JP4650084B2 - 受光デバイス測定装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、受光デバイスに光を照射して、その特性を測定する受光デバイス測定装置と、受光デバイス測定方法とに関する。

受光デバイスは、組み立て後の最終製品の形態で、所定の光を照射したときの光学的特性（受光特性）を保証する必要がある。
ところが、半導体ウェハ状態の受光デバイスについて、その電気的特性（消費電流、暗電流等）を半導体ウェハ検査装置で測定し、電気的特性のみの良否を判定し、組立後の製品段階で受光特性を測定すると、電気的特性では良品と判定されたものが受光特性では不良品と判定されることがある。
このような、不良デバイスを組み立てることは、部材および工数のロスになるからコスト的に不利であり、また、開発段階の試作時には組立を待たなければ問題点が明確にならないことから、このことが開発期間を長くする要因となる。

そこで、半導体ウェハ状態で受光デバイスに光を照射し、その受光特性を測定する装置が種々提案されている（たとえば特許文献１〜３参照）。

特許文献１に記載されている受光デバイス測定装置は、図１０に示すように、ウェハ保持用のステージ８１に設置された半導体ウェハ８３について、その１つの受光デバイス８３Ａの受光面に光ファイバー８２を通して光を照射し、受光デバイス８３Ａの電極に金属接触針（プローブ）８４を接触させて受光特性を測定するものである。

特許文献２に記載されている受光デバイス測定装置は、とくに図示しないが、プローブを受光デバイスの電極に接触させた状態で光を照射する手段として積分球を備えていることから、その開口部から均一な光を比較的広い面積に照射することができる。積分球内にＬＥＤとフォトダイオードを備え、フォトダイオードの出力に基づいて照射光量を制御する。

特許文献３に記載されている受光デバイス測定装置は、光源からの光と補助光源からの光を光学系で合成し、合成後の光をウェハに照射するとともに、ハーフミラーでモニタ光に導き光照度の制御に用いる。
特公平１−１７２５１号公報 特開２００３−２９７８８４号公報 特開２００４−２０７４８７号公報

特許文献１に記載されている受光デバイス測定装置は、光ファイバー８２を用いるために、そのファイバーを曲げる角度とレーザ波長によっては、光パワーの一部が光ファイバー８２の外部にもれることがある。この場合、光ファイバー８２内の屈折率はレーザ波長によって変化することから光学的損失（光パワーのロス）が発生し、光パワーを入射し素子の出力レベルを測定する受光感度特性などを正確に測定できない。

特許文献２に記載されている受光デバイス測定装置は、積分球の内面で光強度を均一にすることができても、フォトディテクタにより検出される光強度と、実際にウェハに照射される光強度が等しいとは限らないし、何よりも、装置が大掛かりとなってコスト的に不利である。

特許文献３に記載されている受光デバイス測定装置も、高価な部品を多数集積化した光学系が大規模で、コスト的に不利である。

本発明が解決しようとする課題は、受光デバイスの光学特性（受光特性）の測定を比較的精度よく低コストで実現することである。

本発明に係る受光デバイス測定装置は、被検査対象の受光デバイスに光を出射する第１発光デバイスと、前記第１発光デバイスと異なる向きに光を出射する第２発光デバイスと、前記第２発光デバイスからの光を受光し、当該光の受光量に応じた出力を発生させる受光手段と、前記受光手段へ照射する基準用光の電力を変化させて当該受光手段の入力電力と出力電力の関係を校正用の受光感度特性として取得し、前記第１発光デバイスと前記第２発光デバイスを同じ電流で定電流駆動したときに、前記受光手段の出力から得られる出力電力を前記校正用の受光感度特性と参照することで、前記受光デバイスに入射される光電力を求め、前記定電流駆動の電流値を変えながら前記受光デバイスの出力を複数回測定し、各測定の測定値を、前記求めた光電力に基づいて校正することによって前記受光デバイスの受光感度特性を求める測定手段と、を有する。
本発明では、好適に、前記第１発光デバイスと前記第２発光デバイスは、所定レベル以下の違いを有するほぼ同一な特性を備えたものとして予め選出されたものである。

本発明に係る受光デバイス測定方法は、ほぼ同一な特性を有する第１発光デバイスと第２発光デバイスとを選出するステップと、前記第２発光デバイスからの光を受光する受光手段に対し基準用光を照射し、当該基準用光の電力を変化させて当該受光手段の入力電力と出力電力の関係を校正用の受光感度特性として取得するステップと、前記第１発光デバイスと前記第２発光デバイスとに同一な電流を流す定電流駆動を行うことにより、前記第１発光デバイスからの光を被検査対象の受光デバイスに照射し、前記第１発光デバイスからの光と異なる向きの前記第２発光デバイスからの光を前記受光手段に照射するステップと、前記受光手段の出力から得られる出力電力を前記校正用の受光感度特性と参照することで、前記受光デバイスに入射される光電力を求めるステップと、前記定電流駆動の電流値を変えながら前記受光デバイスの出力を複数回測定し、各測定の測定値を、前記求めた光電力に基づいて校正することによって前記受光デバイスの受光感度特性を求めるステップと、を含む。

本発明によれば、被検査対象の受光デバイスに光を照射する光源（第１発光デバイス）のほかに、モニタ用光源として第２発光デバイスを備えている。そして、第２発光デバイスからの光を受光する受光手段の出力に基づいて、非検査対象の受光デバイスの受光感度特性を測定した結果を校正する。この場合、単一の光源からの光を被検査対象に向う向き以外に曲げる必要が無い。
本発明では、予め特性がほぼ揃った第１および第２発光デバイスを選定して用いて発光させることができる。あるいは、これらの発光デバイスの発光特性を予め測定しておき、その結果により受光手段の出力を校正してもよい。

本発明によれば、受光デバイスの光学特性（受光特性）の測定を比較的精度よく低コストで実現できるという利点がある。また、装置の小型化が可能である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１に、半導体ウェハ状態で受光デバイスを測定する受光デバイス測定装置の構成概略を示す。
図解した受光デバイス測定装置は、ＬＳＩテスタ１とプローバ装置５を有する。プローバ装置５内に、プローブを装備したプローブカード基板４、プローブカード基板４の多数のピンと電気的に接続されている測定回路が形成されているウェハ測定ボード２、ウェハ測定ボード２とプローブカード基板４とを接続するためのコンタクトリング８、および、ウェハ保持用のステージ７を備える。ステージ７に、被検査対象デバイス（以下、「ＤＵＴ（Device Under Test）と称する」）を有する半導体ウェハ６が載置されている。ＬＳＩテスタ１とウェハ測定ボード２とは、インターフェースとしてのケーブル３ａおよびコネクタ３ｂを介して電気的に接続されている。

図２に、ウェハ測定ボード２とプローブカード基板４との組み立て図を示す。
ウェハ測定ボード２とプローブカード基板４間は、コンタクトリング８に形成されている複数のソケット（不図示）とピン４Ａにて電気的に接続され、それらの固定はネジ４Ｂによって行われる。プローブカード基板４がウェハ測定ボード２と一体となっていない理由は、プローブの寿命を考慮し、プローブカード基板４を交換する必要があるからである。
なお、ウェハ測定ボード２には、ＤＵＴを測定するための測定回路を構成する部品として、リレー、コンデンサ、抵抗など様々な電気部品が実装されている。ウェハ測定ボード２の先端部のカードエッジ２Ｂは、ＬＳＩテスタと電気的に接続するために、コネクタ３ｂ（図１参照）に差し込まれる部分である。

図３は、受光デバイス測定装置のプローブカード基板４を中心とした部分を示す断面図である。半導体ウェハ６の１ペレットがＤＵＴ１０であり、図３は、そのＤＵＴ１０にプローブカード基板４のプローブを接触させている状態を示している。
図３において、プローブカード基板４は、ＤＵＴ１０の電極パッド（不図示）に各々接触しているプローブ１１と、プローブ１１を保持し、これをプローブカード基板４に固定するためのプローブ保持台１２とを備える。なお、図３において、図１および図２に示すウェハ測定ボード２、および、ウェハ測定ボード２とプローブカード基板４とを多数のピン４Ａにより電気的に接続するためのコンタクトリング８は図示を省略している。

プローブカード基板４のプローブ１１が固定された面と反対側に、後述する測定治具５０のベースとなる補助基板１３が設けられている。補助基板１３は、位置決めピン１４ａおよび１４ｂによってプローブカード基板４の所定の位置に対して位置決めされている。なお、実際には、プローブカード基板４と補助基板１３との間に、コンタクトリング８およびウェハ測定ボード２が介在する。
コンタクトリング８およびウェハ測定ボード２を介して行われる補助基板１３とプローブカード基板４との固定は、図３では省略しているネジなどによって行われる。つまり、まず、図２に示し既に説明したように、ウェハ測定ボード２に固定されているコンタクトリング８に対して、ネジによりプローブカード基板４を固定する。つぎに、ウェハ測定ボード２に対して、別のネジ（不図示）によって補助基板１３を固定する。このため、補助基板１３とプローブカード基板４は何れも、ウェハ測定ボード２に対して取り外し可能となっている。

プローブカード基板４上に、受光デバイスの測定治具５０が固定されている。
測定治具５０は、ＤＵＴ１０の光源としてのＬＥＤ（本発明の「第１発光デバイス」に相当、以下、「光源ＬＥＤ」という）１５、光源ＬＥＤ１５とほぼ同一特性を有するモニタ用のＬＥＤ（本発明の「第２発光デバイス」に相当、以下、モニタＬＥＤという）１９、および、モニタＬＥＤ１９の光パワーをモニタするモニタ受光デバイス、たとえばフォトディテクタ（以下、モニタＰＤという）２２を保持するためのものである。測定治具５０は、補助基板１３に多くの部材を固定することによって組み立てられている。
詳細は後述するが、測定治具５０はプローブカード基板４等に対して着脱でき、これによって受光デバイス測定機能を、一般的なプローブカードに付加することを可能にしている。

測定治具５０内に、光源ＬＥＤ１５とモニタＬＥＤ１９の各電極（アノードおよびカソード）を接続するためのＬＥＤ配線基板１７が設けられている。ＬＥＤ配線基板１７は、スペーサ１６を介して補助基板１３との距離が規定されている。ＬＥＤ配線基板１７は、光源ＬＥＤ１５とモニタＬＥＤ１９間の光が互いに干渉しないようにする遮光板、さらには、インピーダンスマッチング用抵抗Ｒ２等の電子部品の実装基板も兼ねている。ＬＥＤ配線基板１７からケーブル２４ａが引き出されて、これがコネクタ（不図示）を介して補助基板１３に接続されている。

ＬＥＤ配線基板１７の図３における下面に光源ＬＥＤ１５が取り付けられている。光源ＬＥＤ１５は、補助基板１３、不図示のウェハ測定ボード２およびプローブカード基板４、ならびに、プローブ保持台１２の各々のほぼ中央に形成されている開口部内に臨み、その光源ＬＥＤ１５の先端がプローブ１１の先端付近に近接するように配置される。

一方、モニタＬＥＤ１９は、ＬＥＤ配線基板１７の光源ＬＥＤ１５と反対側の面に取り付けられている。モニタＬＥＤ１９は、たとえば光源ＬＥＤ１５と同一ロットから選別されたものであり、このため両者はほぼ同一の特性を有する。
モニタＬＥＤ１９の取り付け位置周囲に、ＬＥＤ配線基板１７から立設した立設部２０が設けられ、立設部２０にモニタ用受光デバイスとしてのモニタＰＤ２２を保持するＰＤ配線基板２３が固定されている。
モニタＰＤ２２は、ウェハ状態のＤＵＴ１０と同じ品種の受光デバイスを透明樹脂（もしくはガラス）によってパッケージングしたものであり、モニタＬＥＤ１９の光パワーをモニタするためにＰＤ配線基板２３の下面に実装されている。ＰＤ配線基板２３は、モニタＰＤ２２の端子に接続する内部配線（不図示）を有し、当該内部配線からケーブル２４ｂが引き出されて、これがコネクタ（不図示）を介して補助基板１３に接続されている。なお、図３においては、モニタＬＥＤ１９ならびに光源ＬＥＤ１５を保持するハウジングは図示していない。

ここで、光源ＬＥＤ１５からＤＵＴ１０に与える光パワーと、モニタＬＥＤ１９からモニタＰＤ２２に与える光パワーは同じレベルが望まれるので、光源ＬＥＤ１５先端からＤＵＴ１０の受光面までの距離（D1）と、モニタＬＥＤ１９先端からモニタＰＤ２２の受光面までの距離（D2）は同じに設定することが好ましい。

このように配置されている光源ＬＥＤ１５、モニタＬＥＤ１９、モニタＰＤ２２およびＤＵＴ１０と、ウェハ測定ボード２（不図示）とは、ケーブル２５,３１および３２によって接続されている。
本例では、これらケーブルのコネクタとしてはＳＭＡ(Subminiature A)コネクタを用いている。より詳細には、補助基板１３にＳＭＡオス側のコネクタ２６と２７が実装され、プローブカード基板４にＳＭＡオス側のコネクタ４１が実装されている。そして、コネクタ２６には同軸ケーブル２５が、コネクタ２７には同軸ケーブル３１が、コネクタ４１には同軸ケーブル３２が、各ケーブルの一端に設けられているＳＭＡメス側のコネクタを介して接続されている。同軸ケーブル２５,３１,３２の図示していない他端も同様に、それぞれＳＭＡコネクタ対によってウェハ測定ボード２（不図示）に接続されている。
このうち同軸ケーブル２５は、２個のＬＥＤ（光源ＬＥＤ１５とモニタＬＥＤ１９）を駆動する電流を供給するためのラインである。同軸ケーブル３１は、モニタＰＤ２２の出力のためのラインである。また、同軸ケーブル３２は、ＤＵＴ１０の出力のためのラインである。

補助基板１３からは、さらに電源電圧Ｖcc、基準電圧Ｖeeおよび接地電圧ＧＮＤを供給する電源供給ケーブル２８が引き出されている。電源供給ケーブル２８の先端にコネクタ（オス側）２８Ａが設けられている。なお、ウェハ測定ボード２にコネクタ（メス側）を設け、電源供給ケーブル２８を補助基板１３から取り外せるようにしてもよい。

測定治具５０の内部構成部品（２つのＬＥＤとＰＤ、これらを保持するための基板や部品）は遮光カバー３０に覆われている。
遮光カバー３０は、同軸ケーブル２５,３１のコネクタによって補助基板１３に着脱可能になっている。

図４に遮光カバー３０の上面図を、図５に遮光カバー３０の組み付け図を示す。
図４に示すように、遮光カバー３０の開放面（下面）端部に、その側面に対して外側に突出するフリンジ部３０Ａを備えている。フリンジ部３０Ａの対抗する２箇所に耳部４０ａおよび４０ｂが設けられている。耳部４０ａおよび４０ｂは、それぞれＳＭＡコネクタ（オス側）を通すための円形の穴を備える。
図５に示すように、耳部４０ａおよび４０ｂは、それぞれ同軸ケーブル２５,３１に対応したＳＭＡオス側のコネクタ２６,２７に通され、その上から、同軸ケーブル２５,３１のＳＭＡメス側のコネクタ２５Ａ,３１Ａで締め付けられる。これにより、遮光カバー３０および同軸ケーブル２５,３１を同時に、補助基板１３に固定することができる。

同軸ケーブル２５,３１の先端に設けられているＳＭＡメス側のコネクタ２５Ａ,３１Ａを逆に回すことによって、同軸ケーブル２５,３１を補助基板１３から外すことができる。これによって、遮光カバー３０の固定（圧着）が解除され、遮光カバー３０を補助基板１３から外すことができる。
この遮光カバー３０の取り付け構造によって、遮光カバー３０を外すと必ず同軸ケーブル２５が補助基板１３から離れて駆動電流がＬＥＤに流れなくなり、発光が止まる。このため遮光カバー３０を外した時、ＬＥＤの発光が停止することから、安全上好ましい。

なお、本実施の形態では、この遮光カバー３０と同軸ケーブル２５との同時着脱のための取り付け構造は望ましいが、必須ではない。この場合、別途安全上遮光カバー３０を外した時、ＬＥＤが発光を停止するような対策を施すことが好ましい。
また、補助基板１３とウェハ測定ボード２（不図示）の接続に各種同軸ケーブル２５,３１,３２を用い、また、電源供給ケーブル２８にもコネクタを使用したが、そのことも必須ではない。たとえば、補助基板１３とウェハ測定ボード２との接続を、両者を連結するコネクタとピンにより実現してもよい。

図６に、検査状態における受光デバイス測定装置の電気的回路図を示す。
ＬＳＩテスタ１内に、定電流源５１、ＡＣ信号源５２およびその等価出力抵抗Ｒ１（たとえば５０オーム）、出力リレースイッチＳ１、電圧源５３,５４,５５,５６、ならびに、ＡＣ／ＤＣレベル測定用の電圧計５７,５８が装備されている。定電流源５１と電圧源５３,５４,５５,５６の電圧値、および、ＡＣ信号源５２の周波数と出力振幅レベルは、ＬＳＩテスタ１の仕様の範囲内において任意に設定できる。

ウェハ測定ボード２と接続されているプローブカード基板４に、測定治具５０およびプローブ１１が装備されている。プローブ１１は、ＤＵＴ１０の電極パッド（図示せず）とコンタクトしている。

本例におけるＤＵＴ１０は、入射された光のパワーレベルに比例した電流が流れるフォトダイオード７０と、その電流を適切な電圧に変換する電流電圧変換回路７１とをチャンネル数分（本例では１チャンネル）内蔵している。
このフォトダイオード７０とその電流電圧変換回路７１からなる回路ブロックのチャンネル数は、ここでは１チャンネルとしているが、光の放射角度が比較的広いタイプ（広指向性）のＬＥＤを使用すれば複数チャンネル内蔵の受光デバイスにも対応できる。またフォトダイオード７０単体の構成でも測定が可能で、その場合、電流電圧変換回路７１は省略される。

本例における電流電圧変換回路７１は、差動アンプ７２と帰還抵抗Ｒ３を有する。差動アンプ７２の反転入力「−」と接地電圧との間にフォトダイオード７０が接続され、差動アンプ７２の反転入力「−」と出力との間に帰還抵抗Ｒ３が接続されている。差動アンプ７２に電源電圧Ｖccと基準電圧Ｖeeが供給され、その非反転入力「＋」は接地されている。
差動アンプ７２の出力はプローブ１１からＤＵＴ１０の外部に取り出され、さらに同軸ケーブル３２および６２を介してＬＳＩテスタ１のＡＣ／ＤＣレベル測定用の電圧計５７に接続されている。電源電圧Ｖccおよび基準電圧Ｖeeは、それぞれプローブ１１を介し、ＬＳＩテスタ１内の可変電圧源５５,５６から供給される。フォトダイオード７０への入射光パワーは測定治具５０内の光源ＬＥＤ１５から付与される。

測定治具５０内に、光パワーを供給する光源ＬＥＤ１５およびモニタＬＥＤ１９と、インピーダンスマッチング用の抵抗Ｒ２とが内蔵されている。なお、図６において参照符号「Ｓ２」により示すスイッチは、測定治具５０の遮光カバー３０を外すと（図５参照）、駆動電流を供給している同軸ケーブル２５が治具から離れて駆動電流の供給が停止し発光が止まることから、この作用を等価的なスイッチで表現したものである。
これら等価スイッチＳ２、抵抗Ｒ２、モニタＬＥＤ１９および光源ＬＥＤ１５は、同軸ケーブル２５のコネクタ対２６,２５Ａと接地電圧との間に縦続接続されている。このため、モニタＬＥＤ１９と光源ＬＥＤ１５には常に同じ駆動電流が供給される。
なお、この駆動電流の供給方法はモニタＬＥＤ１９と光源ＬＥＤ１５とがほぼ同一の特性を有することを前提とするが、その特性差が無視できない場合は、モニタＬＥＤ１９と光源ＬＥＤ１５の駆動電流を個別に制御して、発光パワーを揃える方法の採用も可能である。

モニタＰＤ２２は、ここではＤＵＴ１０と同様の品種を使用していることから回路構成がＤＵＴ１０と同一であり、フォトダイオード７０、差動アンプ７２および帰還抵抗Ｒ３を含む。
差動アンプ７２の出力はコネクタ対２７,３１Ａを通って同軸ケーブル３１および６３を介してＬＳＩテスタ１のＡＣ／ＤＣレベル測定用の電圧計５８に接続されている。電源電圧Ｖccおよび基準電圧Ｖeeは電源供給ケーブル２８、コネクタ２８Ａ、ケーブル６４を介し、ＬＳＩテスタ１内の可変電圧源５３,５４から供給される。フォトダイオード７０への入射光パワーはモニタＬＥＤ１９から付与される。

ウェハ測定ボード２内でＬＥＤの電源供給用の同軸ケーブル２５に高周波重畳回路６１が接続されている。高周波重畳回路６１は、ＬＳＩテスタ１からのＬＥＤ駆動用の定電流にＡＣ信号を重畳させる回路である。
高周波重畳回路６１のＤＣ入力と、ＬＳＩテスタ１内の源電圧Ｖddの供給線との間に定電流源５１が接続されている。高周波重畳回路６１のＡＣ入力と、ＬＳＩテスタ１内の接地電圧の供給線との間に、出力リレースイッチＳ１、等価出力抵抗Ｒ１およびＡＣ信号源５２が接続されている。

図７に、高周波重畳回路６１のＤＣ入力ノードＮａ、ＡＣ入力ノードＮｂ、出力ノードＮｃのライン構成を示す。これらの全てのノードに接続されるケーブルとして、信号線の周囲を接地電圧のラインでシールドした同軸ケーブルが用いられている。

図８に、高周波重畳回路６１の回路例を示す。
高周波重畳回路６１は、ノイズ除去用のコンデンサＣ１、ＤＣカット用のカップリングコンデンサＣ２およびチョークコイルＬ１を有する。チョークコイルＬ１がＤＣ入力ノードＮａと出力ノードＮｃとの間に接続され、コンデンサＣ１がＤＣ入力ノードＮａと接地電圧との間に接続され、カップリングコンデンサＣ２がＡＣ入力ノードＮｂと出力ノードＮｃとの間に接続されている。

出力リレースイッチＳ１がオフのときは、ＬＳＩテスタ１内の定電流源５１からの定電流がＤＣ入力ノードＮａから高周波重畳回路６１内に供給され、チョークコイルＬ１をスルーしてそのまま出力ノードＮｃから出力される。このＤＣ的な動作では、チョークコイルＬ１のインピーダンス（ＤＣ抵抗）は、ほぼゼロであることから、ＬＳＩテスタ１からのＬＥＤ駆動電流用の定電流はそのまま（すなわち、殆ど損失することなく）チョークコイルＬ１をスルーし、モニタＬＥＤ１９および光源ＬＥＤ１５に供給される。

出力リレースイッチＳ１がオンすると、ＡＣ信号はＬＳＩテスタ１内のＡＣ信号源５２から、等価出力抵抗Ｒ１、オン状態の出力リレースイッチＳ１を通ってＡＣ入力ノードＮｂに供給される。そして、ＤＣ入力ノードＮａ点から供給されている定電流に、カップリングコンデンサＣ２を介してＡＣ信号が重畳される。このＡＣ動作では、チョークコイルＬ１のインピーダンスがほぼ無限大となることから、モニタＬＥＤ１９および光源ＬＥＤ１５の動作電圧値を一定と仮定した場合、ＡＣ信号源５２からのＡＣ信号（ＡＣ電流）は、等価出力抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２、モニタＬＥＤ１９および光源ＬＥＤ１５を通って、接地電圧のラインに流れる。よって高周波重畳されるＡＣ電流は、ＡＣ信号源５２の振幅を、等価出力抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の抵抗値の和で割った値となる。つまり、ＡＣ電流の重畳レベルは、これらの抵抗値とＡＣ信号の振幅に応じて決められる。なお、抵抗Ｒ２はインピーダンスマッチング用で、ＬＥＤの駆動電流ラインのインピーダンスを同軸ケーブル２５のインピーダンスに合わせるために設けられている。

つぎに、以上のように構成されている受光デバイス測定装置を用いて具体的テスト方法を、主に図６を用いて説明する。
モニタＰＤ２２を測定治具５０に装着する前の事前準備として、モニタＰＤ２２に予め基準用の光パワーを入射し、このときの光パワーレベルも必要に応じ複数のレベルで変化しながら、そのＤＣ出力データを繰り返し測定する。この測定結果から、モニタ受光デバイス２２の受光感度特性、すなわち出力ＤＣ電圧と入射光パワーとの関係を求め、これを校正用として記録する。
同様に、高周波重畳された基準用光パワーを照射し、このときの周波数も必要に応じ複数の値で変化しながら、そのＡＣ出力データを繰り返し測定する。この測定結果から、モニタＬＥＤ１９の周波数特性を求め、これを校正用として記録する。なお、モニタＬＥＤ１９と光源ＬＥＤ１５の周波数特性が異なる場合は、その校正も行う。つまり、光源ＬＥＤ１５の校正用データから、モニタＬＥＤ１９の周波数特性を校正した後、記録する。

＜受光感度特性の測定＞
ステップ１：モニタＰＤ２２を測定治具５０に装着し、ＤＵＴ１０にプローブ１１を接触させる。この状態で、所定の駆動電流を、ＬＳＩテスタ１から高周波重畳回路６１およびウェハ測定ボード２の同軸ケーブル２５を介して、モニタＬＥＤ１９と光源ＬＥＤ１５に流す。
このとき出力リレースイッチＳ１はオフとしておく。このためＡＣ信号源５２からのＡＣ信号は高周波重畳回路６１に入力されず、駆動電流に対し高周波重畳が行われない。
これにより、モニタＬＥＤ１９と光源ＬＥＤ１５に同一の駆動電流が流れる。このとき両ＬＥＤとして、ほぼ同じ特性のものが予め選定されているとすると、両ＬＥＤは、ほぼ同量の光パワーを出力し、ＤＵＴ１０とモニタＰＤ２２とにそれぞれ、ほぼ同量の光パワーが入射する。また、モニタＬＥＤ１９と光源ＬＥＤ１５において、それらの動作電圧（アノードＡとカソードＫ間の電圧）もほぼ同じであることから、互いに消費する電力も同等となる。したがって、モニタＬＥＤ１９と光源ＬＥＤ１５では、温度上昇による光出力低下の割合も、たとえば約１％／℃程度で同じとなる。

ステップ２：モニタＰＤ２２の出力をＬＳＩテスタ１内のＤＣ／ＡＣ測定用の電圧計５８で測定し、モニタＬＥＤ１９の光出力のＤＣレベルを測定する。モニタＰＤ２２の感度特性は予め測定してあるので、このモニタＬＥＤ１９の光出力のＤＣレベルとモニタＰＤ２２の感度特性を参照して、ＤＵＴ１０に入射された光出力パワーを求める。

ステップ３：ＤＵＴ１０の出力をＬＳＩテスタ１内のＤＣ／ＡＣ測定用の電圧計５７で測定し、ＤＣレベルを測定する。必要に応じ、この測定を入射光のパワーレベル（定電流源５１のＤＣ駆動電流値）を変えながら必要な回数繰り返す。そして、このＤＵＴ１０の各測定結果を、上記ステップ２に示すモニタＰＤ２２の光出力パワーの算定結果に基づいて校正し、ＤＵＴ１０の正確な受光感度特性（入力パワーに対する出力パワーの変化特性）を求める。
この測定では、モニタＰＤ２２の振幅レベルに基づいて、上記ステップ２で求めた光出力パワーが適切なパワーとなるように定電流源５１の駆動電流値を制御することが望ましい。

＜周波数特性の測定＞
ステップ１：所定の駆動電流をＬＳＩテスタ１の定電流源５１から高周波重畳回路６１に流す。また、出力リレースイッチＳ１をオンし、ＡＣ信号源５２からＡＣ信号を高周波重畳回路６１に与え、そのＡＣ信号を定電流源５１から駆動電流に重畳させる。そして、ＡＣ信号が重畳された駆動電流を、ウェハ測定ボード２の同軸ケーブル２５を介して、測定治具５０内のモニタＬＥＤ１９と光源ＬＥＤ１５に流す。この時、モニタＬＥＤ１９と光源ＬＥＤ１５に同一の駆動電流が流れ、また、両者はほぼ同じ特性のものとして予め選定されている。このためＤＵＴ１０とモニタＰＤ２２からは、ほぼ同量の高周波重畳された光出力が得られる。

ステップ２：モニタＰＤ２２の出力をＬＳＩテスタ１内のＤＣ／ＡＣ測定用の電圧計５８で測定し、その振幅レベルを求める。この求めたモニタＰＤ２２のＡＣ振幅レベルを、予め測定しているモニタＰＤ２２の感度特性に照らして、ＤＵＴ１０に入射された光出力のパワーを算定する。

ステップ３：ＤＵＴ１０の出力をＬＳＩテスタ１内のＤＣ／ＡＣ測定用の電圧計５７で測定し、ＤＣレベルを測定する。必要に応じ、この測定を入射光のパワーレベル（定電流源５１のＤＣ駆動電流値）を変えながら必要な回数繰り返す。そして、このＤＵＴ１０の各測定結果を、上記ステップ２に示すモニタＰＤ２２の光出力パワーの算定結果に基づいて校正し、ＤＵＴ１０の正確な受光感度特性（入力パワーに対する出力パワーの変化特性）を求める。
この測定では、モニタＰＤ２２の振幅レベルに基づいて、上記ステップ２で求めた光出力パワーが適切なパワーとなるように定電流源５１およびＡＣ信号源５２のＤＣ及び／又はＡＣの駆動電流値を制御することが望ましい。

本実施の形態では、ＡＣ重畳時の受光感度特性を測定可能な構成と、その測定方法を説明したが、なお周波数特性を測定する必要がない場合、高周波重畳回路６０は不要となる。
また光源としてＬＥＤの代わりに半導体レーザを使用することもできる。その場合、半導体レーザに供給する駆動電流を閾値以下に設定すれば、ＬＥＤ光となるので、上記測定方法がそのまま適用できる。

［第２実施形態］
本実施形態が上記第１実施形態と異なる点は、検査対象を半導体ウェハではなく組立て品（チップをパッケージに収納した受光デバイス）としたことである。

図９は、第２実施形態における受光デバイス測定装置の要部を示す断面図である。
図９を図３と比較すると明らかなように、この受光デバイス測定装置は、図３に示すプローブカード基板４を含むウェハ測定ボード２の機能を有し、ＤＵＴ１０がパッケージに収容された組み立て品を保持する検査治具９０と、検査治具９０上に補助基板１３および測定治具５０を保持するための保持台９１とを備えている。この検査治具９０は、図６に示すプローブカード基板４を含むウェハ測定ボード２の機能を全て合わせ持つものである。検査治具９０と測定治具５０と接続は、同軸ケーブル２５,３１および電源供給ケーブル２８により達成されている。なお、図３に示す同軸ケーブル３２の役割、すなわちＤＵＴ１０と検査治具９０との接続は、検査治具９０内の内部配線（不図示）により達成されている。
図９と図３の比較において、上記以外の構成は前述した図３の場合と同じであり、同一符号を付して、その構成の説明を省略する。

図９においては、受光デバイス測定装置を構成するハンドラ、テストヘッド、ＤＵＴと検査治具と電気的に接続するコンタクトプローブ、および、機械的に固定するソケット、ＬＥＤのハウジングなどは図示していない。
図１に示す受光デバイス測定装置を本実施形態に適用する場合、ウェハ測定ボード２、プローブカード基板４、半導体ウェハ６、ステージ７およびコンタクトリング８は省略され、図９に示す検査治具９０がコネクタ３ｂに差し込まれて用いられる。このため、プローバ装置５の構成を簡素化し、小型化することができる。
なお、具体的テスト方法の例については、第１実施形態と共通であることから、その説明は省略する。

以上述べてきた第１および第２実施形態によれば、予め選定し特性の揃った２個の発光ダイオード（光源ＬＥＤ１５とモニタＬＥＤ１９）を、補助基板を介して所定の治具等に装備する。それらをシリーズに接続し、同量の駆動電流が流れるような回路構成にし、１個（光源ＬＥＤ１５）は被測定対象のＤＵＴ１０に対して光を照射、残りの１個（モニタＬＥＤ１９）はモニタ用として補助基板上に装備したモニタＰＤ２２に光を照射する。そのモニタＰＤ２２の出力を常時モニタすることによって、受光デバイス（ＤＵＴ１０）の受光感度特性を、このモニタ出力に基づいて校正する。このとき、モニタ出力に基づいて、ＤＵＴ１０の測定で得られた光出力パワーが適切なパワーとなるように定電流源５１のＤＣ駆動電流値（及び／又はＡＣ信号源５２のＡＣ駆動電流値）を制御することが望ましい。

この受光デバイス測定装置および測定方法は、以下の利点がある。
第１に、モニタＰＤ２２により常時光パワーをモニタしているので、ＤＵＴ１０について精度の良い測定ができる。
第２に、レンズなど光学系部材を必要としないので、測定システムのローコスト化、小型化が可能である。
第３に、光源にＬＥＤを使用しているので、測定システムのローコスト化が可能である。また、ＬＥＤの交換も容易であり、メンテナンス性も高い。

更に、以下の利点もある。
遮光カバー３０を外した時、ＬＥＤが発光停止することから安全である。
遮光カバー３０および補助基板１３により、とくにモニタＬＥＤ１９に対する外来光を遮断することから、使用場所の環境により測定値が変化するのを防ぐことができる。光源ＬＥＤ１５も完全に外光から遮断することが望ましい。
なお、本実施形態の受光デバイス測定装置および測定方法は、半導体ウェハの測定システムだけでなく、組み立て品の測定システムにも適用できる。また、光源ＬＥＤ１５およびモニタＬＥＤ１９に代えて、半導体レーザでも使用できる。

第１実施形態の受光デバイス測定装置の構成図である。 ウェハ測定ボードとプローブカード基板との組み立て図である。 第１実施形態の受光デバイス測定装置の要部断面図である。 遮光カバーの上面図である。 測定治具における遮光カバーの組み付け図である。 検査状態における受光デバイス測定装置の電気的回路図である。 高周波重畳回路の入出力ラインの構成を示す図である。 高周波重畳回路の回路例を示すための図である。 第２実施形態の受光デバイス測定装置の要部断面図である。 特許文献１に記載されている受光デバイス測定装置の構成図である。

符号の説明

１…ＬＳＩテスタ、２…ウェハ測定ボード、４…プローブカード基板、５…プローバ装置、６…半導体ウェハ、７…ステージ、８…コンタクトリング、１０…ＤＵＴ、１１…プローブ、１２…プローブ保持台、１３…補助基板、１５…光源ＬＥＤ、１７…ＬＥＤ配線基板、１９…モニタＬＥＤ、２２…モニタＰＤ、２３…ＰＤ配線基板、２５,３１,３２…同軸ケーブル、２６,２７,４１…ＳＭＡオス側のコネクタ、２８…電源供給ケーブル、３０…遮光カバー、５１…定電流源、５２…ＡＣ信号源、５３〜５６…電圧源、５７,５８…電圧計、６１…高周波重畳回路、７０…フォトダイオード、７１…電流電圧変換回路、７２…差動アンプ、Ｒ２…インピーダンスマッチング用の抵抗、Ｒ３…帰還抵抗、Ｓ１…出力リレースイッチ、Ｓ２…等価スイッチ、Ａ…アノード、Ｋ…カソード、Ｖcc…電源電圧、Ｖee…基準電圧

Claims (8)

1. 被検査対象の受光デバイスに光を出射する第１発光デバイスと、
   前記第１発光デバイスと異なる向きに光を出射する第２発光デバイスと、
   前記第２発光デバイスからの光を受光し、当該光の受光量に応じた出力を発生させる受光手段と、
   前記受光手段へ照射する基準用光の電力を変化させて当該受光手段の入力電力と出力電力の関係を校正用の受光感度特性として取得し、前記第１発光デバイスと前記第２発光デバイスを同じ電流で定電流駆動したときに、前記受光手段の出力から得られる出力電力を前記校正用の受光感度特性と参照することで、前記受光デバイスに入射される光電力を求め、前記定電流駆動の電流値を変えながら前記受光デバイスの出力を複数回測定し、各測定の測定値を、前記求めた光電力に基づいて校正することによって前記受光デバイスの受光感度特性を求める測定手段と、
   を有する受光デバイス測定装置。
2. 前記測定手段は、前記受光手段の出力の振幅レベルに基づいて、前記受光デバイスに入射される前記光電力が測定に適切な電力となるように、定電流駆動の電流値を制御する
   請求項１に記載の受光デバイス測定装置。
3. 前記第１発光デバイスと前記第２発光デバイスは、所定レベル以下の違いを有するほぼ同一な特性を備えたものとして予め選出されたものである
   請求項１または２に記載の受光デバイス測定装置。
4. 前記測定手段は、前記第１発光デバイスおよび前記第２発光デバイスに供給する駆動電流にＡＣ信号を重畳する高周波重畳回路を備え、ＡＣ信号の周波数を変更して前記受光デバイスの受光感度特性を測定することが可能である
   請求項１に記載の受光デバイス測定装置。
5. 前記測定手段は、高周波重畳された基準用光電力を高周波成分の周波数を変えながら前記受光手段に照射し、前記受光手段の交流出力を繰り返し測定し、当該測定の結果から前記受光手段の周波数特性を求め、該周波数特性を前記受光デバイスの受光感度特性の校正に用いる
   請求項４に記載の受光デバイス測定装置。
6. 前記第１発光デバイスと前記第２発光デバイスのうち、すくなくとも前記第２発光デバイスを覆う遮光カバーを有し、
   前記遮光カバーを測定治具から取り外すことに連動して前記第１発光デバイスおよび前記第２発光デバイスへの電流供給が停止可能になっている
   請求項１に記載の受光デバイス測定装置。
7. 前記第１発光デバイスおよび前記第２発光デバイスに電流を供給するためのケーブルのコネクタが、前記遮光カバーが固定される基板に設けられ、かつ、当該コネクタが前記遮光カバーの固定手段を兼用する
   請求項６に記載の受光デバイス測定装置。
8. ほぼ同一な特性を有する第１発光デバイスと第２発光デバイスとを選出するステップと、
   前記第２発光デバイスからの光を受光する受光手段に対し基準用光を照射し、当該基準用光の電力を変化させて当該受光手段の入力電力と出力電力の関係を校正用の受光感度特性として取得するステップと、
   前記第１発光デバイスと前記第２発光デバイスとに同一な電流を流す定電流駆動を行うことにより、前記第１発光デバイスからの光を被検査対象の受光デバイスに照射し、前記第１発光デバイスからの光と異なる向きの前記第２発光デバイスからの光を前記受光手段に照射するステップと、
   前記受光手段の出力から得られる出力電力を前記校正用の受光感度特性と参照することで、前記受光デバイスに入射される光電力を求めるステップと、
   前記定電流駆動の電流値を変えながら前記受光デバイスの出力を複数回測定し、各測定の測定値を、前記求めた光電力に基づいて校正することによって前記受光デバイスの受光感度特性を求めるステップと、
   を含む受光デバイス測定方法。

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