JPH04313085A - 電位の光学的測定方法 - Google Patents
電位の光学的測定方法Info
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- JPH04313085A JPH04313085A JP3287167A JP28716791A JPH04313085A JP H04313085 A JPH04313085 A JP H04313085A JP 3287167 A JP3287167 A JP 3287167A JP 28716791 A JP28716791 A JP 28716791A JP H04313085 A JPH04313085 A JP H04313085A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
- G01R31/302—Contactless testing
- G01R31/308—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は電位の光学的測定方法
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】「エレクトロニクス レターズ（Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ）」第２１巻、
第１３号（１９８５年）、第５６８〜５７９ページから
知られた方法では、マイクロエレクトロニクスデバイス
中の電位分布をレーザプローブにより撮像するために、
電気光学特性を有し片面を誘電体により鏡面化された結
晶板を用いる。プローブにより逐一走査される測定セン
サをデバイスのすぐ上に配置するので、導体路から出る
漂遊電界は結晶中へ侵入して結晶中に複屈折を誘発する
ことができる。漂遊電界領域中で結晶を透過するレーザ
光線の偏光の複屈折に起因する変化が検光子ユニット中
で検出され、デバイス表面上のレーザ焦点の位置に関係
して記録される。
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ）」第２１巻、
第１３号（１９８５年）、第５６８〜５７９ページから
知られた方法では、マイクロエレクトロニクスデバイス
中の電位分布をレーザプローブにより撮像するために、
電気光学特性を有し片面を誘電体により鏡面化された結
晶板を用いる。プローブにより逐一走査される測定セン
サをデバイスのすぐ上に配置するので、導体路から出る
漂遊電界は結晶中へ侵入して結晶中に複屈折を誘発する
ことができる。漂遊電界領域中で結晶を透過するレーザ
光線の偏光の複屈折に起因する変化が検光子ユニット中
で検出され、デバイス表面上のレーザ焦点の位置に関係
して記録される。
【０００３】また「エレクトロニクス レターズ（Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ）」第２０巻
、第２０号（１９８４年）、第８１８、８１９ページ及
び「アプライド フィジックス レターズ（Ａｐｐ
ｌ． Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔｅｒｓ ）」第４７巻（第１
０号）、１９８５年、第１０８３、１０８４ページ及び
アメリカ合衆国特許第４６８１４９９ 号明細書から知
られている測定方法では、基板材料の電気光学特性をＧ
ａＡｓ回路中の信号レベルの変化の記録のために利用す
るが、「エレクトロニクス レターズ（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ）」第２２巻、第１７号
（１９８６年）、第９１８、９１９ページ及びアメリカ
合衆国特許第４６１８８１９ 号明細書に記載の方法で
は、導体路の範囲に発生する電界を結晶先端を透過する
レーザプローブによりストロボスコープ式に走査するた
めに、ＬｉＴａＯ３結晶先端を用いる。
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ）」第２０巻
、第２０号（１９８４年）、第８１８、８１９ページ及
び「アプライド フィジックス レターズ（Ａｐｐ
ｌ． Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔｅｒｓ ）」第４７巻（第１
０号）、１９８５年、第１０８３、１０８４ページ及び
アメリカ合衆国特許第４６８１４９９ 号明細書から知
られている測定方法では、基板材料の電気光学特性をＧ
ａＡｓ回路中の信号レベルの変化の記録のために利用す
るが、「エレクトロニクス レターズ（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ）」第２２巻、第１７号
（１９８６年）、第９１８、９１９ページ及びアメリカ
合衆国特許第４６１８８１９ 号明細書に記載の方法で
は、導体路の範囲に発生する電界を結晶先端を透過する
レーザプローブによりストロボスコープ式に走査するた
めに、ＬｉＴａＯ３結晶先端を用いる。
【０００４】別のレーザ測定法は、「アイトリプルイー
ジャーナル オブ クォンタムエレクトロニク
ス（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ）」第２２巻、第１号、１
９８６年、第６９〜７８ページに記載されている。
ジャーナル オブ クォンタムエレクトロニク
ス（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ）」第２２巻、第１号、１
９８６年、第６９〜７８ページに記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、特
にマイクロエレクトロニクスデバイス中の電位を高精度
で測定できるような前記の種類の方法を提供することに
ある。
にマイクロエレクトロニクスデバイス中の電位を高精度
で測定できるような前記の種類の方法を提供することに
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題はこの発明に基
づき、半導体基体が試料の測定すべき電位を有する領域
のそばに配置され、それによりこの領域から出る漂遊電
界が少なくとも部分的に半導体基体中に侵入し、半導体
基体の吸収特性の漂遊電界により誘発された変化が、漂
遊電界を透過する単色の光プローブにより測定されるこ
とにより解決される。
づき、半導体基体が試料の測定すべき電位を有する領域
のそばに配置され、それによりこの領域から出る漂遊電
界が少なくとも部分的に半導体基体中に侵入し、半導体
基体の吸収特性の漂遊電界により誘発された変化が、漂
遊電界を透過する単色の光プローブにより測定されるこ
とにより解決される。
【０００７】
【発明の効果】この発明により得られる長所は特に、電
位の時間依存性を測定個所の範囲の表面構造により影響
されずに測定できるということにある。
位の時間依存性を測定個所の範囲の表面構造により影響
されずに測定できるということにある。
【０００８】
【実施例】次にこの発明に基づく測定方法を実施するた
めの装置の一実施例を示す図面により、この発明を詳細
に説明する。
めの装置の一実施例を示す図面により、この発明を詳細
に説明する。
【０００９】半導体の光吸収端は電界中では一層小さい
光子エネルギーの方へ移動する（フランツ・ケルディシ
ュ効果）。この発明に基づく方法は、電位を光学的方法
に基づきレーザプローブにより測定するためにこの電気
吸収効果を利用する。エネルギーＥＰｈただしＥＰｈ≦
ＥＢ かつ｜ＥＰｈ−ＥＢ ｜≒０（ＥＢ ：半導体の
バンドギャップ）の単色光の著しい減衰が、特に約１０
ｋＶ／ｃｍの高い電界強さの場合に初めて観察される。 この程度の大きさの電界はサブミクロン構造中では低い
電位の場合にも発生するので、この発明に基づく方法は
特に最近のＶＬＳＩ回路の導体路での速やかな信号レベ
ル変化を測定するために適している。
光子エネルギーの方へ移動する（フランツ・ケルディシ
ュ効果）。この発明に基づく方法は、電位を光学的方法
に基づきレーザプローブにより測定するためにこの電気
吸収効果を利用する。エネルギーＥＰｈただしＥＰｈ≦
ＥＢ かつ｜ＥＰｈ−ＥＢ ｜≒０（ＥＢ ：半導体の
バンドギャップ）の単色光の著しい減衰が、特に約１０
ｋＶ／ｃｍの高い電界強さの場合に初めて観察される。 この程度の大きさの電界はサブミクロン構造中では低い
電位の場合にも発生するので、この発明に基づく方法は
特に最近のＶＬＳＩ回路の導体路での速やかな信号レベ
ル変化を測定するために適している。
【００１０】測定センサとしては図１に示された板状の
物体ＭＳが用いられ、このセンサはデバイスＤＵＴのす
ぐ上に配置されレーザ光線ＬＡにより走査される。測定
センサＭＳは用いられる光線ＬＡに対し透明なＹＡＧ支
持体結晶ＴＫ、同様に透明な導電性層ＴＬ（例えば酸化
亜鉛）、及びドープされていない半導体材料ＨＬの試料
側を誘電体により鏡面化された層から成り、その吸収特
性は導体路ＬＢから出る漂遊電界により影響される。半
導体材料として特にＣｄＳ（吸収約０．５μｍ）及びＺ
ｎＳ（吸収約０．３μｍ）が考慮に値する。自明のよう
に所定のバンドエッジを有する他の単結晶の半導体を用
いることもできる。
物体ＭＳが用いられ、このセンサはデバイスＤＵＴのす
ぐ上に配置されレーザ光線ＬＡにより走査される。測定
センサＭＳは用いられる光線ＬＡに対し透明なＹＡＧ支
持体結晶ＴＫ、同様に透明な導電性層ＴＬ（例えば酸化
亜鉛）、及びドープされていない半導体材料ＨＬの試料
側を誘電体により鏡面化された層から成り、その吸収特
性は導体路ＬＢから出る漂遊電界により影響される。半
導体材料として特にＣｄＳ（吸収約０．５μｍ）及びＺ
ｎＳ（吸収約０．３μｍ）が考慮に値する。自明のよう
に所定のバンドエッジを有する他の単結晶の半導体を用
いることもできる。
【００１１】センサ要素の寸法及び厚さは実験の実情に
適合させることができる。約１×１ｃｍ２ の活性表面
を備えるデバイスＤＵＴの検査のために、下記の層厚が
有利であることが判明している。 支持体結晶ＴＫ ｄＴＫ≒０．５ｍｍ導
電性層ＴＬ ｄＴＬ≒１００ｎｍ半
導体層ＨＬ ｄＨＬ≧５０μｍ誘電
体の鏡ＤＳ ｄＤＳ≒１０μｍ
適合させることができる。約１×１ｃｍ２ の活性表面
を備えるデバイスＤＵＴの検査のために、下記の層厚が
有利であることが判明している。 支持体結晶ＴＫ ｄＴＫ≒０．５ｍｍ導
電性層ＴＬ ｄＴＬ≒１００ｎｍ半
導体層ＨＬ ｄＨＬ≧５０μｍ誘電
体の鏡ＤＳ ｄＤＳ≒１０μｍ
【００１
２】測定センサＭＳをデバイスＤＵＴのできるだけそば
に近づける特にデバイス表面上に載せるべきであり、そ
れにより漂遊電界ＳＦが信号を導く構成要素ＬＢの上方
の半導体ＨＬをほぼ垂直に透過する。そのとき半導体Ｈ
Ｌの吸収特性はそのつどの導体路電位だけに関係するか
、又は導体路ＨＬと導電性層ＴＬとの間に生じた電位差
に関係する。従って信号レベル変化は測定個所の範囲の
表面構造により影響されず、関心のある導体路ＬＢ上に
位置決めされたレーザプローブＬＡにより測定できる。 その際測定量は誘電体の鏡ＤＳで反射され検出器の方向
へ偏向された光線（図２参照）の強度である。 検出器としてはホトダイオードＰＤが用いられ、その出
力信号が増幅されてサンプリングオシロスコープＳＯ中
で更に処理される。
２】測定センサＭＳをデバイスＤＵＴのできるだけそば
に近づける特にデバイス表面上に載せるべきであり、そ
れにより漂遊電界ＳＦが信号を導く構成要素ＬＢの上方
の半導体ＨＬをほぼ垂直に透過する。そのとき半導体Ｈ
Ｌの吸収特性はそのつどの導体路電位だけに関係するか
、又は導体路ＨＬと導電性層ＴＬとの間に生じた電位差
に関係する。従って信号レベル変化は測定個所の範囲の
表面構造により影響されず、関心のある導体路ＬＢ上に
位置決めされたレーザプローブＬＡにより測定できる。 その際測定量は誘電体の鏡ＤＳで反射され検出器の方向
へ偏向された光線（図２参照）の強度である。 検出器としてはホトダイオードＰＤが用いられ、その出
力信号が増幅されてサンプリングオシロスコープＳＯ中
で更に処理される。
【００１３】装置のプローブを形成する部分は、可変波
長のピコ秒レーザ源ＰＬＡ（パルス反復周波数ｆ１ ＝
８２ＭＨｚ、パルス幅τ≒１００ｐｓ）、レーザパルス
の幅をτ＜１０ｐｓに低減するパルス圧縮器ＰＫ、及び
レーザ光線ＬＡを位置決めテーブルＴ上に配置されたデ
バイスＤＵＴの関心のある導体路ＬＢ上に集束する光学
ユニットＯＬから成る。その際レーザ光源ＰＬＡから放
射される光線ＬＡの波長は、導体路電位のすべての変化
が反射光線ＬＡ′の強度のできるだけ大きい変化を引き
起こすように、測定センサＭＳ中に用いられた半導体Ｈ
Ｌの吸収端に同調されている。このことは特に光子エネ
ルギーが半導体ＨＬのバンドギャップより小さくかつこ
れとほぼ等しいときに保証される。自明のように吸収端
のエネルギー位置を導電性層ＴＬの電位の変更によりレ
ーザ光線ＬＡの波長に同調させることもできる。
長のピコ秒レーザ源ＰＬＡ（パルス反復周波数ｆ１ ＝
８２ＭＨｚ、パルス幅τ≒１００ｐｓ）、レーザパルス
の幅をτ＜１０ｐｓに低減するパルス圧縮器ＰＫ、及び
レーザ光線ＬＡを位置決めテーブルＴ上に配置されたデ
バイスＤＵＴの関心のある導体路ＬＢ上に集束する光学
ユニットＯＬから成る。その際レーザ光源ＰＬＡから放
射される光線ＬＡの波長は、導体路電位のすべての変化
が反射光線ＬＡ′の強度のできるだけ大きい変化を引き
起こすように、測定センサＭＳ中に用いられた半導体Ｈ
Ｌの吸収端に同調されている。このことは特に光子エネ
ルギーが半導体ＨＬのバンドギャップより小さくかつこ
れとほぼ等しいときに保証される。自明のように吸収端
のエネルギー位置を導電性層ＴＬの電位の変更によりレ
ーザ光線ＬＡの波長に同調させることもできる。
【００１４】更にこの方法を実施するための装置は、デ
バイスＤＵＴに試験プログラムの周期的実行を行わせる
ドライバユニットＴＲを備える。ドライバユニットＴＲ
により設定可能な制御周波数ｆ２ が光源ＰＬＡのパル
ス反復周波数ｆ１ の整数ｎ倍に相応する場合には、レ
ーザプローブＬＡが１試験サイクル中に生じる各ｎ番目
の周期内の導体路信号を位相同期して走査する（ストロ
ボ観察法の原理）。信号の時間依存性を完全に記録する
ために制御周波数ｆ２ ＝ｎｆ１ ±Δｆ（ｆ１ ≫Δ
ｆ≒１ｋＨｚ）が選ばれると、それによりレーザパルス
の位相角は導体路信号に関して連続的に変化する。Δｆ
により与えられるサンプリング周波数を有する信号がオ
シロスコープＳＯの基準入力端にも与えられる。この信
号は、ドライバユニットＴＲ及びレーザ源ＰＬＡを制御
するモードロッカＭＬＤと同様に、位相安定な基準発振
器ＯＳの出力信号により同期化されるシンセサイザＳＹ
Ｎにより発生させられる。
バイスＤＵＴに試験プログラムの周期的実行を行わせる
ドライバユニットＴＲを備える。ドライバユニットＴＲ
により設定可能な制御周波数ｆ２ が光源ＰＬＡのパル
ス反復周波数ｆ１ の整数ｎ倍に相応する場合には、レ
ーザプローブＬＡが１試験サイクル中に生じる各ｎ番目
の周期内の導体路信号を位相同期して走査する（ストロ
ボ観察法の原理）。信号の時間依存性を完全に記録する
ために制御周波数ｆ２ ＝ｎｆ１ ±Δｆ（ｆ１ ≫Δ
ｆ≒１ｋＨｚ）が選ばれると、それによりレーザパルス
の位相角は導体路信号に関して連続的に変化する。Δｆ
により与えられるサンプリング周波数を有する信号がオ
シロスコープＳＯの基準入力端にも与えられる。この信
号は、ドライバユニットＴＲ及びレーザ源ＰＬＡを制御
するモードロッカＭＬＤと同様に、位相安定な基準発振
器ＯＳの出力信号により同期化されるシンセサイザＳＹ
Ｎにより発生させられる。
【００１５】この発明は自明のように前記実施例には限
定されない。パルス状に放出されるレーザＰＬＡを連続
波レーザと電気光学変調器（ポッケルスセル）から成る
ユニットにより置き替えることもでき、その際変調器に
付設されたパルス発生器は再び基準発振器ＯＳにより同
期化される。
定されない。パルス状に放出されるレーザＰＬＡを連続
波レーザと電気光学変調器（ポッケルスセル）から成る
ユニットにより置き替えることもでき、その際変調器に
付設されたパルス発生器は再び基準発振器ＯＳにより同
期化される。
【００１６】測定センサＭＳを走査するプローブＬＡの
波長を半導体ＨＬの吸収端に一層容易に同調させるため
に、周波数倍増性結晶をレーザとデバイスとの間の光路
中に配置することができるので有利である。
波長を半導体ＨＬの吸収端に一層容易に同調させるため
に、周波数倍増性結晶をレーザとデバイスとの間の光路
中に配置することができるので有利である。
【図１】この発明に基づく電位測定方法を実施するため
の測定センサの一実施例の縦断面図である。
の測定センサの一実施例の縦断面図である。
【図２】方法を実施するための装置の一実施例の配置図
である。
である。
ＤＵＴ 試料
ＨＬ 半導体基体
ＬＡ 光プローブ
ＬＢ 領域
ＰＬＡ 可変波長レーザ
ＳＦ 漂遊電界
ＴＬ 導電性層
Claims (8)
- 【請求項１】 半導体基体（ＨＬ）が試料（ＤＵＴ）
の測定すべき電位を有する領域（ＬＢ）のそばに配置さ
れ、それによりこの領域（ＬＢ）から出る漂遊電界（Ｓ
Ｆ）が少なくとも部分的に半導体基体（ＨＬ）中に侵入
し、半導体基体（ＨＬ）の吸収特性の漂遊電界（ＳＦ）
により誘発された変化が、漂遊電界（ＳＦ）を透過する
単色の光プローブ（ＬＡ）により測定されることを特徴
とする電位の光学的測定方法。 - 【請求項２】 半導体材料の吸収端の移動が光プロー
ブ（ＬＡ）の強度の測定により確定されることを特徴と
する請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 光子エネルギーが半導体のバンドギャ
ップより小さくかつそれにほぼ等しい光が用いられるこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の方法。 - 【請求項４】 半導体基体（ＨＬ）の試料側の面が鏡
面化され、光プローブ（ＬＡ）が半導体基体（ＨＬ）を
試料面に対しほぼ垂直に透過することを特徴とする請求
項１ないし３の一つに記載の方法。 - 【請求項５】 半導体基体（ＨＬ）の試料と反対側の
面が、用いられる光線に対し透明な導電性層（ＴＬ）を
備えることを特徴とする請求項１ないし４の一つに記載
の方法。 - 【請求項６】 導電性層（ＴＬ）が調節可能な電位を
供給されることを特徴とする請求項５記載の方法。 - 【請求項７】 光プローブ（ＬＡ）が試料（ＤＵＴ）
の周期性電気信号を導く要素（ＬＢ）上へ向けられて信
号と同期して走査され、光パルスの位相角が信号に関し
て変更されることを特徴とする請求項１ないし６の一つ
に記載の方法。 - 【請求項８】 可変波長レーザ（ＰＬＡ）が光源とし
て用いられることを特徴とする請求項１ないし７の一つ
に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4032031 | 1990-10-09 | ||
| DE4032031.6 | 1990-10-09 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04313085A true JPH04313085A (ja) | 1992-11-05 |
Family
ID=6415944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3287167A Withdrawn JPH04313085A (ja) | 1990-10-09 | 1991-10-07 | 電位の光学的測定方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5164664A (ja) |
| EP (1) | EP0480206A3 (ja) |
| JP (1) | JPH04313085A (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5583445A (en) * | 1994-02-04 | 1996-12-10 | Hughes Aircraft Company | Opto-electronic membrane probe |
| US5872360A (en) * | 1996-12-12 | 1999-02-16 | Intel Corporation | Method and apparatus using an infrared laser based optical probe for measuring electric fields directly from active regions in an integrated circuit |
| US6107806A (en) | 1997-07-30 | 2000-08-22 | Candescent Technologies Corporation | Device for magnetically sensing current in plate structure |
| US5904486A (en) * | 1997-09-30 | 1999-05-18 | Intel Corporation | Method for performing a circuit edit through the back side of an integrated circuit die |
| US6107107A (en) * | 1998-03-31 | 2000-08-22 | Advanced Micro Devices, Inc. | Analyzing an electronic circuit formed upon a frontside surface of a semiconductor substrate by detecting radiation exiting a backside surface coated with an antireflective material |
| US6072179A (en) * | 1998-08-07 | 2000-06-06 | Intel Corporation | Method and apparatus using an infrared laser based optical probe for measuring voltages directly from active regions in an integrated circuit |
| US6462814B1 (en) | 2000-03-15 | 2002-10-08 | Schlumberger Technologies, Inc. | Beam delivery and imaging for optical probing of a device operating under electrical test |
| US6943572B2 (en) * | 2002-09-03 | 2005-09-13 | Credence Systems Corporation | Apparatus and method for detecting photon emissions from transistors |
| US6891363B2 (en) * | 2002-09-03 | 2005-05-10 | Credence Systems Corporation | Apparatus and method for detecting photon emissions from transistors |
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| US7616312B2 (en) * | 2005-06-29 | 2009-11-10 | Dcg Systems, Inc. | Apparatus and method for probing integrated circuits using laser illumination |
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