JP7346259B2 - 測定システム - Google Patents

Description

本発明は、光半導体素子の特性の測定に使用される測定システムに関する。

シリコンフォトニクス技術を用いて、電気信号と光信号を入出力信号とする光半導体素子が半導体基板に形成される。半導体基板に形成されている光半導体素子の特性を測定するために、電気信号を伝搬させる電気プローブと光信号を伝搬させる光プローブとを有する測定システムを用いて、光半導体素子とテスタなどの測定装置を接続することが有効である。

例えば、導電性材料からなる電気プローブと光ファイバや光ファイバと組み合わせたレンズなどからなる光プローブとを用いた測定が、光半導体素子の測定に使用される。

特開昭６２－３１１３６号公報 特開昭６０－６４４４３号公報

例えば、電気プローブにより電気信号を入力して光半導体素子を駆動し、駆動された光半導体素子から出力された光信号を光プローブにより受光する測定方法が、半導体基板に形成された光半導体素子の特性の測定に使用される。この測定方法では、電気プローブや光プローブの本数が光半導体素子の１個分に対応した測定システムが使用されている。しかし、この測定システムにより半導体基板に形成された数千個から数万個の光半導体素子のすべてを１つずつ測定することは、トータルの測定時間が長いため困難である。半導体基板に形成されたすべての光半導体素子を測定できない結果、良品と不良品の判定が十分でなく、製品の歩留まりが低下する。

上記問題点に鑑み、本発明は、半導体基板に形成された光半導体素子の測定時間の増大を抑制できる測定システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、ｎ本の光プローブをそれぞれ有するｍ個の光プローブ群を配置した光プローブアレイ（ｎ、ｍ：２以上の整数）と、それぞれが光プローブ群のいずれかと１対１に対応し、対応する光プローブ群のｎ本の光プローブからそれぞれ出力される光信号から１つの光信号を選択して出力するｍ個の光信号選択器と、光信号選択器を制御する制御回路を備える測定システムが提供される。測定システムは、制御回路の制御により、光プローブ群に含まれるすべての光プローブから出力される光信号が選択されるまで、光信号選択器による光信号の選択の切り替えを繰り返す。

本発明によれば、半導体基板に形成された光半導体素子の測定時間の増大を抑制できる測定システムを提供することができる。

第１の実施形態に係る測定システムの構成を示す模式図である。 測定対象物の構成例を示す模式的な平面図である。 第１の実施形態に係る測定システムの光プローブと電気プローブの相対的な位置関係の例を示す模式的な平面図である。 第１の実施形態に係る測定システムを用いた測定対象物の測定方法を示す模式図である。 第１の実施形態に係る測定システムの光プローブアレイの構成例を示す模式的な平面図である。 半導体基板の測定範囲を示す模式的な平面図である。 光出力の算出方法を説明するためのグラフである。 第２の実施形態に係る測定システムの構成を示す模式図である。 第２の実施形態の変形例に係る測定システムの構成を示す模式図である。 実施形態に係る測定システムの測定時間を示すグラフである。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。また、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る測定システム１は、図１に示すように、光プローブ群１１１～光プローブ群１１ｍを配置した光プローブアレイ１２と、光回路部２０の光信号選択器２１１～光信号選択器２１ｍを備える（ｍ：２以上の整数）。以下において、光プローブ群１１１～光プローブ群１１ｍを総称して「光プローブ群１１」とも称し、光信号選択器２１１～光信号選択器２１ｍを総称して「光信号選択器２１」とも称する。このように、測定システム１は、ｍ個の光プローブ群１１とｍ個の光信号選択器２１を備える。光信号選択器２１のそれぞれは、制御回路５０によって動作が制御される。

それぞれの光プローブ群１１は、光プローブ１０１～光プローブ１０ｎを有する（ｎ：２以上の整数）。以下において、光プローブ１０１～光プローブ１０ｎを総称して「光プローブ１０」とも称する。つまり、光プローブアレイ１２は、ｍ×ｎ本の光プローブ１０を有する。光プローブ１０には、光ファイバや、光ファイバとレンズを組み合わせた構成などを採用可能である。例えば、ｎ芯の光ファイバを一列に配列した構成の光プローブ群１１を使用し、この光プローブ群１１をｍ個配列して、ｎ×ｍ個の光プローブ１０をマトリクス状に配置した光プローブアレイ１２を構成する。

光信号選択器２１は、それぞれが光プローブ群１１のいずれかと１対１に対応している。光信号選択器２１は、対応する光プローブ群１１のｎ本の光プローブ１０からそれぞれ出力される光信号から１つの光信号を選択して出力する。例えば、光プローブ群１１ｉに対応する光信号選択器２１ｉは、光プローブ群１１ｉの光プローブ１０からそれぞれ出力される光信号から１つの光信号を選択する（１≦ｉ≦ｍ）。

このため、光信号選択器２１に、光プローブ１０１からの光信号が入射する第１チャネルから光プローブ１０ｎからの光信号が入射する第ｎチャネルまで、ｎ個の入力チャネルを有する光スイッチなどを使用する。そして、光信号選択器２１は、ｎ個の入力チャネルからそれぞれ入力した光信号から選択した１つの光信号を出力端子から出力する。光信号選択器２１がいずれの光信号を選択するかは、制御回路５０により設定される。詳細は後述するが、測定システム１は、制御回路５０の制御により、光プローブ群１１に含まれるすべての光プローブ１０から出力される光信号が選択されるまで、光信号選択器２１による光信号の選択の切り替えを繰り返す。

また、測定システム１は、電気プローブ群３１１～電気プローブ群３１ｍを配置した電気プローブアレイ３２と、電気回路部４０のドライバ回路４１１～ドライバ回路４１ｍを備える。以下において、電気プローブ群３１１～電気プローブ群３１ｍを総称して「電気プローブ群３１」とも称し、ドライバ回路４１１～ドライバ回路４１ｍを総称して「ドライバ回路４１」とも称する。このように、測定システム１は、ｍ個の電気プローブ群３１とｍ個のドライバ回路４１を備える。

電気プローブ群３１は、それぞれが光プローブ群１１のいずれかと１対１に対応して配置される。そして、電気プローブ群３１は、対応する光プローブ群１１の光プローブ１０と組をなす電気プローブ３０１～電気プローブ３０ｎを有する。以下において、電気プローブ３０１～電気プローブ３０ｎを総称して「電気プローブ３０」とも称する。詳細は後述するが、組をなす光プローブ１０と電気プローブ３０により、１つの測定対象物１００について１つずつ用意されるプローブユニットが構成される。なお、プローブユニットに含まれる電気プローブ３０の本数は１本とは限られないが、以下ではプローブユニットに含まれる電気プローブ３０が１本である場合を例示的に説明する。

上記のように、それぞれの電気プローブ群３１はｎ本の電気プローブ３０を有する。したがって、電気プローブアレイ３２は、ｍ×ｎ本の電気プローブ３０を有する。電気プローブ３０の材料は、例えば金属などの導電性材料である。電気プローブ３０として、カンチレバー型、垂直ニードル型、垂直スプリング型などを採用可能である。

ドライバ回路４１は それぞれが電気プローブ群３１のいずれかと１対１に対応し、対応する電気プローブ群３１に含まれる電気プローブ３０に電気信号を供給する。例えば、電気プローブ群３１ｉに対応するドライバ回路４１ｉは、電気プローブ群３１ｉのいずれかの電気プローブ３０に電気信号を供給する（１≦ｉ≦ｍ）。ドライバ回路４１の動作は、制御回路５０によって制御される。なお、ドライバ回路４１によって電気信号が供給される電気プローブ３０は任意に設定可能である。例えば、電気プローブ群３１に含まれるすべての電気プローブ３０に同時に電気信号を供給してもよいし、電気プローブ群３１に含まれる一部の電気プローブ３０に選択的に電気信号を供給してもよい。なお、電気プローブ群３１の電気プローブ３０のいずれに電気信号を供給するかは、制御回路５０によって選択される。

測定システム１の光回路部２０は、ｍ個の光信号選択器２１からそれぞれ出力される光信号を電気信号に変換し、変換した電気信号の１つを選択して出力する光電変換モジュール２２を有する。光電変換モジュール２２は、ｍ個の入力チャネルと１つの出力端子を有する。なお、光回路部２０では、光信号の伝搬経路が光ファイバなどの光導波路により構成される。例えば、光信号選択器２１のそれぞれが、光電変換モジュール２２と光ファイバによって接続される。また、光信号選択器２１のそれぞれが、対応する光プローブ群１１の光プローブ１０と光ファイバによって接続される。

光電変換モジュール２２は、例えば、それぞれが光信号選択器２１のいずれかと１対１に対応するｍ個の光電変換部により構成される。光電変換部は、対応する光信号選択器２１から出力される光信号を電気信号に変換して出力する。そして、光電変換モジュール２２は、ｍ個の光電変換部の出力する電気信号から１つの電気信号を選択して出力する。光電変換モジュール２２の動作は、制御回路５０によって制御される。制御回路５０の制御により、光電変換モジュール２２は、ｍ個の光信号選択器２１から出力される光信号をそれぞれ変換した電気信号を順に出力する。

測定システム１は、光電変換モジュール２２から出力される測定データを記憶するデータ処理装置５１を備える。なお、データ処理装置５１に、光電変換モジュール２２から出力される測定データを処理し、処理データを記憶する機能を持たせてもよい。

測定対象物は、例えば垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）などの光半導体素子である。例えば図２に示すように、測定対象物１００は光発光部の光半導体素子１１０と電気信号端子１２０を有する。測定対象物１００の測定では、光プローブ１０と光半導体素子１１０を光学的に接続し、電気プローブ３０と電気信号端子１２０を電気的に接続する。なお、「光学的に接続」とは、直接に接触している接続や離間した領域を光が伝搬する接続を含む概念である。例えば、電気プローブ３０を介して入力された電気信号に応じて測定対象物１００から出力された光信号を、光プローブ１０が受光する。

このため、光プローブ１０の光半導体素子１１０と光学的に接続する先端と電気プローブ３０の電気信号端子１２０と接続する先端の相対的な位置関係が、光半導体素子１１０と電気信号端子１２０の相対的な位置関係に対応する。図３に、図２に示した測定対象物１００に対応した光プローブ１０の先端と電気プローブ３０の先端の相対的な位置関係を示す。

図３に示すように、１つの測定対象物１００について、光プローブ１０と組をなす電気プローブ３０によって１つのプローブユニットが構成される。なお、制御回路５０は、同一のプローブユニットを構成する光プローブ１０と電気プローブ３０が連動するように、光信号選択器２１とドライバ回路４１を制御する。すなわち、ドライバ回路４１が電気信号を供給する電気プローブ３０と、光信号選択器２１が光信号を出力する入力チャネルに接続する光プローブ１０が、１つのプローブユニットを構成する。

なお、図３では、１つのプローブユニットを構成する光プローブ１０と電気プローブ３０の本数が１本ずつである場合を例示的に示した。しかし、プローブユニットに含まれる光プローブ１０と電気プローブ３０の本数は、測定対象物１００の構成や測定内容に応じて任意に設定することができる。例えば、測定対象物１００に接地端子がある場合、プローブユニットを構成する電気プローブ３０を２本にする。そして、１本の電気プローブ３０を測定対象物１００の電気信号端子１２０に接続し、他の１本の電気プローブ３０を測定対象物１００の接地端子に接続する。

図４に、測定システム１を用いた測定対象物１００の測定方法の例を示す。図４のＺ軸方向に沿って、測定対象物１００が形成された半導体基板３００の上方に光プローブ１０や電気プローブ３０が配置されている。なお、Ｚ軸方向に垂直な平面をＸＹ平面として、紙面の左右方向をＸ軸方向、紙面に垂直な方向をＹ軸方向としている。なお、図４では制御回路５０やデータ処理装置５１は図示を省略している。

半導体基板３００は、例えばガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板やシリコン（Ｓｉ）基板などである。ステージ６５に搭載された半導体基板３００の主面に、Ｚ軸方向からみて複数の測定対象物１００が等間隔でアレイ状に形成されている。ここで、半導体基板３００に形成された測定対象物１００のＸ軸方向の間隔をピッチＰｘとし、Ｙ軸方向の間隔をピッチＰｙとする。

図４に示した測定システム１は、光プローブアレイ１２を保持する光プローブヘッド６１と、電気プローブアレイ３２を保持する電気プローブヘッド６３を備える。図４に示すように、光プローブ群１１の光プローブ１０１～光プローブ１０ｎがＸ軸方向に沿って配列するように、光プローブヘッド６１が光プローブアレイ１２を保持する。一方、図５に示すように、光プローブ群１１１～光プローブ群１１ｍがＹ軸方向に沿ってピッチＰｙで配列して、光プローブアレイ１２が構成されている。

このように、光プローブヘッド６１は、ｍ×ｎ本の光プローブ１０をアレイ状に配置した構成の光プローブアレイ１２を保持する。また、電気プローブヘッド６３は、それぞれがプローブユニットを構成する電気プローブ３０をアレイ状に配置した電気プローブアレイ３２を保持する。光プローブ１０と電気プローブ３０のそれぞれは、Ｘ軸方向に沿ってピッチＰｘで等間隔に配置され、Ｙ軸方向に沿ってピッチＰｙで等間隔に配置される。

光プローブヘッド６１は、光プローブ駆動装置６２の制御によってＺ軸方向に移動する。これにより、光プローブ１０の先端と測定対象物１００とのＺ軸方向に沿った距離の微調整が可能である。また、電気プローブヘッド６３は、電気プローブ駆動装置６４の制御によってＺ軸方向に移動する。これにより、電気プローブ３０の先端と測定対象物１００とのＺ軸方向に沿った距離の微調整が可能である。

光プローブヘッド６１および電気プローブヘッド６３と測定対象物１００とのＸ軸方向およびＹ軸方向の位置合わせは、例えばステージ駆動装置６６によってステージ６５を移動させることにより可能である。また、ステージ駆動装置６６によってＺ軸方向を中心軸としてステージ６５を回転させることにより、Ｚ軸方向を中心とする回転方向（以下、「Ｚ軸回転方向」という。）について、測定対象物１００に対して光プローブ１０と電気プローブ３０の位置を調整できる。

なお、ステージ６５の位置を固定し、光プローブヘッド６１および電気プローブヘッド６３をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動させてもよい。すなわち、光プローブ駆動装置６２および電気プローブ駆動装置６４によって、光プローブ１０および電気プローブ３０と測定対象物１００との相対的な位置を調整してもよい。

上記のように、光プローブ１０および電気プローブ３０と測定対象物１００の位置合わせが可能である。なお、光プローブヘッド６１の位置と電気プローブヘッド６３の位置を独立して制御できるように、測定システム１を構成してもよい。或いは、光プローブヘッド６１と電気プローブヘッド６３の位置を固定し、ステージ６５をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向およびＺ軸回転方向に動かして、光プローブ１０および電気プローブ３０と測定対象物１００との相対的な位置を調整する方法も可能である。このように、光プローブ１０および電気プローブ３０と測定対象物１００の位置合わせに、様々な調整方法を使用することができる。

図４に示した測定システム１では、電気プローブ３０によって、半導体基板３００に形成された測定対象物１００の電気信号端子に電気信号を印加する。電気信号によって駆動された測定対象物１００の光半導体素子から光信号Ｌが出力され、この光信号Ｌが光プローブ１０により受光される。

以下に、図４に示した測定システム１を用いた測定方法の例を説明する。まず、上記に説明した方法により、光プローブ１０および電気プローブ３０と測定対象物１００の位置合わせを行う。このとき、測定対象物１００の光半導体素子１１０と光プローブ１０とが最適な状態で光学的に接続されるように、測定対象物１００と光プローブ１０の位置合わせを行う。例えば、光プローブアレイ１２の両端の光プローブ１０１および光プローブ１０ｎからの光信号が入力された光電変換モジュール２２の出力を、光プローブ１０と測定対象物１００の相対的な位置を微小に動かしながらモニタする。そして、光プローブ１０１および光プローブ１０ｎに光信号が最も強く入射する位置で、光プローブ１０と測定対象物１００の位置を固定する。

上記の位置合わせにおいて、電気プローブ３０から測定対象物１００に電気信号を供給しながら、測定対象物１００から出力される光信号をモニタする。したがって、光プローブアレイ１２と電気プローブアレイ３２が一体構造の場合は、測定対象物１００の電気信号端子に接触した状態で、電気プローブ３０がＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動する。したがって、電気信号端子と接触させた状態で例えば±１５μｍ程度動かしても接触状態が変わらず、電気信号を電気信号端子に供給できる電気プローブ３０を使用する。このため、変形可能な歪弾性特性を有する電気プローブ３０が好適に使用される。例えば、電気プローブ３０に、歪変動に強い構成が可能なカンチレバー型や垂直型が使用される。

位置合わせにより、光プローブアレイ１２に含まれる光プローブ１０がそれぞれ別個の測定対象物１００と同時に光学的に接続可能になる。この状態で、以下のように測定対象物１００の測定を行う。

まず、制御回路５０が、光回路部２０の光信号選択器２１の動作と電気回路部４０のドライバ回路４１の動作を対応させる。例えば、制御回路５０が、第１チャネルから入力する光信号を出力するように光信号選択器２１を設定する。そして、制御回路５０が、光信号選択器２１の第１チャネルに接続する光プローブ１０とプローブユニットを構成する電気プローブ３０に電気信号を供給するように、ドライバ回路４１を設定する。

その後、ドライバ回路４１から供給された電気信号が電気プローブ３０を介して入力され、測定対象物１００が駆動する。駆動した測定対象物１００から出力された光信号は、光プローブ１０を経由して、光信号選択器２１に入力する。これにより、ｍ個の測定対象物１００からそれぞれ出力された光信号が、ｍ個の光信号選択器２１の第１チャネルに入力する。その後、光信号選択器２１から出力されたｍ個の光信号が、光電変換モジュール２２により光電変換される。このとき、光電変換モジュール２２は、光電変換したｍ個の電気信号を、制御回路５０の制御により順に出力する。光電変換モジュール２２から出力された電気信号は、データ処理装置５１に送信される。例えば、光信号の変換電力値がＡＤ変換後シリアル処理される。

次に、制御回路５０の制御により、第２チャネルから入力する光信号を出力するように、ｍ個の光信号選択器２１による光信号の選択を切り替える。同時に、制御回路５０の制御により、第２チャネルに接続する光プローブ１０とプローブユニットを構成する電気プローブ３０に電気信号を供給するように、ｍ個のドライバ回路４１を設定する。そして、光信号選択器２１の第２チャネルに入力する光信号について、上記の第１チャネルに入力する光信号と同様の処理を実行する。その後、制御回路５０によって光信号選択器２１とドライバ回路４１の動作を制御しながら、第３チャネルに接続する光プローブ１０から出力される光信号から第ｎチャネルに接続する光プローブ１０から出力される光信号まで、同様の処理を繰り返す。

上記のようにして、測定システム１は、光信号選択器２１１～光信号選択器２１ｍのそれぞれが選択する入力チャネルを第１チャネルから第ｎチャネルまで切り替えながら測定対象物１００の測定を行う。すなわち、制御回路５０が、ドライバ回路４１の動作と光信号選択器２１の動作を対応させて、ドライバ回路４１が電気信号を供給した測定対象物１００から出力された光信号を光信号選択器２１から出力させることを繰り返す。

これにより、図６に示したｍ×ｎ個の測定対象物１００が含まれる半導体基板３００の測定範囲３１０について、測定対象物１００の測定が実行される。図６において、光プローブ群１１ａに含まれ、光信号選択器２１ａの第ｂチャネルに接続される光プローブ１０が光学的に接続する測定対象物１００を、測定対象物１００（ａ、ｂ）と示している（１≦ａ≦ｍ、１≦ｂ≦ｎ）。図６に矢印で示したように、測定対象物１００（１、１）から測定対象物１００（ｍ、１）まで、第１チャネルに入力する光信号が処理される。次いで、測定対象物１００（１、２）から測定対象物１００（ｍ、２）まで、第２チャネルに入力する光信号が処理される。そして、測定対象物１００（１、ｎ）から測定対象物１００（ｍ、ｎ）まで第ｎチャネルに入力する光信号が処理されるまで、光信号の処理が繰り返される。このようにして、光プローブ１０および電気プローブ３０と測定対象物１００との新たな位置合わせをすることなく、ｍ×ｎ個の測定対象物１００の測定が連続的に行われる。

その後、光プローブアレイ１２および電気プローブアレイ３２と半導体基板３００とのＸＹ平面の相対位置を変えて、新たな測定範囲３１０において測定対象物１００の測定を実行する。例えば、ステージ６５をＺ軸方向に沿って下降させた後、Ｘ軸方向にｎ×Ｐｘの距離かつＹ軸方向にｍ×Ｐｙの距離だけ、半導体基板３００に対して光プローブアレイ１２および電気プローブアレイ３２を相対的に移動させる。そして、測定対象物１００の光半導体素子と光プローブ１０とが最適な状態で光学的に接続される所定の位置まで、ステージ６５をＺ軸方向に沿って上昇させる。その後、新たな測定範囲３１０において、ｍ×ｎ個の測定対象物１００を測定する。

新たな測定範囲３１０においても、上記と同様に、光信号選択器２１、ドライバ回路４１および光電変換モジュール２２を用いて測定対象物１００を測定する。すなわち、光プローブアレイ１２に含まれるすべての光プローブ１０から出力される光信号が選択されるまで、光信号選択器２１による光信号の選択の切り替えを繰り返す。そして、半導体基板３００に形成されたすべての測定対象物１００の測定が完了するまで、測定範囲３１０を変更しながら測定対象物１００の測定を繰り返す。

測定対象物１００の測定の内容は任意に設定できる。例えば、測定対象物１００が入力電流により駆動される光半導体素子である場合に、電気信号としてドライバ回路４１が供給する入力電流を、０．１、０．２、・・・、９．９、１０．０（ｍＡ）のように徐々に増加させる。これにより得られた測定データを用いて、測定対象物１００のスロープ効率η、閾値電流Ｉｔｈを算出できる。

なお、測定対象物１００の位置情報として、測定対象物１００それぞれの半導体基板３００における位置を予め番地付けしておく。そして、データ処理装置５１の所定の記憶領域に、番地付けされた位置と対応させて、測定対象物１００の測定データや測定データを処理した処理データを格納する。半導体基板３００における測定対象物１００の番地付けの方法としては、例えば、カメラなどの撮像装置を用いた半導体基板３００の主面の画像を処理して番地を設定する方法、半導体基板３００での測定対象物１００のレイアウト情報から番地を設定する方法などがある。主な処理データは、入力電流に対する測定対象物１００からの光信号の出力（以下、「光出力」という。）、抵抗値、入力定格電流でのピーク波長、スペクトラムの半値全幅（ＦＷＨＭ）などである。

なお、測定対象物１００の光出力は、光電変換モジュール２２によって光信号を光電変換した出力電流値から得られる。例えば以下のようにして、出力電流値を光出力に換算する。

まず、基準となる光半導体素子（以下、「基準デバイス」という。）を準備する。そして、基準光パワーメータを用いて基準デバイスの空間光出力を測定する。次に、測定システム１を用いて、基準光パワーメータを用いた測定と同じ測定条件で基準デバイスを駆動させ、光電変換モジュール２２で基準デバイスの出力電流値を測定する。このようにして、基準光パワーメータにより得られる基準デバイスの光出力と、光電変換モジュール２２により得られる基準デバイスの出力電流値との関連を事前に調査しておく。いくつかの測定条件について基準デバイスを測定することにより、基準光パワーメータにより得られる光出力と測定システム１により得られる出力電流値の相関関係を設定できる。

図７に、光出力と出力電流値の相関関係をプロットした例を示す。図７の縦軸は基準光パワーメータにより測定された光出力Ｐであり、横軸は測定システム１を用いた測定により得られた出力電流値Ｉである。図７に示したグラフは、基準デバイスを測定して得られた出力電流値Ｉ０に対する光出力Ｐ０、および出力電流値Ｉ１に対する光出力Ｐ１をプロットしたものである。これら２つのプロット値に対するラグランジュ補間により、以下の式（１）を用いて出力電流値Ｉｍｎを光出力Ｐｍｎに換算することができる：

Ｐｍｎ＝（Ｉｍｎ－Ｉ１）×Ｐ０／（Ｉ０－Ｉ１）＋（Ｉｍｎ－Ｉ０）×Ｐ１／（Ｉ１－Ｉ０） ・・・（１）

式（１）で、Ｉｍｎは測定対象物１００の出力電流値であり、Ｐｍｎは出力電流値Ｉｍｎを換算した光出力である。ここで、Ｉ１≧Ｉｍｎ＞Ｉ０とする。

光プローブアレイ１２に使用するすべての光プローブ１０について上記の相関関係を予め設定しておくことにより、測定対象物１００の出力電流値から光出力を容易に換算することができる。

以上に説明したように、第１の実施形態に係る測定システム１では、ｍ×ｎ本の光プローブ１０を有する光プローブアレイ１２やｍ×ｎ本の電気プローブ３０を有する電気プローブアレイ３２を用いて、ｍ×ｎ個の測定対象物１００について同時に位置合わせする。このため、測定システム１によれば、１個ずつ測定対象物１００を光プローブ１０や電気プローブ３０と位置合わせする方法と比べて、位置合わせに要する時間を大幅に短縮できる。

そして、測定システム１では、電気信号を供給する電気プローブ３０をドライバ回路４１により選択し、かつ、光信号を伝搬する光プローブ１０を光信号選択器２１により選択して、光電変換モジュール２２で処理する光信号を選択する。このとき、光信号選択器２１は、入力するｍ個の光信号から１つずつ光信号を順に選択して出力する。そして、光電変換モジュール２２が、光信号選択器２１から出力される光信号をそれぞれ変換したｍ個の電気信号を順に出力する。光信号選択器２１は、ｍ個の光信号から１つずつ光信号を順に選択することをｎ回繰り返す。これにより、ｎ×ｍ個の測定対象物１００からそれぞれ出力されるすべての光信号を処理することができる。

なお、光スイッチなどを使用した光信号選択器２１による光信号の切り替え時間と比べて、光電変換モジュール２２による電気信号の切り替え時間は非常に短い。このため、光電変換モジュール２２におけるｍ個の光信号の光電変換と電気信号の出力は、ほぼ同時に行われるとみなせる。

これに対し、ｍ×ｎ本の光プローブ１０を有する光プローブアレイ１２から出力される光信号について、ｎ回の光信号の切り替えとｍ回の光信号の切り替えをそれぞれ光スイッチによって行う光スイッチ２段構成も考えられる。しかし、光スイッチによる光信号の切り替え時間は電気信号の切り替え時間に比べて非常に長い。電気信号の切り替え時間が光信号の切り替え時間に対して無視できるほど短いため、光信号の切り替えが１回である測定システム１は、光スイッチ２段構成に比べて測定時間がほぼ１／ｍである。したがって、測定システム１によれば、測定時間を抑制することができる。

上記のように、測定システム１によれば、測定範囲３１０を変えながら繰り返し測定を行うことにより、半導体基板３００に形成された測定対象物１００の全数を短時間で測定できる。その結果、すべての測定対象物１００について良品と不良品の判定が可能であり、測定対象物１００を用いた製品の歩留まりを改善できる。

また、測定システム１によれば、光信号選択器２１やドライバ回路４１の設定を切り替えながら、１台の光電変換モジュール２２を用いて複数の測定対象物１００からの光信号を処理することができる。このため、複数本の光プローブ１０を用いて多数の測定対象物１００を同時に測定する場合に、光プローブ１０や電気プローブ３０ごとに光電変換器やドライバ回路をそれぞれ用意する必要がない。例えば、光プローブ１０の１本ごとに光電変換器を用意する場合と比較して、光電変換器の台数を１／ｎにできる。このため、測定システム１によれば、測定コストや測定スペースの増大を抑制できる。

更に、測定システム１によれば、使用する光プローブ１０と電気プローブ３０の本数を増加させることも容易である。例えば光プローブ群１１と電気プローブ群３１の個数を（ｍ＋１）個にする場合には、光信号選択器２１の個数やドライバ回路４１の個数を（ｍ＋１）個にすればよい。また、光プローブ群１１の光プローブ１０と電気プローブ群３１の電気プローブ３０の本数を（ｎ＋１）本とする場合、光信号選択器２１の入力チャネルの個数を（ｎ＋１）個に、ドライバ回路４１の出力端子数を（ｎ＋１）個にすればよい。

なお、光プローブ１０と電気プローブ３０の本数の拡張が予測される場合は、入力チャネルの個数の多い光信号選択器２１や、出力端子数の多いドライバ回路４１を、予め準備しておくことが好ましい。これにより、光プローブ１０と電気プローブ３０の本数の拡張に対して対応が容易である。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る測定システム１ａは、図８に示すように、光回路部２０が、光信号選択器２１１～光信号選択器２１ｍから出力される光信号をそれぞれ分岐する光分岐カプラ２３１～光分岐カプラ２３ｍを有する。以下において、光分岐カプラ２３１～光分岐カプラ２３ｍを総称して「光分岐カプラ２３」とも称する。更に、図８に示す測定システム１ａは、光分岐カプラ２３から出力される光信号の一方が入力する選択スイッチ２４、および選択スイッチ２４から出力される光信号が入力する分光器２５を備える。測定システム１ａは、光分岐カプラ２３、選択スイッチ２４および分光器２５を有する点が、図１に示した測定システム１と異なる。

ｍ個の光分岐カプラ２３は、それぞれが光信号選択器２１のいずれかと１対１に対応する。光分岐カプラ２３は、対応する光信号選択器２１から出力される光信号を第１光信号と第２光信号に分岐する。例えば、光信号選択器２１ｉに対応する光分岐カプラ２３ｉは、光信号選択器２１ｉから出力される光信号を第１光信号と第２光信号に分岐する（１≦ｉ≦ｍ）。

選択スイッチ２４は、ｍ個の光分岐カプラ２３からそれぞれ出力される第１光信号から１つの第１光信号を選択して出力する。選択スイッチ２４の動作は、制御回路５０によって制御される。すなわち、制御回路５０の制御により、光分岐カプラ２３１～光分岐カプラ２３ｍから出力される第１光信号のいずれかが、選択スイッチ２４から出力される。第１チャネルから第ｎチャネルまで光信号選択器２１による光信号の選択が切り替わるごとに、選択スイッチ２４による第１光信号の選択が行われる。

分光器２５は、選択スイッチ２４から出力される第１光信号を分光する。例えば、分解能が１ｎｍ以下、イメージセンサーの蓄積時間が数ｍｓｅｃの性能を有する分光器２５が、高精度かつ短時間の測定に対して有効である。

また、図８に示した測定システム１ａは、図４を参照しながら説明した方法と同様にして、光電変換モジュール２２が、ｍ個の光分岐カプラ２３からそれぞれ出力される第２光信号を電気信号に変換し、変換した電気信号の１つを選択して出力する。そして、光電変換モジュール２２から出力される電気信号について、所定の処理が実行される。例えば、図７に例示した出力電流値Ｉと光出力Ｐの相関関係を用いて、測定対象物１００の光出力が算出される。

以上に説明したように、第２の実施形態に係る測定システム１ａでは、光分岐カプラ２３が光信号選択器２１から出力される光信号を分岐する。このため、分光器２５による光信号の分光が、光電変換モジュール２２により変換された電気信号の処理と並行して実行される。したがって、図８に示す測定システム１ａによれば、例えば測定対象物１００の光出力の測定と分光の測定の両方を、測定時間の増大を抑制して実行できる。

また、測定システム１ａによれば、光プローブ１０ごとに光電変換器や分光器をそれぞれ用意する必要がない。このため、光プローブ１０の１本ごとに光電変換器や分光器を用意する場合と比較して、光電変換器の台数を１／ｎに、分光器の台数を１／（ｍ×ｎ）にできる。このため、測定システム１ａによれば、測定コストや測定スペースの増大を抑制できる。

更に、測定システム１ａによれば、第１の実施形態と同様に、光電変換モジュール２２による光電変換を含む測定時間を、光スイッチ２段構成と比較してほぼ１／ｍにできる。そして、分光器２５を用いた測定時間は、光スイッチ２段構成と比較してほぼ１／２である。このように、測定システム１ａによれば測定時間を短縮することができる。

なお、上記では、光信号選択器２１から出力される光信号を光分岐カプラ２３によって２分岐する場合を説明したが、光信号選択器２１から出力される光信号を３つ以上に分岐してもよい。例えば、光出力の測定や分光の測定と平行して、光信号の波形をモニタすることなどができる。

＜変形例＞
図９に、第２の実施形態の変形例に係る測定システム１ｂを示す。測定システム１ｂでは、測定システム１ａの光分岐カプラ２３および選択スイッチ２４の代わりに、分岐スイッチ２６が使用されている。分岐スイッチ２６は、ｍ個の光信号選択器２１からそれぞれ出力される光信号から１つの光信号を選択し、カップリング機能により選択した光信号を第１光信号と第２光信号に分岐する。分光器２５は、分岐スイッチ２６から出力される第１光信号を分光する。分岐スイッチ２６から出力される第２光信号は、光電変換器２７によって電気信号に変換される。通常、光電変換器２７側に分岐する第２光信号を大きくとり、分光器２５側に分岐する第１光信号を少な目に設定する。

分岐スイッチ２６には、ｍ個の入力チャネルを有する光スイッチなどが使用される。分岐スイッチ２６の動作は、制御回路５０によって制御される。すなわち、制御回路５０の制御により、光信号選択器２１１～光信号選択器２１ｍから出力される光信号から１個の光信号が選択される。そして、分岐スイッチ２６が、選択した光信号を第１光信号と第２光信号に分岐して出力する。分岐スイッチ２６は、制御回路５０の制御により、ｍ個の第１光信号と第２光信号を順に出力する。

上記のように、測定システム１ｂは、光信号の分岐を光分岐カプラ２３ではなく分岐スイッチ２６により行うことが、図８に示した測定システム１ａと異なる。測定システム１ｂでは、分岐スイッチ２６の切り替えによって、ｍ本の光プローブ１０から出力される光信号を順に分岐し、分岐した光信号が光電変換器２７と分光器２５にそれぞれ入力する。これにより、例えば測定対象物１００の出力特性と分光特性が同時に測定される。

以下に、光回路部２０の光信号選択器２１や選択スイッチ２４、分岐スイッチ２６に光スイッチを使用する場合について、測定システム１、測定システム１ａおよび測定システム１ｂの測定時間を比較する。通常、光回路部２０に使用する光スイッチの切り替え時間ｔｓは、数ｍｓｅｃ～数十ｍｓｅｃである。一方、電気信号を切り替えるドライバ回路４１の切り替え時間ｔｄは、数ｎｓｅｃ～数μｓｅｃである。つまり、ｔｓ＞＞ｔｄであり、測定対象物１００の測定時間は、ほぼ光スイッチの切り替え時間ｔｓと光電変換の処理時間ｔｍに依存する。

したがって、図１に示した測定システム１の測定時間Ｔｐ１は、ＴＰ１＝（ｍ×ｎ）×（ｔｓ＋ｔｍ）で表される。一方、図８に示した測定システム１ａの測定時間Ｔｐ２は、ＴＰ２＝（ｍ×ｎ）×（ｔｓ＋ｔｍ）＋ｍ×（ｔｓ＋ｔｍ２）で表される。ここで、ｔｍ２は、分光器２５による光信号の処理時間である。また、図９に示した測定システム１ｂの測定時間Ｔｐ３は、Ｔｐ３＝（ｍ×ｎ）×（ｔｓ＋ｔｍ＋ｔｍ２）で表される。

図１０に、測定システム１、測定システム１ａおよび測定システム１ｂを使用してｍ×ｎ個の測定対象物１００を測定した測定時間を示す。図１０の横軸は光スイッチの切り替え回数ｎであり、縦軸は測定時間Ｔｐである。図１０に示すように、測定システム１ｂによる測定時間Ｔｐ３は、測定システム１による測定時間Ｔｐ１や測定システム１ａによる測定時間Ｔｐ２と比較して長い。これは、測定システム１ｂでは、光信号選択器２１の切り替えにより選択された入力チャネルごとにｍ回の分岐スイッチ２６の切り替えを行うためである。つまり、測定システム１や測定システム１ａに比べて、測定システム１ｂでは光スイッチによる光信号の切り替え回数がｍ倍になり、光信号の切り替えの回数が増加する分の測定時間が増大する。

例えば、ｍ＝４、ｎ＝１２、ｔｓ＝４０（ｍｓｅｃ）、ｔｍ＝１００（ｍｓｅｃ）、ｔｍ２＝１０００（ｍｓｅｃ）の場合、Ｔｐ１＝６７２０（ｍｓｅｃ）、Ｔｐ２＝１０８８０（ｍｓｅｃ）、Ｔｐ３＝５４７２０（ｍｓｅｃ）である。

なお、分光特性を測定する分光器２５の測定時間が長いのは、分光器２５の受光部に使用するイメージセンサーの蓄積時間をある程度長く調整することで、最適な波長ごとの測定精度の出力値を得るためである。例えば、４８個の測定対象物１００の測定に要する時間は、図１に示した測定システム１の場合は、約６．７秒である。一方、分光器２５を有する図８に示した測定システム１ａ場合は、約１１秒である。また、図９に示した測定システム１ｂの場合は、約５５秒である。このように、分光器２５による測定を含む場合で、測定システム１ｂに比べて、測定システム１ａでは測定時間が１/５程度である。

上記のように、特に測定システム１や測定システム１ａでは、半導体基板３００に形成された複数の測定対象物１００の測定時間を大幅に短縮することができる。なお、測定時間をより短縮するには、光スイッチの切り替え時間ｔｓおよび光信号の処理時間ｔｍの短縮が有効である。また、分光特性も測定する場合には、分光器２５のイメージセンサーの蓄積時間の最適化による処理時間ｔｍ２の短縮が、測定時間の短縮に有効である。

（その他の実施形態）
上記のように本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、上記では、ｎ芯の光プローブ群１１をｍ個配列して光プローブアレイ１２を構成する例を説明したが、ｍ芯の光プローブ１０列をｎ個配列して構成した光プローブアレイ１２を使用してもよい。また、光信号選択器２１に、光スイッチ以外の光学装置を使用してもよい。例えば、合流器として光カプラなどを光信号選択器２１に使用してもよい。

また、上記では、プローブユニットに含まれる光プローブ１０や電気プローブ３０が１本である場合を例示的に説明した。しかし、プローブユニットに含まれる光プローブ１０や電気プローブ３０の本数は１本ずつに限られない。例えば、１本の光プローブ１０と２本の電気プローブ３０によりプローブユニットを構成してもよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態などを含むことはもちろんである。

１…測定システム
１０…光プローブ
１１１～１１ｍ…光プローブ群
１２…光プローブアレイ
２０…光回路部
２１１～２１ｍ…光信号選択器
２２…光電変換モジュール
２３１～２３ｍ…光分岐カプラ
２４…選択スイッチ
２５…分光器
２６…分岐スイッチ
２７…光電変換器
３０…電気プローブ
３１１～３１ｍ…電気プローブ群
３２…電気プローブアレイ
４０…電気回路部
４１１～４１ｍ…ドライバ回路
５０…制御回路
５１…データ処理装置
６１…光プローブヘッド
６２…光プローブ駆動装置
６３…電気プローブヘッド
６４…電気プローブ駆動装置
１００…測定対象物
３００…半導体基板
３１０…測定範囲

Claims (7)

1. 測定対象物の測定に使用される測定システムであって、
   ｎ本の光プローブをそれぞれ有するｍ個の光プローブ群を配置した光プローブアレイ（ｎ、ｍ：２以上の整数）と、
   それぞれが前記光プローブ群のいずれかと１対１に対応し、対応する前記光プローブ群のｎ本の前記光プローブからそれぞれ出力される光信号から１つの光信号を選択して出力するｍ個の光信号選択器と、
   前記光信号選択器を制御する制御回路と
   を備え、
   ｎ本の前記光プローブがそれぞれ別個の前記測定対象物と同時に光学的に接続し、
   前記制御回路の制御により、前記光プローブ群に含まれるすべての前記光プローブから出力される光信号が選択されるまで、前記光信号選択器による光信号の選択の切り替えを繰り返す
   ことを特徴とする測定システム。
2. それぞれが前記光プローブ群のいずれかと１対１に対応して配置され、対応する前記光プローブ群の前記光プローブと組をなす電気プローブを有するｍ個の電気プローブ群と、
   それぞれが前記電気プローブ群のいずれかと１対１に対応し、対応する前記電気プローブ群の前記電気プローブに電気信号を供給するｍ個のドライバ回路と
   を更に備え、
   前記測定対象物に前記電気プローブを介して入力された電気信号に応じて前記測定対象物から出力された光信号を前記光プローブが受光することを特徴とする請求項１に記載の測定システム。
3. 前記制御回路が、前記ドライバ回路の動作と前記光信号選択器の動作を対応させて、前記ドライバ回路が電気信号を供給する前記測定対象物から出力された光信号を前記光信号選択器から出力させることを特徴とする請求項２に記載の測定システム。
4. ｍ個の前記光信号選択器からそれぞれ出力される光信号を電気信号に変換し、変換した電気信号の１つを選択して出力する光電変換モジュールを更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の測定システム。
5. それぞれが前記光信号選択器のいずれかと１対１に対応し、対応する前記光信号選択器から出力される光信号を第１光信号と第２光信号に分岐するｍ個の光分岐カプラと、
   ｍ個の前記光分岐カプラからそれぞれ出力される前記第１光信号から１つの前記第１光信号を選択して出力する選択スイッチと、
   前記選択スイッチから出力される前記第１光信号を分光する分光器と
   を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の測定システム。
6. ｍ個の前記光分岐カプラからそれぞれ出力される前記第２光信号を電気信号に変換し、変換した電気信号の１つを選択して出力する光電変換モジュールを更に備えることを特徴とする請求項５に記載の測定システム。
7. ｍ個の前記光信号選択器からそれぞれ出力される光信号から１つの光信号を選択し、選択した光信号を第１光信号と第２光信号に分岐する分岐スイッチと、
   前記分岐スイッチから出力される前記第１光信号を分光する分光器と、
   前記分岐スイッチから出力される前記第２光信号を電気信号に変換する光電変換器と
   を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の測定システム。

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