
記第１状態での合焦面の位置差とを記憶しておく。この
相対的位置関係および合焦面間の位置差は、被測定デバ
イスの如何に拘らず、電圧測定装置において一定であ
る。次に、第２のステップとして、被測定デバイスの表
面の観測位置に拡大光学系を第２状態において合焦さ
せ、次に、第３ステップとして拡大光学系を第１のステ
ップで記憶した位置差だけ被測定デバイスから離間さ
せ、次に第４ステップとしてＥ−Ｏプローブを第１のス
テップで記憶した相対的位置関係まで移動させる。これ
により、Ｅ−Ｏプローブは被測定デバイスに近接した位
置にセットされ、かつそのＥ−Ｏプローブの底面に合焦
面が来ることになる。
決めのための第１ステップにおいて、Ｅ−Ｏプローブの
底面に拡大光学系を合焦させた第１状態でのＥ−Ｏプロ
ーブと拡大光学系の相対的位置関係と、Ｅ−Ｏプローブ
を光路から外した第２状態での拡大光学系の合焦面と上
記第１状態での合焦面の位置差とを記憶しておく。この
相対的位置関係および合焦面間の位置差は、被測定デバ
イスの如何に拘らず、電圧測定装置において一定であ
る。次に、第２のステップとして、被測定デバイスの表
面の観測位置に拡大光学系を第２状態において合焦さ
せ、次に、第３ステップとして拡大光学系を第１のステ
ップで記憶した位置差だけ被測定デバイスから離間さ
せ、次に第４ステップとしてＥ−Ｏプローブを第１のス
テップで記憶した相対的位置関係まで移動させる。これ
により、Ｅ−Ｏプローブは被測定デバイスに近接した位
置にセットされ、かつそのＥ−Ｏプローブの底面に合焦
面が来ることになる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【００１０】図１は実施例の位置決め方法が適用される
電圧測定装置の全体構成を示している。図示の通り、本
体固定部１Ａの上面には支持台１１が設けられ、この上
に被測定デバイス１２がセットされている。また、支持
台１１に近接した本体固定部１Ａには操作テーブル１３
が固設され、この上にはマニピュレータ１４が取り付け
られている。そして、このマニピュレータ１４には電気
針１５が設けられ、被測定デバイス１２へ電源の供給又
は信号の入力がおこなわれている。
電圧測定装置の全体構成を示している。図示の通り、本
体固定部１Ａの上面には支持台１１が設けられ、この上
に被測定デバイス１２がセットされている。また、支持
台１１に近接した本体固定部１Ａには操作テーブル１３
が固設され、この上にはマニピュレータ１４が取り付け
られている。そして、このマニピュレータ１４には電気
針１５が設けられ、被測定デバイス１２へ電源の供給又
は信号の入力がおこなわれている。
【００１１】本体固定部１Ａの柱部にはＸＹ軸ステージ
２１が取り付けられ、これに本体可動部１Ｂが取り付け
られ、さらに、本体可動部１ＢにはＺ軸ステージ２２が
取り付けられている。そしてＺ軸ステージ２２に顕微鏡
ユニット３が取り付けられ、これにはプローブステージ
４が固定されている。プローブステージ４からはタング
ステンなどの支持針４１が伸び、この先端にはＥ−Ｏプ
ローブ４２が支持されている。
２１が取り付けられ、これに本体可動部１Ｂが取り付け
られ、さらに、本体可動部１ＢにはＺ軸ステージ２２が
取り付けられている。そしてＺ軸ステージ２２に顕微鏡
ユニット３が取り付けられ、これにはプローブステージ
４が固定されている。プローブステージ４からはタング
ステンなどの支持針４１が伸び、この先端にはＥ−Ｏプ
ローブ４２が支持されている。
【００１２】顕微鏡ユニット３は拡大レンズ系３１を有
し、これはＥ−Ｏプローブ４２を介して被測定デバイス
１２の表面を臨んでいる。また、顕微鏡ユニット３は照
明光源３２とＣＣＤカメラ３３と接眼レンズ３６を備え
ており、被測定デバイス１２の表面の照明と撮像を行な
う。なお、Ｅ−Ｏプローブ４２がＺｎＴｅ結晶などのと
きはＣＣＤカメラ３３として可視光カメラを用い得る
し、ＧａＡｓ結晶などのときは赤外線カメラを用いれば
よい。
し、これはＥ−Ｏプローブ４２を介して被測定デバイス
１２の表面を臨んでいる。また、顕微鏡ユニット３は照
明光源３２とＣＣＤカメラ３３と接眼レンズ３６を備え
ており、被測定デバイス１２の表面の照明と撮像を行な
う。なお、Ｅ−Ｏプローブ４２がＺｎＴｅ結晶などのと
きはＣＣＤカメラ３３として可視光カメラを用い得る
し、ＧａＡｓ結晶などのときは赤外線カメラを用いれば
よい。
【００１３】顕微鏡ユニット３にはダイクロイックミラ
ー３４と３５が含まれており、これが上述の照明および
撮像系と、後述の電圧測定のためのレーザー光学系を結
合させている。すなわち、ダイクロイックミラー３４は
照明光源３２からの波長の光は５０％透過させる一方、
レーザ光源（後述）からの波長の光は反射させる。ま
た、ダイクロイックミラー３５は照明光源３２からの波
長の光は反射させる一方、レーザ光源からの波長の光は
透過させる。このようにして、同一の拡大レンズ系３１
を使用して被測定デバイス１２の照明および撮像と電圧
測定用のレーザー光照射を実現できる。
ー３４と３５が含まれており、これが上述の照明および
撮像系と、後述の電圧測定のためのレーザー光学系を結
合させている。すなわち、ダイクロイックミラー３４は
照明光源３２からの波長の光は５０％透過させる一方、
レーザ光源（後述）からの波長の光は反射させる。ま
た、ダイクロイックミラー３５は照明光源３２からの波
長の光は反射させる一方、レーザ光源からの波長の光は
透過させる。このようにして、同一の拡大レンズ系３１
を使用して被測定デバイス１２の照明および撮像と電圧
測定用のレーザー光照射を実現できる。
【００１４】顕微鏡ユニット３にはレーザー光による電
圧測定ユニット５が取り付けられている。ＣＷレーザダ
イオード５１の出力光はレンズ５２を通ってアイソレー
タ５３に入射される。このアイソレータ５３は光を一方
向にのみ通過させるもので、通過光は偏光ビームスプリ
ッタ５４、１／８波長板５５を通り、ミラー５６1 、５
６2 で光路を変更され、ダイクロイックミラー３４で反
射されて拡大レンズ系３１を通りＥ−Ｏプローブ４２に
入射される。Ｅ−Ｏプローブ４２の底面での反射レーザ
光は再び拡大レンズ系３１を通り、１／８波長板５５を
通って偏光ビームスプリッタ５４に入射される。このと
き、レーザ光は１／８波長板５５を２回通っているので
１／４波長の位相変化が与えられ円偏光となってお
り、従って偏光ビームスプリッタ５４への入射レーザ光
の半分はここで反射させてフォトダイオード５７に入射
される。そして、フォトダイオード５７の出力はアンプ
５８で増幅され、外部に出力される。
圧測定ユニット５が取り付けられている。ＣＷレーザダ
イオード５１の出力光はレンズ５２を通ってアイソレー
タ５３に入射される。このアイソレータ５３は光を一方
向にのみ通過させるもので、通過光は偏光ビームスプリ
ッタ５４、１／８波長板５５を通り、ミラー５６1 、５
６2 で光路を変更され、ダイクロイックミラー３４で反
射されて拡大レンズ系３１を通りＥ−Ｏプローブ４２に
入射される。Ｅ−Ｏプローブ４２の底面での反射レーザ
光は再び拡大レンズ系３１を通り、１／８波長板５５を
通って偏光ビームスプリッタ５４に入射される。このと
き、レーザ光は１／８波長板５５を２回通っているので
１／４波長の位相変化が与えられ円偏光となってお
り、従って偏光ビームスプリッタ５４への入射レーザ光
の半分はここで反射させてフォトダイオード５７に入射
される。そして、フォトダイオード５７の出力はアンプ
５８で増幅され、外部に出力される。
【００１５】ここで、電圧の測定原理について簡単に述
べる。被測定デバイス１２の表面電極（図示せず）に印
加電圧があると、これに近接したＥ−Ｏプローブ４２で
電気光学効果により屈折率が変化する。すると、レーザ
ー光（直線偏光）はこの結晶中を往復する過程で偏光状
態する。このため、偏光ビームスプリッタ５４で反射さ
れて５７に入射するレーザー光の割合が変化することに
なるので、フォトダイオード５７の出力から被測定デバ
イス１２の電圧を測定できる。
べる。被測定デバイス１２の表面電極（図示せず）に印
加電圧があると、これに近接したＥ−Ｏプローブ４２で
電気光学効果により屈折率が変化する。すると、レーザ
ー光（直線偏光）はこの結晶中を往復する過程で偏光状
態する。このため、偏光ビームスプリッタ５４で反射さ
れて５７に入射するレーザー光の割合が変化することに
なるので、フォトダイオード５７の出力から被測定デバ
イス１２の電圧を測定できる。
【００１６】これらの測定結果はデジタルオシロスコー
プ６１で表示され、またコンピュータ６２で処理され
る。なお、ＣＣＤカメラ３３によるモニター像はモニタ
テレビ６３で表示される。ここで、モニターテレビ６３
には、画像メモリがあり、入力した画像を静止画（フリ
ーズ像）として記憶し、表示することができる。また
は、ＣＣＤカメラ３３によるモニター像をパソコンに入
力して記憶し、パソコンのモニターに表示したり、モニ
ターテレビに表示したりすることができる。
プ６１で表示され、またコンピュータ６２で処理され
る。なお、ＣＣＤカメラ３３によるモニター像はモニタ
テレビ６３で表示される。ここで、モニターテレビ６３
には、画像メモリがあり、入力した画像を静止画（フリ
ーズ像）として記憶し、表示することができる。また
は、ＣＣＤカメラ３３によるモニター像をパソコンに入
力して記憶し、パソコンのモニターに表示したり、モニ
ターテレビに表示したりすることができる。
【００１７】コンピュータ６２は自動焦点（オートフォ
ーカス）機構６４を介してＺ軸ステージ２２をコントロ
ールすると共に、ＸＹ軸ステージ２１およびプローブス
テージ４もコントロールする。このように、本発明の実
施例を適用し得る装置の特徴は、Ｅ−Ｏプローブ４２に
入射光を集光するための対物レンズを含む顕微鏡システ
ムにオートフォーカス機能を持たせ、また、Ｅ−Ｏプロ
ーブ４２を保持するためのプローブステージ４を顕微鏡
システムに一体化させ、後に示す手順によりＥ−Ｏプロ
ーブ４２および顕微鏡システムを上下させる外部制御機
構を持たせたことである。ここで、オートフォーカスは
顕微鏡システムで観察した画像をＣＣＤカメラ３３で取
り込み、この画像のコントラストなどの情報から得た画
像処理の結果によって顕微鏡システムを上下させ、その
焦点を合わせるものである。
ーカス）機構６４を介してＺ軸ステージ２２をコントロ
ールすると共に、ＸＹ軸ステージ２１およびプローブス
テージ４もコントロールする。このように、本発明の実
施例を適用し得る装置の特徴は、Ｅ−Ｏプローブ４２に
入射光を集光するための対物レンズを含む顕微鏡システ
ムにオートフォーカス機能を持たせ、また、Ｅ−Ｏプロ
ーブ４２を保持するためのプローブステージ４を顕微鏡
システムに一体化させ、後に示す手順によりＥ−Ｏプロ
ーブ４２および顕微鏡システムを上下させる外部制御機
構を持たせたことである。ここで、オートフォーカスは
顕微鏡システムで観察した画像をＣＣＤカメラ３３で取
り込み、この画像のコントラストなどの情報から得た画
像処理の結果によって顕微鏡システムを上下させ、その
焦点を合わせるものである。
【００１８】次に、上記の電圧測定装置に適用される実
施例の位置決め方法を説明する。図２はその手順を説明
する全体図であり、図３はその手順の要部を説明する図
である。図３により要点を簡単に説明すると、まず、図
３（ａ）のようにＥ−Ｏプローブ４２が拡大レンズ系３
１の視野から実質的に外れているとき（Ｅ−Ｏプローブ
４２が拡大レンズ系３１に十分に近接している図示の場
合と、Ｅ−Ｏプローブ４２が側方向に位置して視野から
全く外れている場合がある）には、拡大レンズ系３１に
よる合焦面はＦ1にある。これに対し、Ｅ−Ｏプローブ
４２が光路に入ってくると、図３（ｂ）のように、拡大
レンズ系３１による合焦面はＦ2となり、Ｆ1とＦ2との
間に差ができる。この原因は、一般にＥ−Ｏプローブの
屈折率は空気より大きいため、Ｅ−Ｏプローブ４２が光
路に入ってくる光路長が長くなるからである。そこで、
図３（ｃ）に実線で示すように、上述の合焦面の差（Ｆ
1−Ｆ2）をあらかじめ見込んで拡大レンズ系３１を被測
定デバイスに対して位置決めしておき、Ｅ−Ｏプローブ
４２を点線のようにセットすれば、Ｅ−Ｏプローブ４２
の底面に測定用レーザ光が焦点を結ぶようになる。
施例の位置決め方法を説明する。図２はその手順を説明
する全体図であり、図３はその手順の要部を説明する図
である。図３により要点を簡単に説明すると、まず、図
３（ａ）のようにＥ−Ｏプローブ４２が拡大レンズ系３
１の視野から実質的に外れているとき（Ｅ−Ｏプローブ
４２が拡大レンズ系３１に十分に近接している図示の場
合と、Ｅ−Ｏプローブ４２が側方向に位置して視野から
全く外れている場合がある）には、拡大レンズ系３１に
よる合焦面はＦ1にある。これに対し、Ｅ−Ｏプローブ
４２が光路に入ってくると、図３（ｂ）のように、拡大
レンズ系３１による合焦面はＦ2となり、Ｆ1とＦ2との
間に差ができる。この原因は、一般にＥ−Ｏプローブの
屈折率は空気より大きいため、Ｅ−Ｏプローブ４２が光
路に入ってくる光路長が長くなるからである。そこで、
図３（ｃ）に実線で示すように、上述の合焦面の差（Ｆ
1−Ｆ2）をあらかじめ見込んで拡大レンズ系３１を被測
定デバイスに対して位置決めしておき、Ｅ−Ｏプローブ
４２を点線のようにセットすれば、Ｅ−Ｏプローブ４２
の底面に測定用レーザ光が焦点を結ぶようになる。
【００１９】上記の位置決め方法を、図２に示した測定
手順にもとづき、詳細に説明する。まず測定を行なう前
に初期設定をおこなう必要がある。
手順にもとづき、詳細に説明する。まず測定を行なう前
に初期設定をおこなう必要がある。
【００２０】（Ａ） 初期設定 初期設定とは、図２に示す測定時のプローブステージ４
の位置Ｈ0 を求め、測定準備時におけるプローブステー
ジ４の位置の変化量ΔＨを設定し、Ｅ−Ｏプローブ４２
が光路中にある時と、光路中に実質的にない時の顕微鏡
の拡大レンズ系３１焦点差ΔΖを求めることである。こ
れらの値はＥ−Ｏプローブ４２を交換した時に一度設定
すればよい。なお、初期設定では被測定デバイスは必要
なく、ＣＣＤカメラ３３によるＥ−Ｏプローブ４２の映
像をもとに調整するので、Ｅ−Ｏプローブ４２を破壊す
る恐れは全くない。
の位置Ｈ0 を求め、測定準備時におけるプローブステー
ジ４の位置の変化量ΔＨを設定し、Ｅ−Ｏプローブ４２
が光路中にある時と、光路中に実質的にない時の顕微鏡
の拡大レンズ系３１焦点差ΔΖを求めることである。こ
れらの値はＥ−Ｏプローブ４２を交換した時に一度設定
すればよい。なお、初期設定では被測定デバイスは必要
なく、ＣＣＤカメラ３３によるＥ−Ｏプローブ４２の映
像をもとに調整するので、Ｅ−Ｏプローブ４２を破壊す
る恐れは全くない。
【００２１】Ｈ0 は、測定時のプローブステージ４のΖ
方向の位置を与える。Ｅ−Ｏプローブ４２を保持してい
るプローブステージ４をΖ方向に動かして、Ｅ−Ｏプロ
ーブ４２底面の反射膜に顕微鏡の拡大レンズ系３１の焦
点を合わせる。この時のプローブステージ４の位置がＨ
0 である。さらに、ＣＷレーザダイオード５１のレンズ
５２を調節してＥ−Ｏプローブ４２への入射光のスポッ
トが最も小さくなるようにする。
方向の位置を与える。Ｅ−Ｏプローブ４２を保持してい
るプローブステージ４をΖ方向に動かして、Ｅ−Ｏプロ
ーブ４２底面の反射膜に顕微鏡の拡大レンズ系３１の焦
点を合わせる。この時のプローブステージ４の位置がＨ
0 である。さらに、ＣＷレーザダイオード５１のレンズ
５２を調節してＥ−Ｏプローブ４２への入射光のスポッ
トが最も小さくなるようにする。
【００２２】ΔＨは、測定準備中に、Ｅ−Ｏプローブ４
２を被測定デバイス１２から離しておく距離である。Δ
Ｈは任意に設定できるが、図２に示すように顕微鏡の視
野がＥ−Ｏプローブ４２に邪魔されないように、ΔＨは
充分に大きくしておく必要がある。
２を被測定デバイス１２から離しておく距離である。Δ
Ｈは任意に設定できるが、図２に示すように顕微鏡の視
野がＥ−Ｏプローブ４２に邪魔されないように、ΔＨは
充分に大きくしておく必要がある。
【００２３】ΔΖは、Ｅ−Ｏプローブ４２が合焦面近く
にある時と、合焦面の近くにない時の顕微鏡の焦点の差
である。例として、Ｅ−Ｏプローブ４２がΖｎＴｅ結晶
と支持体である石英ガラスからできている場合を考え
る。ΖｎＴｅの屈折率が２．９、厚さが１００μｍであ
り、石英ガラスの屈折率が１．５、厚さが２００μｍで
ある場合、その実効的な光路長Ｌ1 は、Ｌ1 ＝２．９×
１００＋１．５×２００＝５９０μｍである。Ｅ−Ｏプ
ローブ４２がない場合は空気の屈折率が１、間隔が３０
０μｍであるから、その光路長Ｌ2 はＬ2 ＝３００μｍ
である。したがって、この時の焦点差ΔΖはΔΖ＝Ｌ1
−Ｌ2 ＝２９０μｍである。
にある時と、合焦面の近くにない時の顕微鏡の焦点の差
である。例として、Ｅ−Ｏプローブ４２がΖｎＴｅ結晶
と支持体である石英ガラスからできている場合を考え
る。ΖｎＴｅの屈折率が２．９、厚さが１００μｍであ
り、石英ガラスの屈折率が１．５、厚さが２００μｍで
ある場合、その実効的な光路長Ｌ1 は、Ｌ1 ＝２．９×
１００＋１．５×２００＝５９０μｍである。Ｅ−Ｏプ
ローブ４２がない場合は空気の屈折率が１、間隔が３０
０μｍであるから、その光路長Ｌ2 はＬ2 ＝３００μｍ
である。したがって、この時の焦点差ΔΖはΔΖ＝Ｌ1
−Ｌ2 ＝２９０μｍである。
【００２４】ΔＺは上記のようにＥ−Ｏプローブの構成
とその寸法が既知であれば計算により求めることができ
るが、次に示すように測定によって求めることもでき
る。被測定デバイス１２の代わりに、ΔＺ測定用のサン
プルを支持台１１に設置する。このサンプルは、数μｍ
幅のストライプ電極のようにコントラストの大きいもの
が適している。はじめに、プローブステージ４の位置を
Ｈ0−ΔＨとして、サンプルに顕微鏡の拡大レンズ系３
１の焦点を合わせ、この時の位置Ｚ1を記憶する。次
に、いったん顕微鏡を充分上昇させた後、プローブステ
ージの位置をＨ0−ａとする。この時、ａは、Ｅ−Ｏプ
ローブとΔＺ測定用のサンプルが接触しない程度、例え
ば、数μｍとする。この状態で、Ｅ−Ｏプローブを通し
てサンプルを見て、サンプルに合焦させ、この時の位置
Ｚ2を記憶する。
とその寸法が既知であれば計算により求めることができ
るが、次に示すように測定によって求めることもでき
る。被測定デバイス１２の代わりに、ΔＺ測定用のサン
プルを支持台１１に設置する。このサンプルは、数μｍ
幅のストライプ電極のようにコントラストの大きいもの
が適している。はじめに、プローブステージ４の位置を
Ｈ0−ΔＨとして、サンプルに顕微鏡の拡大レンズ系３
１の焦点を合わせ、この時の位置Ｚ1を記憶する。次
に、いったん顕微鏡を充分上昇させた後、プローブステ
ージの位置をＨ0−ａとする。この時、ａは、Ｅ−Ｏプ
ローブとΔＺ測定用のサンプルが接触しない程度、例え
ば、数μｍとする。この状態で、Ｅ−Ｏプローブを通し
てサンプルを見て、サンプルに合焦させ、この時の位置
Ｚ2を記憶する。
【００２５】この時のＺ1 とＺ2 の差が、前述の焦点差
ΔΖとなる。ここで、Ｚ2 を求める際、プローブとサン
プルは接触していないが、Ｅ−Ｏプローブを通してサン
プルに合焦しているので、前述の第２の状態と等価にな
っている。
ΔΖとなる。ここで、Ｚ2 を求める際、プローブとサン
プルは接触していないが、Ｅ−Ｏプローブを通してサン
プルに合焦しているので、前述の第２の状態と等価にな
っている。
【００２６】（Ｂ）測定手順 測定時の手順を図２を使って順に説明する。
【００２７】（１）測定点移動 測定点を移動させる場合には、Ｅ−Ｏプローブ４２が被
測定デバイス１２に接触しないように、Ｅ−Ｏプローブ
４２の位置をＨ0 −ΔＨとする。この時、顕微鏡の焦点
をオートフォーカス機能を使って合わせる。Ｅ−Ｏプロ
ーブ４２はΔＨだけ被測定デバイス１２から離れている
ので接触する恐れはない。この状態で顕微鏡または被測
定デバイス１２を水平方向に移動させて測定点を決定す
る。
測定デバイス１２に接触しないように、Ｅ−Ｏプローブ
４２の位置をＨ0 −ΔＨとする。この時、顕微鏡の焦点
をオートフォーカス機能を使って合わせる。Ｅ−Ｏプロ
ーブ４２はΔＨだけ被測定デバイス１２から離れている
ので接触する恐れはない。この状態で顕微鏡または被測
定デバイス１２を水平方向に移動させて測定点を決定す
る。
【００２８】（２）測定点決定 測定点を決定したらコンピュータ６２からの指令によ
り、再度オートフォーカスで被測定デバイス１２の焦点
を合わせる。つまり、被測定デバイス１２の表面を観測
する光路からＥ−Ｏプローブ４２を実質的に外した状態
（第２状態）で、顕微鏡を合焦させる。この時の画像を
モニタテレビ又はパソコンで記憶する。
り、再度オートフォーカスで被測定デバイス１２の焦点
を合わせる。つまり、被測定デバイス１２の表面を観測
する光路からＥ−Ｏプローブ４２を実質的に外した状態
（第２状態）で、顕微鏡を合焦させる。この時の画像を
モニタテレビ又はパソコンで記憶する。
【００２９】（３）測定準備 Ｚ軸ステージ２２を作動させることにより、顕微鏡シス
テム３をΔΖだけ上昇させる。この時、モニタテレビ６
３における顕微鏡による被測定デバイス１２の像は、ぼ
けて見えなくなる。
テム３をΔΖだけ上昇させる。この時、モニタテレビ６
３における顕微鏡による被測定デバイス１２の像は、ぼ
けて見えなくなる。
【００３０】（４）測定中 Ｅ−Ｏプローブ４２をΔＨだけ下降させ、プローブステ
ージ４の位置をＨ0 とする。この時、Ｅ−Ｏプローブ４
２の底面は被測定デバイス１２の表面にちょうど接触す
る。もし、Ｅ−Ｏプローブ４２と被測定デバイス１２を
距離ｄだけ離して測定したい場合には、（３）のステッ
プでの測定準備において、顕微鏡システム３をΔＺ＋ｄ
だけ上昇させておけばよい。この時、Ｅ−Ｏプローブ４
２を通して被測定デバイス１２の表面をテレビモニタ６
３で見た場合、合焦点から距離ｄだけ離れているので、
被測定デバイス１２の像はぼけて見えなくなる。この時
は、（２）のステップでの測定点決定において記憶した
画像を表示すればよい。
ージ４の位置をＨ0 とする。この時、Ｅ−Ｏプローブ４
２の底面は被測定デバイス１２の表面にちょうど接触す
る。もし、Ｅ−Ｏプローブ４２と被測定デバイス１２を
距離ｄだけ離して測定したい場合には、（３）のステッ
プでの測定準備において、顕微鏡システム３をΔＺ＋ｄ
だけ上昇させておけばよい。この時、Ｅ−Ｏプローブ４
２を通して被測定デバイス１２の表面をテレビモニタ６
３で見た場合、合焦点から距離ｄだけ離れているので、
被測定デバイス１２の像はぼけて見えなくなる。この時
は、（２）のステップでの測定点決定において記憶した
画像を表示すればよい。
【００３１】（５）測定終了 プローブステージ４を作動させてＥ−Ｏプローブ４２を
上昇させ、その位置をＨ0 −ΔＨまで戻し、次の測定に
備える。
上昇させ、その位置をＨ0 −ΔＨまで戻し、次の測定に
備える。
【００３２】本実施例では、Ｅ−Ｏプローブ４２と被測
定デバイス１２の間の距離を決める基準として、オート
フォーカス機能を使って被測定デバイス１２に合わせた
顕微鏡の焦点位置を利用している。顕微鏡の倍率が高い
場合、被写界深度が狭いために、容易に１μｍ以下の精
度を得ることができる。この位置から初期設定によって
決められた移動量だけＥ−Ｏプローブ４２を移動させる
ので、プローブ位置を検出するためのセンサーがなくて
も高い精度でＥ−Ｏプローブ４２を被測定デバイス１２
に接近させることができる。
定デバイス１２の間の距離を決める基準として、オート
フォーカス機能を使って被測定デバイス１２に合わせた
顕微鏡の焦点位置を利用している。顕微鏡の倍率が高い
場合、被写界深度が狭いために、容易に１μｍ以下の精
度を得ることができる。この位置から初期設定によって
決められた移動量だけＥ−Ｏプローブ４２を移動させる
ので、プローブ位置を検出するためのセンサーがなくて
も高い精度でＥ−Ｏプローブ４２を被測定デバイス１２
に接近させることができる。
【００３３】
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の位
置決め方法では、Ｅ−Ｏプローブ周辺の機構が非常に簡
単に構成できる効果がある。また、Ｅ−Ｏプローブの位
置および顕微鏡の移動量を決める初期設定をおこなうと
きには、被測定デバイスをセットしておく必要はない。
また、測定時にＥ−Ｏプローブと被測定デバイスを接触
させる必要がないため、被測定デバイスを破壊する恐れ
がない。
置決め方法では、Ｅ−Ｏプローブ周辺の機構が非常に簡
単に構成できる効果がある。また、Ｅ−Ｏプローブの位
置および顕微鏡の移動量を決める初期設定をおこなうと
きには、被測定デバイスをセットしておく必要はない。
また、測定時にＥ−Ｏプローブと被測定デバイスを接触
させる必要がないため、被測定デバイスを破壊する恐れ
がない。
【図１】実施例の方法が適用される電圧測定装置の構成
図。
図。
【図２】実施例の方法による測定手順図。
【図３】図２の要部説明図。
１Ａ…本体固定部、１Ｂ…本体可動部、１２…被測定デ
バイス、１３…操作テーブル、１４…マニピュレータ、
２１…ＸＹ軸ステージ、２２…Ｚ軸ステージ、３…顕微
鏡ユニット、３１…拡大レンズ系、３２…照明光源、３
３…ＣＣＤカメラ、３４，３５…ダイクロイックミラ
ー、４…プローブステージ、４１…支持針、４２…Ｅ−
Ｏプローブ、５…電圧測定ユニット、５１…ＣＷレーザ
ダイオード、５３…アイソレータ、５４…偏光ビームス
プリッタ、５５…１／８波長板、５７…フォトダイオー
ド、５８…アンプ、６１…デジタルオシロスコープ、６
２…コンピュータ、６３…モニタテレビ、６４…自動焦
点機構。
バイス、１３…操作テーブル、１４…マニピュレータ、
２１…ＸＹ軸ステージ、２２…Ｚ軸ステージ、３…顕微
鏡ユニット、３１…拡大レンズ系、３２…照明光源、３
３…ＣＣＤカメラ、３４，３５…ダイクロイックミラ
ー、４…プローブステージ、４１…支持針、４２…Ｅ−
Ｏプローブ、５…電圧測定ユニット、５１…ＣＷレーザ
ダイオード、５３…アイソレータ、５４…偏光ビームス
プリッタ、５５…１／８波長板、５７…フォトダイオー
ド、５８…アンプ、６１…デジタルオシロスコープ、６
２…コンピュータ、６３…モニタテレビ、６４…自動焦
点機構。
フロントページの続き (72)発明者 平野 伊助 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松 ホトニクス株式会社内 (72)発明者 土屋 裕 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松 ホトニクス株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−195486（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−238382（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−27884（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01R 31/28 - 31/3187 G01R 15/20,19/00
Claims (4)
- 【請求項１】 被測定デバイスの表面を合焦状態で観測
するための拡大光学系と、前記被測定デバイスに近接さ
せられて電圧測定のためのレーザ光が入射されるＥ−Ｏ
プローブと、このＥ−Ｏプローブを前記拡大光学系に対
して相対的に移動させるプローブステージとを備える電
圧測定装置に適用され、前記被測定デバイス表面の前記
拡大光学系による観察位置に前記Ｅ−Ｏプローブを近接
させて位置決めするＥ−Ｏプローブ位置決め方法におい
て、 前記Ｅ−Ｏプローブの底面に前記拡大光学系を合焦させ
た第１状態での前記Ｅ−Ｏプローブと前記拡大光学系の
相対的位置関係を記憶し、かつ前記Ｅ−Ｏプローブを前
記被測定デバイスの表面を観察する光路から実質的に外
して、前記被測定デバイスの表面に前記拡大光学系を合
焦させた第２の状態での前記拡大光学系の位置と、前記
第１状態における前記拡大光学系の位置との差を求める
第１のステップと、 前記被測定デバイス表面の前記観測位置に前記拡大光学
系を前記第２状態において合焦させる第２のステップ
と、 前記拡大光学系を前記第１のステップで求められた前記
位置差だけ前記被測定デバイスから離間させる第３のス
テップと、 前記Ｅ−Ｏプローブを前記第１のステップで記憶した前
記相対的位置関係の状態まで移動させる第４のステップ
と、 を備えることを特徴とする電圧測定装置のＥ−Ｏプロー
ブ位置決め方法。 - 【請求項２】 前記第３ステップは、前記拡大光学系を
前記位置差と所定の微小間隔の和だけ前記被測定デバイ
スから離間させることを特徴とする請求項１に記載の電
圧測定装置のＥ−Ｏプローブ位置決め方法。 - 【請求項３】 電圧測定装置は、前記拡大光学系を介し
て得られた画像を記憶する記憶手段と、この記憶内容を
出力する表示手段とを備えることを特徴とする請求項１
に記載の電圧測定装置のＥ−Ｏプローブ位置決め方法。 - 【請求項４】 前記第２ステップは前記第２の状態にお
いて前記被測定デバイス表面の前記観測位置に前記拡大
光学系を合焦させ、その時得られた画像を前記記憶手段
に記憶し、この記憶内容を前記表示手段で出力するステ
ップであることを特徴とする請求項３に記載の電圧測定
装置のＥ−Ｏプローブ位置決め方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05422593A JP3323572B2 (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 電圧測定装置のｅ−ｏプローブ位置決め方法 |
| US08/213,005 US5552716A (en) | 1993-03-15 | 1994-03-14 | Method of positioning an electrooptic probe of an apparatus for the measurement of voltage |
| EP94301813A EP0616239B1 (en) | 1993-03-15 | 1994-03-15 | Method of positioning an electro-optic probe of an apparatus for the measurement of voltage |
| DE69427316T DE69427316T2 (de) | 1993-03-15 | 1994-03-15 | Verfahren zur Positionierung einer elektronischen Sonde einer Spannungsmesseinrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05422593A JP3323572B2 (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 電圧測定装置のｅ−ｏプローブ位置決め方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06265606A JPH06265606A (ja) | 1994-09-22 |
| JP3323572B2 true JP3323572B2 (ja) | 2002-09-09 |
Family
ID=12964606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05422593A Expired - Fee Related JP3323572B2 (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 電圧測定装置のｅ−ｏプローブ位置決め方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5552716A (ja) |
| EP (1) | EP0616239B1 (ja) |
| JP (1) | JP3323572B2 (ja) |
| DE (1) | DE69427316T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5403814A (en) * | 1991-03-25 | 1995-04-04 | Ciba-Geigy Corporation | Sulfonylureas |
| US6445202B1 (en) | 1999-06-30 | 2002-09-03 | Cascade Microtech, Inc. | Probe station thermal chuck with shielding for capacitive current |
| US6055095A (en) * | 1999-07-30 | 2000-04-25 | Intel Corporation | Microscope with infrared imaging |
| US6388434B1 (en) | 2000-01-17 | 2002-05-14 | Bechtel Bwxt Idaho, Llc | Electro-optic high voltage sensor |
| US6573735B2 (en) * | 2000-06-22 | 2003-06-03 | Qualcomm Incorporated | Reliability of vias and diagnosis by e-beam probing |
| US6965226B2 (en) | 2000-09-05 | 2005-11-15 | Cascade Microtech, Inc. | Chuck for holding a device under test |
| US6914423B2 (en) | 2000-09-05 | 2005-07-05 | Cascade Microtech, Inc. | Probe station |
| DE10156210A1 (de) * | 2001-11-15 | 2003-06-05 | Infineon Technologies Ag | Prüfanordnung zur messtechnischen Untersuchung einesPrüfobjektes, insbesondere in Form einer integrierten Schaltung |
| US7492172B2 (en) | 2003-05-23 | 2009-02-17 | Cascade Microtech, Inc. | Chuck for holding a device under test |
| US7250626B2 (en) | 2003-10-22 | 2007-07-31 | Cascade Microtech, Inc. | Probe testing structure |
| US7187188B2 (en) | 2003-12-24 | 2007-03-06 | Cascade Microtech, Inc. | Chuck with integrated wafer support |
| US7535247B2 (en) | 2005-01-31 | 2009-05-19 | Cascade Microtech, Inc. | Interface for testing semiconductors |
| US7656172B2 (en) | 2005-01-31 | 2010-02-02 | Cascade Microtech, Inc. | System for testing semiconductors |
| US8319503B2 (en) | 2008-11-24 | 2012-11-27 | Cascade Microtech, Inc. | Test apparatus for measuring a characteristic of a device under test |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4446425A (en) * | 1982-02-12 | 1984-05-01 | The University Of Rochester | Measurement of electrical signals with picosecond resolution |
| US4618819A (en) * | 1984-03-27 | 1986-10-21 | The University Of Rochester | Measurement of electrical signals with subpicosecond resolution |
| JPS61165607A (ja) * | 1985-01-18 | 1986-07-26 | Hitachi Ltd | 測定装置 |
| JPH0787211B2 (ja) * | 1987-10-23 | 1995-09-20 | 日本電信電話株式会社 | 集積回路の試験装置 |
| JP2655716B2 (ja) * | 1989-03-13 | 1997-09-24 | 日本電信電話株式会社 | プローブと被測定回路との位置決め方法 |
| US5274325A (en) * | 1991-03-18 | 1993-12-28 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Method and apparatus for electro-optic sampling measurement of electrical signals in integrated circuits |
| JP2607798B2 (ja) * | 1991-03-18 | 1997-05-07 | 日本電信電話株式会社 | 集積回路の電圧信号測定方法および測定装置 |
| US5592101A (en) * | 1992-07-24 | 1997-01-07 | Hamamatsu Photonics K.K. | Electro-optic apparatus for measuring an electric field of a sample |
-
1993
- 1993-03-15 JP JP05422593A patent/JP3323572B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-03-14 US US08/213,005 patent/US5552716A/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-03-15 EP EP94301813A patent/EP0616239B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-03-15 DE DE69427316T patent/DE69427316T2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69427316D1 (de) | 2001-07-05 |
| EP0616239A3 (en) | 1995-03-08 |
| US5552716A (en) | 1996-09-03 |
| JPH06265606A (ja) | 1994-09-22 |
| DE69427316T2 (de) | 2001-10-31 |
| EP0616239A2 (en) | 1994-09-21 |
| EP0616239B1 (en) | 2001-05-30 |
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|---|---|---|---|
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