JP3381018B2 - 電界検出装置 - Google Patents
電界検出装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界により物理的
状態が変化する電気光学結晶を用いて集積回路の電極か
ら生じる電界を非接触で検出する電界検出装置に関し、
特に空間分解能の改善に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】集積回路の高密度化および高速化に伴
い、その評価技術にもサブミクロンの空間分解能や数１
００ＧＨｚの時間分解能が要求されている。従来、集積
回路内部の計測技術としては、電子ビームテスタが実用
化されている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】ところで、電子ビーム
テスタは、空間分解能についてはサブミクロンのレベル
と高い分解能であり実用に耐えうるものの、測定帯域が
数ＧＨｚ程度と低いとか、原理的に真空系が必要である
とかのため、装置が大がかりで使い勝手が悪いという問
題があった。 【０００４】また、近年ＳＦＭ（Scanning Force Micro
scope）の原理を応用した電界計測技術も提案されてい
るが、空間分解能が高すぎるためプローブの位置決めに
ナノメータ程度の制御が必要であり、ＩＣ測定にこの方
法を適用するのは難しい面がある。 【０００５】一方、集積回路基板に近接して、その集積
回路の電極からの電界により物理的状態が変化する素子
（電気光学結晶）を配置し、その物理的状態の変化を光
学的に測定する電界検出装置も従来よりよく知られてい
る。図１１は従来のこの種の電界検出装置の一例を示す
構成図である。パルスレーザ１からの光出力（直線偏
光）は偏光子３を透過し、波長板（１／４波長板）４を
通って円偏光となって電界測定用のプローブ（いわゆる
ＥＯ（ElectroOptic）プローブ）５に入る。プローブ５
には電気光学結晶が取り付けられている。 【０００６】このとき被測定素子（集積回路）６が動作
し電界が生じていれば、入射光はプローブ５の電気光学
効果により偏波面が変化して反射される。この反射光は
１／４波長板４を通過して直線偏光となり偏光子３に入
射され、ここで特定偏波面を有する光信号のみが分岐さ
れて受光素子７に入る。信号処理部８はこの受光素子７
の出力信号（偏波面の変化に対応した信号）から前記電
界の強さを求める。 【０００７】このようにこの種の電界検出装置は、被測
定素子６から発生する電界を非接触で測定することがで
きる。また数１００ＧＨｚ以上の測定帯域を有し、大気
中での測定が可能であることから、電子ビームテスタの
ような使い勝手の悪さもなく、大きさもデスクトップサ
イズ程度で済むという利点がある。 【０００８】しかしながら、このような電界検出装置で
は、集積回路内部の配線（電極）の間隔が狭い場合、図
１２から明らかなようにプローブは電極Ｃ以外のＡ，
Ｂ，Ｄ，Ｅ電極による電位の影響も受けることになり、
数ミクロン程度の空間分解能しか得られないという問題
があった。また、電界検出時にはプローブ先端を集積回
路表面に近接させておくが、所定のギャップだけ離した
状態にすることは非常に困難であるという問題があっ
た。 【０００９】本発明の目的は、このような点に鑑み、サ
ブミクロンの空間分解能が得られる電界検出装置を提供
することにある。本発明の他の目的は、プローブ先端や
集積回路表面を一度接触させた後所定のギャップだけプ
ローブを持ち上げることができると共に、前記接触の際
にはプローブ先端や集積回路表面を損傷することなく、
また接触したことが精度よく検知できるようにした電界
検出装置を提供することにある。 【００１０】 【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明では、電界により物理的状態が変化する
電気光学効果を有するプローブを集積回路基板に近接さ
せ、前記集積回路により生じる電界により変化する物理
的状態をレーザ光を利用し光学的に検出する手段を備
え、非接触で前記電界を検出することのできる電界検出
装置において、前記プローブは、その下面の一部分に導
電体から形成された針状部材が取り付けられ、この針状
部材の上面内に前記レーザ光が集光され、かつその面よ
り反射するように構成され、 他端にカウンタウェイトが
固着された天秤構造の板ばねの一端に前記プローブが取
り付けられ、板ばねの傾きを前記プローブからの戻り光
の光軸のずれにより検出してプローブの先端が前記集積
回路基板に接触したことを検知する検知手段と、 プロー
ブ先端が集積回路表面に接触した状態から所定のギャッ
プだけ離れた状態にプローブを持ち上げる手段を備え、
前記検知手段によりプローブ先端の集積回路表面への接
触を検知した後、前記プローブを持ち上げる手段により
所定のギャップだけ離れた状態にプローブを集積回路表
面から持ち上げるように構成したことを特徴とする。 【００１１】 【作用】プローブの電気光学結晶の下面の一部分に導電
体で形成した針状導体を取り付ける。針状導体の外径
は、集積回路の配線間隔よりも十分細くしてある。この
ように形成された針状導体を集積回路基板に近接させる
と、針状電極直下の電極（配線）からの電界が針状導体
に集中し、近傍の電極の電位の影響を受けなくなる。ま
た、空間分解能は針状導体の先端径にほぼ等しくなる。
このようなプローブの使用によりサブミクロンの空間分
解能で電界を検出することができる。また、カウンタウ
ェイトが固着された天秤構造の板ばねの一端に前記プロ
ーブに取り付けることにより、低接触圧でプローブ先端
を集積回路表面に接触させることができ、プローブ先端
や集積回路表面の損傷を防止できる。 また、板ばねの傾
きを前記プローブからの戻り光の光軸のずれから検出す
ることにより、プローブ先端が集積回路表面に接触した
ことを精度よく検知することができる。この接触後にプ
ローブを持ち上げる手段によりプローブを持ち上げるこ
とにより、プローブ先端と集積回路表面とを精度よく所
定のギャップだけ離れた状態にすることができる。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図１は本発明に係る電界検出装置の一実施例
を示す構成図である。図において、１１はレーザ光（入
射光）を平行光にするレンズ、１２は第１の偏光子、１
３は１／２波長板、１４はファラディローテータ、１５
は第２の偏光子、１６は波長板（ただし、１／２波長板
と１／４波長板とを組み合わせたの）、１７はビーム幅
を変更するためのコリメータレンズ、１８はハーフミラ
ー、１９は対物レンズ、２０はプローブ、３０は被測定
素子である集積回路、４０はプローブの位置決め（調
芯）用の位置監視手段である。 【００１３】なお、レンズ１１，１７、偏光子１２，１
５、波長板１３，１６、ファラディローテータ１４、ハ
ーフミラー１８、対物レンズ１９は図示しないフレーム
内に適宜取り付けられ、プローブ２０も例えばプローブ
ホルダーを介して前記フレームに取り付けられている。 【００１４】位置監視手段４０は、光源４１からの照明
光を反射するハーフミラー４２、集積回路表面を撮影す
るカメラ４４、カメラ４４用のレンズ４３より構成され
る。５１および５３はプローブからの戻り光を絞るため
のレンズ、５２および５４は光電変換機能を有する受光
素子、５５は差動増幅器、５６は集積回路の電極から発
生する電界の大きさを求めることのできる信号検出器で
ある。 【００１５】このような構成における動作を次に説明す
る。なお、プローブ部分以外の構成は周知の構成である
ので、その部分についての詳細な説明は省略する。 【００１６】直線偏光のレーザ光は、レンズ１１により
平行光となり、偏光子１２、波長板１３、ファラディロ
ーテータ１４、偏光子１５を透過し、続いて第２の波長
板１６、コリメータレンズ１７、ハーフミラー１８を通
り、対物レンズ１９を経由しプローブ２０に入る。な
お、プローブ２０に入るレーザ光は楕円偏光となるよう
に波長板で調整している。 【００１７】プローブ２０の下面で反射した光は、入射
光路を逆に辿り、偏光子１５に入る。偏光子１５では戻
り光のうちある偏光面方向の成分だけが反射し、その光
はレンズ５１を経由してフォトダイオード５２により検
出される。 【００１８】一方、偏光子１５を透過した戻り光はファ
ラディローテータ１４、波長板１３を通り偏光子１２に
入り、ある偏光面方向の成分だけが反射し、レンズ５３
を通ってフォトダイオード５４で検出される。偏光子１
５と偏光子１３で反射した光はその偏光面が９０゜ずれ
たものであり、差動増幅器５５より得られるフォトダイ
オード５２，５４の２つの出力の差から、プローブ２０
での電気光学効果により変化した偏光面３の変化を検出
することができる。 【００１９】なお、位置監視手段４０では、ハーフミラ
ー４２および１８で照明光を反射させ対物レンズ１９お
よびプローブ２０を通して集積回路３０の表面を照射
し、集積回路表面をプローブ２０、対物レンズ１９、ハ
ーフミラー１８，４２を通してレンズ４３によりカメラ
４４で撮影する。その撮像画面によりプローブ２０の集
積回路３０に対する位置を確認することができる。 【００２０】さて、次に本発明の特徴部分であるプロー
ブ部分について説明する。図２はプローブ部分の構成図
である。プローブ２０は、断面が台形状のブロック２１
と、このブロック２１に保持された電気光学部材２２
と、導電体から形成され電気光学部材２２の先端に取り
付けられた針状部材（針状導体とも言う）２３から構成
されている。針状部材２３はその先端径が集積回路の配
線を個別に区別できる程度に細く形成されている。例え
ば、０．１μｍ程度である。 【００２１】なお、ブロック２１としては例えば石英ブ
ロックが用いられ、また電気光学部材としては例えばＣ
ｄＴｅが使用される。また、針状部材２３は、電気光学
部材２２に、収束イオンビームにより、あるいは結晶の
異方性エッチングにより形成するのが望ましい。 【００２２】収束イオンビームによる針状部材（ただし
図２とは上下関係が逆になっている）２３の作成例（写
真）を図３に示す。作成手順は、まず収束イオンビーム
により図４に示すような円柱状の部材を形成し、次に先
端部を削り取ることにより、先端径約０．２ミクロンの
針状を形成する。図５は図３の先端部を上方から拡大撮
影したものである。この例では、円柱状の先端を削り取
ることにより作成しているが、収束イオンビーム法で
は、直接針状部材を形成することも可能である。 【００２３】図２に示す集積回路３０において、３１，
３２，３３は集積回路の配線（電極）を表す。なお、ブ
ロック２１と電気光学部材２２の上下各面には光学的な
損失を減ずるためのコーティングを施すのが望ましい。 【００２４】このようなプローブにおいては、対物レン
ズ１９により絞られたレーザ光を針状導体２３の上面に
集束させる。集光された光のスポット径（すなわち絞り
込まれた光の直径）は針状導体の上面径よりも小さくな
るように調整しておく。なお、カメラ４４でのプローブ
位置監視のために用いられる照明光は、破線で示す幅で
プローブ２０を透過し集積回路３０表面を照射する。 【００２５】プローブ２０を集積回路３０へ近接させた
場合の電界の様子を図６に示す。図から明らかなように
電界が針状導体２３に集中し、他の電極（Ａ，Ｂ，Ｄ，
Ｅ）の電位の影響は受けないようになっていることが分
かる。このように電界が針状導体２３に集中するため、
分解能を高めることができ、容易にサブミクロンの空間
分解能で電界を測定することができる。 【００２６】プローブ２０の集積回路表面に対する位置
合わせ（調芯）は、プローブ２０を通して行う。すなわ
ち、電気光学部材２２の底面を通して集積回路３０表面
の像をカメラ４３に結像させる。針状導体２３の大きさ
は電気光学部材２２の底面の大きさに比べて十分に小さ
いので、結像にはほとんど影響しない。図７は結像の一
例である。図からも分かるように、針状導体２３の位置
と集積回路３０の配線パターンの位置関係を直接カメラ
４４でモニタすることができる。 【００２７】なお、電界検出時には針状導体２３の先端
を集積回路３０の表面から僅かに浮かした状態（位置）
にセットしておく場合がある。そのためには、通常、図
示しない移動手段によりプローブまたは集積回路のいず
れか一方または両方を適宜上下方向に移動させて、プロ
ーブ先端と集積回路表面とを一度接触させ、その後僅か
にプローブを持ち上げて集積回路表面から所定のギャッ
プだけ離した状態にする。 【００２８】しかしながら、プローブ先端や集積回路表
面を損傷することなく接触させること、あるいは接触し
たことを精度よく検知することは結構困難なことであ
る。図８に示す本発明の他の実施例は、この問題をも解
決した電界検出装置の構成図であり、プローブ２０にマ
イクロ天秤機構を適用し、針状導体２３や集積回路３０
の表面を損傷することなく接触させることができると共
に、接触したかどうかを光学的手段により容易に検出す
ることができるようにしたものである。 【００２９】図８において、図１と異なる機構について
のみ次に説明する。６０はマイクロ天秤構造を採用した
プローブ部である。なお、その詳細は後述する。７１は
偏光子１５で反射した戻り光を反射するビームスプリッ
タ、７２はビームスプリッタ７１での反射光の進行方向
を変えるプリズム、７３はプリズム７２からの光を受け
る４分割フォトダイオード、７４は４分割フォトダイオ
ード７３の出力からプローブ先端が集積回路表面に接触
し変位したことを検出する接触変位検出器である。 【００３０】図９はプローブ部６０の天秤構造を示す原
理構成図である。同図の（ａ）は平面図、同図（ｂ）は
側面図である。水晶基板６１に切り込み部（６２，６
３）を形成し、天秤構造の板ばねを形成する。板ばね
は、小判型の梁６４と回転中心部の支持部６５ａ，６５
ｂから成り、同図（ｂ）に示すようにその一端にはプロ
ーブ２０が取り付けられ、他端の反対面にはカウンタウ
ェイトとしてのバランサ６６が取り付けられている。な
お、基板６１は図示しないプローブホルダーに取り付け
られている。 【００３１】プローブ２０が被測定素子の表面と接触し
ないときは梁６４は水平となっているが、接触したとき
はプローブ２０が持ち上げられ同図（ｃ）に示すように
天秤が傾く。天秤と同時にプローブ２０も傾き、プロー
ブ下面で反射した戻り光の光軸は図８の点線で示すよう
に入射光軸からずれ（天秤がδθ回転すると光軸がｆｓ
ｉｎ（２δθ）だけずれる。ただし、ｆは対物レンズ１
９の焦点距離）、４分割フォトダイオード７３に均等に
当たっていた光スポットの位置がずれる。これにより、
４分割のフォトダイオードに受光量の差が生じる。この
受光量の差を接触変位検出器７４で検出し、プローブ２
０の先端が被測定素子３０の表面に接触したことを検知
する。 【００３２】このような天秤機構は、基板６１の厚さを
０．１ｍｍとし、図１０に示すように梁６４の支持部６
５ａ，６５ｂからプローブの中心までの長さをＬ1 （＝
１．２５ｍｍ）、幅をＢ1 （＝１．００ｍｍ）、支持部
６５ａ，６５ｂの長さをＬ2、幅をＢ2 、天秤の微小変
位をδとすると、第１表に示すような特性となる。 ［mm］ ［mm］ ［Hz］ ［Kgfmm/rad］ ［mgf］ ただし、δ＝０．０５μｍは、本発明の接触検知におけ
る分解能である。 【００３３】第１表に示すような寸法の天秤にすれば、
固有振動数が高く（したがって外部振動の影響を受け難
い）、低接触圧の接触検知センサを作製することができ
る。 【００３４】なお、以上の説明は、説明および例示を目
的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。した
がって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、変
形をなし得ることは当業者に明らかである。 【００３５】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、サ
ブミクロンの空間分解能を得ることのできる電界検出装
置を容易に実現できる。また、プローブにマイクロ天秤
機構を適用し、かつ天秤の傾きをプローブからの反射光
の光軸からのずれにより検出できるようにしたため、プ
ローブの低接触圧での接触が実現できると共に高精度に
その接触を検知することもできる。 また、その接触後に
プローブを持ち上げるため、プローブ先端と集積回路表
面とを容易に所定のギャップだけ離すことができる。
状態が変化する電気光学結晶を用いて集積回路の電極か
ら生じる電界を非接触で検出する電界検出装置に関し、
特に空間分解能の改善に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】集積回路の高密度化および高速化に伴
い、その評価技術にもサブミクロンの空間分解能や数１
００ＧＨｚの時間分解能が要求されている。従来、集積
回路内部の計測技術としては、電子ビームテスタが実用
化されている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】ところで、電子ビーム
テスタは、空間分解能についてはサブミクロンのレベル
と高い分解能であり実用に耐えうるものの、測定帯域が
数ＧＨｚ程度と低いとか、原理的に真空系が必要である
とかのため、装置が大がかりで使い勝手が悪いという問
題があった。 【０００４】また、近年ＳＦＭ（Scanning Force Micro
scope）の原理を応用した電界計測技術も提案されてい
るが、空間分解能が高すぎるためプローブの位置決めに
ナノメータ程度の制御が必要であり、ＩＣ測定にこの方
法を適用するのは難しい面がある。 【０００５】一方、集積回路基板に近接して、その集積
回路の電極からの電界により物理的状態が変化する素子
（電気光学結晶）を配置し、その物理的状態の変化を光
学的に測定する電界検出装置も従来よりよく知られてい
る。図１１は従来のこの種の電界検出装置の一例を示す
構成図である。パルスレーザ１からの光出力（直線偏
光）は偏光子３を透過し、波長板（１／４波長板）４を
通って円偏光となって電界測定用のプローブ（いわゆる
ＥＯ（ElectroOptic）プローブ）５に入る。プローブ５
には電気光学結晶が取り付けられている。 【０００６】このとき被測定素子（集積回路）６が動作
し電界が生じていれば、入射光はプローブ５の電気光学
効果により偏波面が変化して反射される。この反射光は
１／４波長板４を通過して直線偏光となり偏光子３に入
射され、ここで特定偏波面を有する光信号のみが分岐さ
れて受光素子７に入る。信号処理部８はこの受光素子７
の出力信号（偏波面の変化に対応した信号）から前記電
界の強さを求める。 【０００７】このようにこの種の電界検出装置は、被測
定素子６から発生する電界を非接触で測定することがで
きる。また数１００ＧＨｚ以上の測定帯域を有し、大気
中での測定が可能であることから、電子ビームテスタの
ような使い勝手の悪さもなく、大きさもデスクトップサ
イズ程度で済むという利点がある。 【０００８】しかしながら、このような電界検出装置で
は、集積回路内部の配線（電極）の間隔が狭い場合、図
１２から明らかなようにプローブは電極Ｃ以外のＡ，
Ｂ，Ｄ，Ｅ電極による電位の影響も受けることになり、
数ミクロン程度の空間分解能しか得られないという問題
があった。また、電界検出時にはプローブ先端を集積回
路表面に近接させておくが、所定のギャップだけ離した
状態にすることは非常に困難であるという問題があっ
た。 【０００９】本発明の目的は、このような点に鑑み、サ
ブミクロンの空間分解能が得られる電界検出装置を提供
することにある。本発明の他の目的は、プローブ先端や
集積回路表面を一度接触させた後所定のギャップだけプ
ローブを持ち上げることができると共に、前記接触の際
にはプローブ先端や集積回路表面を損傷することなく、
また接触したことが精度よく検知できるようにした電界
検出装置を提供することにある。 【００１０】 【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明では、電界により物理的状態が変化する
電気光学効果を有するプローブを集積回路基板に近接さ
せ、前記集積回路により生じる電界により変化する物理
的状態をレーザ光を利用し光学的に検出する手段を備
え、非接触で前記電界を検出することのできる電界検出
装置において、前記プローブは、その下面の一部分に導
電体から形成された針状部材が取り付けられ、この針状
部材の上面内に前記レーザ光が集光され、かつその面よ
り反射するように構成され、 他端にカウンタウェイトが
固着された天秤構造の板ばねの一端に前記プローブが取
り付けられ、板ばねの傾きを前記プローブからの戻り光
の光軸のずれにより検出してプローブの先端が前記集積
回路基板に接触したことを検知する検知手段と、 プロー
ブ先端が集積回路表面に接触した状態から所定のギャッ
プだけ離れた状態にプローブを持ち上げる手段を備え、
前記検知手段によりプローブ先端の集積回路表面への接
触を検知した後、前記プローブを持ち上げる手段により
所定のギャップだけ離れた状態にプローブを集積回路表
面から持ち上げるように構成したことを特徴とする。 【００１１】 【作用】プローブの電気光学結晶の下面の一部分に導電
体で形成した針状導体を取り付ける。針状導体の外径
は、集積回路の配線間隔よりも十分細くしてある。この
ように形成された針状導体を集積回路基板に近接させる
と、針状電極直下の電極（配線）からの電界が針状導体
に集中し、近傍の電極の電位の影響を受けなくなる。ま
た、空間分解能は針状導体の先端径にほぼ等しくなる。
このようなプローブの使用によりサブミクロンの空間分
解能で電界を検出することができる。また、カウンタウ
ェイトが固着された天秤構造の板ばねの一端に前記プロ
ーブに取り付けることにより、低接触圧でプローブ先端
を集積回路表面に接触させることができ、プローブ先端
や集積回路表面の損傷を防止できる。 また、板ばねの傾
きを前記プローブからの戻り光の光軸のずれから検出す
ることにより、プローブ先端が集積回路表面に接触した
ことを精度よく検知することができる。この接触後にプ
ローブを持ち上げる手段によりプローブを持ち上げるこ
とにより、プローブ先端と集積回路表面とを精度よく所
定のギャップだけ離れた状態にすることができる。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図１は本発明に係る電界検出装置の一実施例
を示す構成図である。図において、１１はレーザ光（入
射光）を平行光にするレンズ、１２は第１の偏光子、１
３は１／２波長板、１４はファラディローテータ、１５
は第２の偏光子、１６は波長板（ただし、１／２波長板
と１／４波長板とを組み合わせたの）、１７はビーム幅
を変更するためのコリメータレンズ、１８はハーフミラ
ー、１９は対物レンズ、２０はプローブ、３０は被測定
素子である集積回路、４０はプローブの位置決め（調
芯）用の位置監視手段である。 【００１３】なお、レンズ１１，１７、偏光子１２，１
５、波長板１３，１６、ファラディローテータ１４、ハ
ーフミラー１８、対物レンズ１９は図示しないフレーム
内に適宜取り付けられ、プローブ２０も例えばプローブ
ホルダーを介して前記フレームに取り付けられている。 【００１４】位置監視手段４０は、光源４１からの照明
光を反射するハーフミラー４２、集積回路表面を撮影す
るカメラ４４、カメラ４４用のレンズ４３より構成され
る。５１および５３はプローブからの戻り光を絞るため
のレンズ、５２および５４は光電変換機能を有する受光
素子、５５は差動増幅器、５６は集積回路の電極から発
生する電界の大きさを求めることのできる信号検出器で
ある。 【００１５】このような構成における動作を次に説明す
る。なお、プローブ部分以外の構成は周知の構成である
ので、その部分についての詳細な説明は省略する。 【００１６】直線偏光のレーザ光は、レンズ１１により
平行光となり、偏光子１２、波長板１３、ファラディロ
ーテータ１４、偏光子１５を透過し、続いて第２の波長
板１６、コリメータレンズ１７、ハーフミラー１８を通
り、対物レンズ１９を経由しプローブ２０に入る。な
お、プローブ２０に入るレーザ光は楕円偏光となるよう
に波長板で調整している。 【００１７】プローブ２０の下面で反射した光は、入射
光路を逆に辿り、偏光子１５に入る。偏光子１５では戻
り光のうちある偏光面方向の成分だけが反射し、その光
はレンズ５１を経由してフォトダイオード５２により検
出される。 【００１８】一方、偏光子１５を透過した戻り光はファ
ラディローテータ１４、波長板１３を通り偏光子１２に
入り、ある偏光面方向の成分だけが反射し、レンズ５３
を通ってフォトダイオード５４で検出される。偏光子１
５と偏光子１３で反射した光はその偏光面が９０゜ずれ
たものであり、差動増幅器５５より得られるフォトダイ
オード５２，５４の２つの出力の差から、プローブ２０
での電気光学効果により変化した偏光面３の変化を検出
することができる。 【００１９】なお、位置監視手段４０では、ハーフミラ
ー４２および１８で照明光を反射させ対物レンズ１９お
よびプローブ２０を通して集積回路３０の表面を照射
し、集積回路表面をプローブ２０、対物レンズ１９、ハ
ーフミラー１８，４２を通してレンズ４３によりカメラ
４４で撮影する。その撮像画面によりプローブ２０の集
積回路３０に対する位置を確認することができる。 【００２０】さて、次に本発明の特徴部分であるプロー
ブ部分について説明する。図２はプローブ部分の構成図
である。プローブ２０は、断面が台形状のブロック２１
と、このブロック２１に保持された電気光学部材２２
と、導電体から形成され電気光学部材２２の先端に取り
付けられた針状部材（針状導体とも言う）２３から構成
されている。針状部材２３はその先端径が集積回路の配
線を個別に区別できる程度に細く形成されている。例え
ば、０．１μｍ程度である。 【００２１】なお、ブロック２１としては例えば石英ブ
ロックが用いられ、また電気光学部材としては例えばＣ
ｄＴｅが使用される。また、針状部材２３は、電気光学
部材２２に、収束イオンビームにより、あるいは結晶の
異方性エッチングにより形成するのが望ましい。 【００２２】収束イオンビームによる針状部材（ただし
図２とは上下関係が逆になっている）２３の作成例（写
真）を図３に示す。作成手順は、まず収束イオンビーム
により図４に示すような円柱状の部材を形成し、次に先
端部を削り取ることにより、先端径約０．２ミクロンの
針状を形成する。図５は図３の先端部を上方から拡大撮
影したものである。この例では、円柱状の先端を削り取
ることにより作成しているが、収束イオンビーム法で
は、直接針状部材を形成することも可能である。 【００２３】図２に示す集積回路３０において、３１，
３２，３３は集積回路の配線（電極）を表す。なお、ブ
ロック２１と電気光学部材２２の上下各面には光学的な
損失を減ずるためのコーティングを施すのが望ましい。 【００２４】このようなプローブにおいては、対物レン
ズ１９により絞られたレーザ光を針状導体２３の上面に
集束させる。集光された光のスポット径（すなわち絞り
込まれた光の直径）は針状導体の上面径よりも小さくな
るように調整しておく。なお、カメラ４４でのプローブ
位置監視のために用いられる照明光は、破線で示す幅で
プローブ２０を透過し集積回路３０表面を照射する。 【００２５】プローブ２０を集積回路３０へ近接させた
場合の電界の様子を図６に示す。図から明らかなように
電界が針状導体２３に集中し、他の電極（Ａ，Ｂ，Ｄ，
Ｅ）の電位の影響は受けないようになっていることが分
かる。このように電界が針状導体２３に集中するため、
分解能を高めることができ、容易にサブミクロンの空間
分解能で電界を測定することができる。 【００２６】プローブ２０の集積回路表面に対する位置
合わせ（調芯）は、プローブ２０を通して行う。すなわ
ち、電気光学部材２２の底面を通して集積回路３０表面
の像をカメラ４３に結像させる。針状導体２３の大きさ
は電気光学部材２２の底面の大きさに比べて十分に小さ
いので、結像にはほとんど影響しない。図７は結像の一
例である。図からも分かるように、針状導体２３の位置
と集積回路３０の配線パターンの位置関係を直接カメラ
４４でモニタすることができる。 【００２７】なお、電界検出時には針状導体２３の先端
を集積回路３０の表面から僅かに浮かした状態（位置）
にセットしておく場合がある。そのためには、通常、図
示しない移動手段によりプローブまたは集積回路のいず
れか一方または両方を適宜上下方向に移動させて、プロ
ーブ先端と集積回路表面とを一度接触させ、その後僅か
にプローブを持ち上げて集積回路表面から所定のギャッ
プだけ離した状態にする。 【００２８】しかしながら、プローブ先端や集積回路表
面を損傷することなく接触させること、あるいは接触し
たことを精度よく検知することは結構困難なことであ
る。図８に示す本発明の他の実施例は、この問題をも解
決した電界検出装置の構成図であり、プローブ２０にマ
イクロ天秤機構を適用し、針状導体２３や集積回路３０
の表面を損傷することなく接触させることができると共
に、接触したかどうかを光学的手段により容易に検出す
ることができるようにしたものである。 【００２９】図８において、図１と異なる機構について
のみ次に説明する。６０はマイクロ天秤構造を採用した
プローブ部である。なお、その詳細は後述する。７１は
偏光子１５で反射した戻り光を反射するビームスプリッ
タ、７２はビームスプリッタ７１での反射光の進行方向
を変えるプリズム、７３はプリズム７２からの光を受け
る４分割フォトダイオード、７４は４分割フォトダイオ
ード７３の出力からプローブ先端が集積回路表面に接触
し変位したことを検出する接触変位検出器である。 【００３０】図９はプローブ部６０の天秤構造を示す原
理構成図である。同図の（ａ）は平面図、同図（ｂ）は
側面図である。水晶基板６１に切り込み部（６２，６
３）を形成し、天秤構造の板ばねを形成する。板ばね
は、小判型の梁６４と回転中心部の支持部６５ａ，６５
ｂから成り、同図（ｂ）に示すようにその一端にはプロ
ーブ２０が取り付けられ、他端の反対面にはカウンタウ
ェイトとしてのバランサ６６が取り付けられている。な
お、基板６１は図示しないプローブホルダーに取り付け
られている。 【００３１】プローブ２０が被測定素子の表面と接触し
ないときは梁６４は水平となっているが、接触したとき
はプローブ２０が持ち上げられ同図（ｃ）に示すように
天秤が傾く。天秤と同時にプローブ２０も傾き、プロー
ブ下面で反射した戻り光の光軸は図８の点線で示すよう
に入射光軸からずれ（天秤がδθ回転すると光軸がｆｓ
ｉｎ（２δθ）だけずれる。ただし、ｆは対物レンズ１
９の焦点距離）、４分割フォトダイオード７３に均等に
当たっていた光スポットの位置がずれる。これにより、
４分割のフォトダイオードに受光量の差が生じる。この
受光量の差を接触変位検出器７４で検出し、プローブ２
０の先端が被測定素子３０の表面に接触したことを検知
する。 【００３２】このような天秤機構は、基板６１の厚さを
０．１ｍｍとし、図１０に示すように梁６４の支持部６
５ａ，６５ｂからプローブの中心までの長さをＬ1 （＝
１．２５ｍｍ）、幅をＢ1 （＝１．００ｍｍ）、支持部
６５ａ，６５ｂの長さをＬ2、幅をＢ2 、天秤の微小変
位をδとすると、第１表に示すような特性となる。 ［mm］ ［mm］ ［Hz］ ［Kgfmm/rad］ ［mgf］ ただし、δ＝０．０５μｍは、本発明の接触検知におけ
る分解能である。 【００３３】第１表に示すような寸法の天秤にすれば、
固有振動数が高く（したがって外部振動の影響を受け難
い）、低接触圧の接触検知センサを作製することができ
る。 【００３４】なお、以上の説明は、説明および例示を目
的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。した
がって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、変
形をなし得ることは当業者に明らかである。 【００３５】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、サ
ブミクロンの空間分解能を得ることのできる電界検出装
置を容易に実現できる。また、プローブにマイクロ天秤
機構を適用し、かつ天秤の傾きをプローブからの反射光
の光軸からのずれにより検出できるようにしたため、プ
ローブの低接触圧での接触が実現できると共に高精度に
その接触を検知することもできる。 また、その接触後に
プローブを持ち上げるため、プローブ先端と集積回路表
面とを容易に所定のギャップだけ離すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電界検出装置の一実施例を示す構
成図 【図２】プローブ部分の詳細を示す図 【図３】針状部材の作成例を示す図 【図４】針状部材の切削前の形状を示す図 【図５】針状部材の先端拡大図 【図６】本発明のプローブ使用時の電界の様子を示す図 【図７】カメラのモニタ像の一例を示す図 【図８】本発明の他の実施例を示す構成図 【図９】天秤構造を説明するための図 【図１０】天秤機構の寸法図 【図１１】従来の電界検出装置の一例を示す構成図 【図１２】従来のプローブ使用時の電界の様子を示す図
である。 【符号の説明】 １１、５１，５３ レンズ １２，１５ 偏光子 １３，１６ 波長板 １４ ファラディローテータ １７ コリメータレンズ １８，４２ ハーフミラー １９ 対物レンズ ２０ プローブ ２１ プロック ２２ 電気光学部材 ２３ 針状部材 ３０ 集積回路 ４０ 位置監視手段 ４１ 光源 ４３ レンズ ４４ カメラ ５２，５４ フォトダイオード ５５ 差動増幅器 ５６ 信号検出器 ６１ 水晶基板 ６２，６３ 切り込み部 ６４ 梁 ６５ａ，６５ｂ 支持部 ６６ バランサ Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ 集積回路内部の配線
成図 【図２】プローブ部分の詳細を示す図 【図３】針状部材の作成例を示す図 【図４】針状部材の切削前の形状を示す図 【図５】針状部材の先端拡大図 【図６】本発明のプローブ使用時の電界の様子を示す図 【図７】カメラのモニタ像の一例を示す図 【図８】本発明の他の実施例を示す構成図 【図９】天秤構造を説明するための図 【図１０】天秤機構の寸法図 【図１１】従来の電界検出装置の一例を示す構成図 【図１２】従来のプローブ使用時の電界の様子を示す図
である。 【符号の説明】 １１、５１，５３ レンズ １２，１５ 偏光子 １３，１６ 波長板 １４ ファラディローテータ １７ コリメータレンズ １８，４２ ハーフミラー １９ 対物レンズ ２０ プローブ ２１ プロック ２２ 電気光学部材 ２３ 針状部材 ３０ 集積回路 ４０ 位置監視手段 ４１ 光源 ４３ レンズ ４４ カメラ ５２，５４ フォトダイオード ５５ 差動増幅器 ５６ 信号検出器 ６１ 水晶基板 ６２，６３ 切り込み部 ６４ 梁 ６５ａ，６５ｂ 支持部 ６６ バランサ Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ 集積回路内部の配線
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01R 31/302 - 31/311
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】電界により物理的状態が変化する電気光学
効果を有するプローブを集積回路基板に近接させ、前記
集積回路により生じる電界により変化する物理的状態を
レーザ光を利用し光学的に検出する手段を備え、非接触
で前記電界を検出することのできる電界検出装置におい
て、前記プローブは、その下面の一部分に導電体から形成さ
れた針状部材が取り付けられ、この針状部材の上面内に
前記レーザ光が集光され、かつその面より反射するよう
に構成され、 他端にカウンタウェイトが固着された天秤構造の板ばね
の一端に前記プローブが取り付けられ、板ばねの傾きを
前記プローブからの戻り光の光軸のずれにより検出して
プローブの先端が前記集積回路基板に接触したことを検
知する検知手段と、 プローブ先端が集積回路表面に接触した状態から所定の
ギャップだけ離れた状態にプローブを持ち上げる手段を
備え、 前記検知手段によりプローブ先端の集積回路表面への接
触を検知した後、前記プローブを持ち上げる手段により
所定のギャップだけ離れた状態にプローブを集積回路表
面から持ち上げるようにした 電界検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24941996A JP3381018B2 (ja) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | 電界検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24941996A JP3381018B2 (ja) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | 電界検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1090371A JPH1090371A (ja) | 1998-04-10 |
| JP3381018B2 true JP3381018B2 (ja) | 2003-02-24 |
Family
ID=17192701
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24941996A Expired - Fee Related JP3381018B2 (ja) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | 電界検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3381018B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100859819B1 (ko) | 2007-04-02 | 2008-09-23 | 한국기계연구원 | 극초단 펄스 레이저 가공 장치 |
| US8450552B2 (en) | 2009-05-18 | 2013-05-28 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | Pyrolysis reactor materials and methods |
| JP6539227B2 (ja) * | 2016-05-25 | 2019-07-03 | 日本電信電話株式会社 | 電界検出装置 |
-
1996
- 1996-09-20 JP JP24941996A patent/JP3381018B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1090371A (ja) | 1998-04-10 |
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