JPH05256872A

JPH05256872A - 光信号を用いた半導体試験装置

Info

Publication number: JPH05256872A
Application number: JP4088183A
Authority: JP
Inventors: Isao Ishiguro; 功石黒; Yuzuru Kobayashi; 譲小林; Takeshi Kamiya; 武志神谷
Original assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Current assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Priority date: 1992-03-12
Filing date: 1992-03-12
Publication date: 1993-10-08
Anticipated expiration: 2016-08-13
Also published as: JP3197325B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高速動作可能なＩＣをウェハー基板上で精度
良く測定する。【構成】ガリウムひ素基板１０上に形成された被測定
集積回路１２や被測定素子１４に、同じ基板１０上に形
成した光信号でトリガすることのできる光トリガ高速信
号発生器１００から高速パルスを印加し、被測定集積回
路１２などの出力を広帯域サンプリング・オシロスコー
プで観測する。この広帯域サンプリング・オシロスコー
プも基板１０上に形成することもできる。また、電気光
学効果を用いたサンプリング・オシロスコープを使用す
ることもできる。【効果】高速性能の保証された集積回路などを、効率
よく得ることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガリウムひ素基板上に形
成された高速素子や集積回路を試験するための試験装置
に関する。さらに具体的には、高速の被測定物のパルス
特性などを、光信号の印加により精度高く測定すること
を可能とした改良された装置を提供せんとするものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】情報処理システムの大容量化、高
速化が進み、その信号を処理するための情報処理システ
ムは、そのハードおよびソフトにおいて高速化が望まれ
てきている。とくに、ハード面では、ガリウムひ素等の
キャリアのモビリティーが大きい半導体基板を使うこと
によって高速化が進み、かつ、パターンを微細化し、高
集積化して市場のニーズに応えてきている。このような
ガリウムひ素の集積回路も現在では半導体メーカー各社
で開発され、たとえば、株式会社日立製作所製ロジック
ＩＣのＨＳ６９００シリーズでは２．４ギガビット／秒
の高速信号処理を、また、米国ギガビット・ロジック
（ＧｉｇａｂｉｔＬｏｇｉｃ，Ｉｎｃ．）社製１０Ｇ
ピコロジック系列（ＰｉｃｏＬｏｇｉｃＦａｍｉｌ
ｙ）は３ＧＨｚの動作を保証している。

【０００３】ところで、このような高速集積回路の開発
や検査においては、その性能を確認するために高速のク
ロック信号とデータ信号のようにスキュー関係（タイミ
ング関係）が明確になっている信号をＩＣチップ内に入
力する必要性があり、そのマージンを知る必要性があ
る。また、それとともに集積回路（ＩＣ）から出力され
てくる高速信号を観測する必要性がある。

【０００４】現在、このような評価をするにはＩＣを専
用の装置に搭載し、その装置のコネクタを介して外部の
パルス・パターン・ジェネレータやサンプリング・オシ
ロスコープに接続する方法と、オンウェハー・プローブ
で直接ウェハー上の専用パッドに接続し、外部の機器に
接続する方法がある。ところが、実際には多くの場合、
ウェハーからチップを切り出し、専用の装置に搭載して
検査するということはなく、切断前のウェハー上のポイ
ントで抵抗と容量の値を測ることによって、その時定数
から計算で特性をシミュレーションしている。あるいは
ウェハー上の端にテスト用の単体素子を配置し、その特
性から類推している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】測定用の装置に装着し
て特性測定をする場合、この装置の性能と、搭載の仕方
による特性と、被測定物の特性とを総合的に評価するこ
とになる。測定装置の特性が被測定物の特性よりも充分
上回っているときには問題は生じないが、同等程度にな
る場合には、装置自体の特性を明確にしておかなけれ
ば、被測定物の特性を正確に知ることはできない。しか
し、信号が高速になればなるほど、入出力コネクタとの
インタフェースを設計することは難しく、入出力コネク
タの形状は外部に接続される測定装置との関係でサイズ
が決まっているので、多チャンネルになると装置自身の
大きさがかなり大きくなり、また、その大きさのために
入力コネクタ間でＩＣ迄の距離および伝搬時間に違いが
生じ、タイミング依存性や位相マージンを正確に知るこ
とは非常に難しいという解決されるべき課題があった。

【０００６】また、ウェハーを測定用装置に接続する信
号線の数も多くなるために、頻繁にウェハーに測定用の
コネクターを接続したり外したりはできないという課題
が残されていた。

【０００７】オンウェハー・プローブでは専用のパッド
（測定端子）を設ける必要があり、ウェハーに直接接触
しなければならないので、傷を付けてしまうことがあ
る。また、ＩＣに対し専用のプローバ・カードをその都
度設計制作する必要がある。ウェハー・プローブの高周
波特性は、たとえば米国のカスケード・マイクロテック
社（ＣＡＳＣＡＤＥＭＩＣＲＯＴＥＣＨ）のＷＰＨシ
リーズでは、直流から５０ＧＨｚの測定可能な周波数範
囲を有している。このような高周波特性の測定は、ネッ
トワーク・アナライザーを使って行うため、測定系の特
性は補正をかけることによって、ある程度の範囲におい
てキャンセルでき、プローバの周波数特性はあまり問題
にならない。しかし、リアルタイムでスキューの観測を
する場合には、高速パルスの入出力が必要とされ、この
ようなプローバでは高速信号を劣化なく導入することは
不可能である。また、ＩＣのスキューを調整するため
に、ＩＣの伝送路の伝搬遅延時間を正確に知る必要があ
るが、ウェハー上でのこのようなタイムドメイン（時間
領域）の測定は実施できないという解決されねばならな
い課題があった。

【０００８】ＩＣの開発や検査の段階において、ＩＣに
非接触で高速の信号を多チャンネル同時に導入し、か
つ、ＩＣ上の任意の点の信号を観測したいという強い要
求がある。任意の点の信号の観測については、電気光学
効果を用いた非接触プロービングが研究されている（文
献ＩＢＭ Journal of Research and Development V
ol.34, No.2/3, ３月／５月１９９０ P.141-172 お
よび１９９０年電子情報通信学会秋期全国大会 C291,
292, 293 ）。このようなプロービングのみが発達して
も、信号を被測定回路に導入できなければシステムとし
ては未完成である。この問題を解決するために被測定回
路チップ上に高速信号源を作り込み、ボンディング・ワ
イヤやコネクタの問題を排除し、回路の特性を知る研究
が始まっている（ＮＴＴＲ＆ＤＶｏｌ．４０Ｎ
ｏ．１１９９１）。このシステムでは、光電変換素子
をチップ上に形成している。ところが、このシステムの
光信号源はインパルスであるため、素子のインパルス応
答を知ることには適しているが、回路全体の評価をする
という点では問題がある。また、この光信号源にはモー
ド同期法が使われているために、任意の繰り返し周波数
を選択することができないという未解決の課題が残され
ていた。

【０００９】ウェハー基板上の被測定素子あるいは被測
定集積回路に測定信号である立上がり時間が十数ｐｓの
パルス信号をプローバー等で導入することは、プローバ
ーあるいはプローバーと基板間で信号の立上がり時間の
劣化が生じるために極めて困難であり、このようなパル
ス信号の劣化を演算によって補正することは容易ではな
いという解決されるべき課題があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するためになされたものであり、高速パルスの劣
化をなくすために、光信号を用いて非接触で比較的低速
な測定信号をウェハー上に導入し、ウェハー上において
立上がり時間を改善して高速信号を被測定素子あるいは
被測定集積回路（ＩＣ）に導入するようにした。

【００１１】非接触で高速信号をＩＣに導入する手段と
して、フォト・コンダクタと非線形伝送路と波形整形器
を集積化した光トリガ高速信号発生器を被測定素子およ
び被測定回路と同一のウェハー基板上に形成することに
より、ウェハー基板上の高速素子およびＩＣを試験する
ように構成した。

【００１２】この光トリガ高速信号発生器を単数あるい
は複数個、ウェハー上に集積化することによって、非接
触で高速信号をウェハー上の測定対象素子あるいはＩＣ
上に導入することができる。光トリガ信号は空間を介し
て非接触でウェハー上の光トリガ高速信号発生器に導入
できる。この光信号をＩＣなどに導入するために、光フ
ァイバーの先をテーパー状に加工した先球テーパー・フ
ァイバーをアレー状に複数本集積化し使用すれば、ウェ
ハー上の集積回路の微小な入力に多チャンネルの光信号
を導入できる。チャンネル間スキュー調整に光遅延回路
を使用することによって、ジッタの発生がなく、そのう
え遅延をかけることによる波形品質の劣化を防止してい
る。これにより正確なチャンネル間スキューの設定が可
能となる。フォト・コンダクタはフォト・ダイオードに
比べ構造が簡単なため、非線形伝送路および波形整形器
とともに、被測定素子あるいは被測定ＩＣを形成したガ
リウムひ素のウェハー基板上に作ることが容易である。

【００１３】非線形伝送路によって立上がり時間が数１
０ｐｓの信号を１０ｐｓ以下にできるので、フォト・コ
ンダクタに入力する光トリガ信号には高速性は要求され
ない。したがって、高速光パルスを発生する色素レーザ
ーのような、大きく取り扱いが不便で繰り返し周波数が
固定である信号源を使う必要が無く、取扱が簡便で繰り
返し周期等を広範囲に変化させることができる半導体レ
ーザーをパルス幅の圧縮無しで使用することができる。
フォト・コンダクタはオン時においてもそのインピーダ
ンスは大きく数キロオームはあり、フォト・コンダクタ
の出力を非線形伝送路のインピーダンスで終端できるの
で、非線形伝送路自身や負荷のＶＳＷＲ（電圧定在波
比）が悪く、反射波が発生しても、この終端器で吸収で
きる。また、フォト・ダイオードは電流源であるからバ
イアスを変えても取出せる信号は同じであるが、本発明
において採用するフォト・コンダクタには、大きなバイ
アス電圧を加えておけば、大きな信号を取出すことが可
能である。フォト・コンダクタによって発生した２〜３
Ｖで立上がり時間が約５０ｐｓの信号は、最適化設計さ
れた非線形伝送路によって立上がり時間が１０ｐｓ以下
に波形整形され、方向性結合器等によって所望のパルス
幅に整形される。

【００１４】このようにフォト・コンダクタと非線形伝
送路と波形整形器を集積化した光トリガ高速信号発生器
を被測定素子および被測定ＩＣと同一のウェハー基板上
に形成することによって、高速測定信号をウェハー基板
上の高速素子およびＩＣに導入することができる。

【００１５】また、被測定ＩＣあるいは素子と同一ウェ
ハー上に従来の広帯域サンプリング・ゲートあるいは広
帯域フォト・サンプリング・ゲートを形成することによ
り、ウェハー基板上で高速信号をサンプリングし、第２
サンプリング・ゲートであるストレッチャー回路により
低速信号に変換して、プローバあるいは測定用治具等の
外部測定器とのインタフェースによる信号の劣化を排除
し、被測定ＩＣあるいは素子から出力される高速信号の
観測を可能とし、ウェハーからの信号の取出しをきわめ
て容易にした。

【００１６】これらの測定回路は被測定回路の入出力端
子に接続されているため、測定が終了した後、被測定回
路に通常の動作をさせるときに不都合である。したがっ
て、測定終了後には測定回路が被測定回路から完全に分
離されることが望ましい。本測定回路はウェハー基板上
で被測定回路とはスクライブによって切断されることに
よって完全に分離することができ、したがって、測定が
終了した後には、ＩＣとして本来の動作が可能となる。

【００１７】また、ここで電気光学効果を利用したサン
プリング方式を用いることで非接触で任意の点の信号観
測をも可能としている。

【００１８】

【作用】このようにフォト・コンダクタと非線形伝送路
と波形整形器、そしてサンプリング・ゲートをガリウム
ひ素のウェハー基板上に集積化することにより装置を小
型化でき、かつ、非接触で高速信号を被測定回路あるい
は被測定素子に導入し、容易にウェハー基板上から高速
信号情報を取り出すことができ、高速ＩＣの試験が可能
となる。また、電気光学効果によるサンプリング方式と
組み合わせることによって、非接触高速ＩＣ試験装置を
実現することができる。

【００１９】

【実施例】本発明の第１の実施例を図１に示し、これを
用いて説明する。

【００２０】本発明の光トリガによる高速信号発生器を
被測定物であるガリウムひ素ウェハー１０上に被測定集
積回路と被測定素子とともに集積化している。ここで、
１２は被測定集積回路、１４は被測定素子、１００は光
トリガ高速信号発生器、１０９は光トリガ高速信号発生
器１００を評価するための伝送路、１０２は光トリガ高
速信号発生器１００に含まれたダイオードの静電容量を
検査するためのダイオード容量検査用セルである。

【００２１】高速で大規模集積しているＩＣを開発する
ときには、ガリウムひ素ウェハー１０上には数個の被測
定集積回路１２のチップしか搭載せず、高周波特性を知
るためにガリウムひ素ウェハー１０の一部に被測定集積
回路１２と同一のプロセスで作ったトランジスタ素子な
どの被測定素子１４を配置している。したがって、ガリ
ウムひ素ウェハー１０上の空きスペースに、光信号でト
リガすることのできる光トリガ高速信号発生器１００を
形成し、高速パルス信号を被測定素子１４あるいは被測
定集積回路１２に印加することができる。ダイオード容
量検査用セル１０２によって、光トリガ高速信号発生器
１００に含まれた非線形伝送路の性能を支配するダイオ
ードの逆電圧対静電容量特性を容易に測定することがで
きる。

【００２２】図２には図１の重要な構成要素である光ト
リガ高速信号発生器１００の詳細な構成が示されてい
る。

【００２３】１２２は光トリガ１２１を電気信号に変換
するフォト・コンダクタ、１２４はフォト・コンダクタ
１２２にバイアスをかけるためのバイアス端子、１２７
−１，１２７−２は非線形伝送路１２５より反射されて
来るパルス信号を吸収するための終端抵抗器、非線形伝
送路１２５に含まれた多くのＤ１はフォト・コンダクタ
１２２からのパルス信号によって逆バイアス電圧が加わ
るように配置されたショットキー・バリア型のダイオー
ド、１４１は方向性結合器を用いた波形整形器、１２８
は方向性結合器１４１を通過して来る信号を吸収するた
めの終端抵抗器、１５９は波形整形器１４１により波形
整形された信号を出力するための伝送路である出力端
子、１４７は出力端子１５９側より反射されてくる信号
を吸収するための終端抵抗器である。

【００２４】図３には図２の構成の各部の波形を示し、
これを用いて動作を説明する。（ａ）に示す光トリガ信
号１２１がバイアス電源（図示されていない）に接続さ
れているフォト・コンダクタ１２２に入射されると、光
のパワーに応じて、フォト・コンダクタ１２２のコンダ
クタンスが変化し、フォト・コンダクタに光トリガ信号
１２１に対応した電流が流れる。フォト・コンダクタ１
２２の光入射時のコンダクタンス遷移は非常に高速であ
る。このフォト・コンダクタ１２２の出力（ｂ）は非線
形伝送路１２５に入力される。非線形伝送路１２５はグ
ランド・パターン１６０との間でコプレーナ伝送路を形
成するセンタ・コンダクタ１２９に沿って最適間隔で最
適数のダイオードＤ１をフォト・コンダクタ１２２の出
力信号によって逆バイアスされる向きに配置している
（文献 Appl. Phy. Lett. 54(11),13１９８９年３
月）。

【００２５】図４には図２に示した非線形伝送路１２５
に含まれた複数個のダイオードＤ１に逆電圧を印加した
ときのダイオードＤ１の端子間容量Ｃ_D1（ｐＦ）を示し
ている。

【００２６】ダイオードＤ１の端子間容量は、電圧変化
に対し非線形に変化する。センタ・コンダクタ１２９上
の信号の伝搬速度Ｖは１／（ＬＣ）^1/2で表わせるが、
非線形伝送路１２５では線路にダイオードＤ１が配置さ
れているので、センタ・コンダクタ１２９とグランド・
パターン１６０で形成された伝送路の容量Ｃにダイオー
ドＤ１の容量Ｃ_D1が加算され、伝搬速度Ｖは１／｛Ｌ
（Ｃ＋Ｃ_D1｝^1/2になる。すなわち、信号の過渡応答に
応じて伝搬速度が変化する。たとえばパルス信号の極性
が正で、立ち上がりの過渡応答では、信号が立ち上がる
につれて容量が減少するので伝搬速度は相対的に速くな
るように変化する。このような現象から、遷移時間の速
くないパルス信号を入力すると、電圧が低い部分に対し
て、電圧が高い部分が時間的に追ついて、遷移時間を短
縮することができる。

【００２７】非線形伝送路１２５によって遷移時間を短
縮されたパルス信号（図３（ｃ））は、方向性結合器で
ある波形整形器１４１に入力される。波形整形器１４１
の一端は非線形伝送路１２５に接続され、反対の一端は
波形整形器１４１の特性インピーダンスの終端抵抗器１
２８で終端する。結合された伝送路の非線形伝送路１６
０の一端は出力端子１５９とし、反対の一端は方向性結
合器の特性インピーダンスの終端抵抗器１４７で終端す
る。

【００２８】この方向性結合器である波形整形器１４１
の結合時間以上の幅をもったパルスが入力されると、信
号はそのまま伝搬し、終端器１２８によって吸収される
信号と結合線路に分かれる信号が発生する。結合線路に
分かれた信号のパルス幅は結合線路の結合時間長にな
る。また、パルスの後縁の遷移時間は前縁と同等にな
る。したがって、ある幅をもったパルス信号は正、負の
遷移が同等となり、所定のパルス幅をもった図３（ｄ）
のパルスに波形整形されて出力端子１５９から出力さ
れ、被測定集積回路１２や被測定素子１４に印加され
る。このとき、被測定集積回路１２や被測定素子１４と
の整合が悪いと反射が発生するが、この反射は抵抗器１
４７によって大部分を吸収する。１４４はグランド・パ
ターン１６０が非対称になることによって生じるコプレ
ーナ線路の奇モードの発生を抑えるボンディング・ワイ
ヤである。

【００２９】図５にはダイオード容量検査用セル１０２
（図１）の詳細が示されている。これは、図２に示した
光トリガ高速信号発生器１００に含まれた非線形伝送路
１２５を形成するダイオードＤ１の端子間容量特性（図
４）を測定するためのものであり、容量測定を容易にす
るために、光トリガ高速信号発生器１００（図２）の構
成要素から、終端抵抗器１２７−１，１２７−２，１２
８および１４７を除去したもの（１４７は必ずしも除去
する必要はない）であり、光トリガ高速信号発生器１０
０と同じ工程を経てガリウムひ素基板１０（図１）上に
形成される。

【００３０】光トリガ高速信号発生器１００に接続され
たガリウムひ素基板１０上に形成された伝送路１０９
（図１）の線路長の往復の伝搬時間は、光トリガ高速信
号発生器１００の出力端子１５９から得られるパルス
（図３（ｄ））のパルス幅よりも大きくとってある。こ
れは光トリガ高速信号発生器１００のパルス出力（図３
（ｄ））を観測して光トリガ高速信号発生器１００の性
能を評価するために使用される。

【００３１】図６は本発明の第２の実施例を示してい
る。図１に示した第１の実施例と異なるのは、広帯域サ
ンプリング・ゲート２００とダイオード容量検査用セル
２０２が、ガリウムひ素基板１０上に形成されている点
である。被測定集積回路１２や被測定素子１４に光トリ
ガ高速信号発生器１００から高速のパルス信号（図３
（ｄ））を印加して、被測定集積回路１２や被測定素子
１４からの高速パルス出力を広帯域サンプリング・ゲー
ト２００を用いて低速化して観測することができる。広
帯域サンプリング・ゲート２００には、光トリガ高速信
号発生器１００の場合と同様に、ダイオードを用いた非
線形伝送路が含まれており、そのダイオードの逆バイア
ス電圧に対するダイオード端子間容量（ｐＦ）（図４）
を検査するために、ダイオード容量検査用セル２０２は
使用される。

【００３２】図７には広帯域サンプリング・ゲート２０
０を含むサンプリング回路が示されている。ここで、被
測定集積回路１２や被測定素子１４の出力である信号源
２３１の信号を入力端子２３３に受けて、終端抵抗器２
３４で終端し、サンプリング用のショットキー・バリア
・ダイオードであるダイオード２３５，２３６で、サン
プリング・パルス２３７，２３８をメモリ用のコンデン
サ２４１，２４２を介して印加されて、信号源２３１か
らの信号をサンプルする。コンデンサ２４１，２４２に
は、サンプルした信号の電圧に比例した電荷が蓄積さ
れ、抵抗２５１，２５２を介して緩やかにサンプルした
信号の電圧が取り出され、これが広帯域サンプリング・
ゲート２００のサンプリング出力となる。ここで抵抗２
５３，２５４は電源−Ｖ_CおよびＶ_Cに接続されてお
り、抵抗２５１，２５２を介してダイオード２３５，２
３６に適当なバイアスをかけている。

【００３３】サンプリング出力は抵抗２５５，２５６を
介して増幅器２６１で増幅され、スイッチ２６５を介し
てコンデンサ２４３に蓄積される。これは低速のサンプ
リング・ゲートであり、ストレッチャーとして動作して
いる。コンデンサ２４３に蓄積された信号は増幅器２６
２で増幅されてその出力端子２６９から増幅されたサン
プリング出力が得られる。

【００３４】図８には被測定集積回路１２や被測定素子
１４の出力信号である信号源２３１からの高速信号を観
測する広帯域サンプリング・ゲート２００（図７）の部
分をガリウムひ素基板１０上に形成した場合の構成が示
されている。

【００３５】コンダクタ２１７と２１９との間にはフォ
ト・コンダクタ２２２が形成され、インダクタンス２１
６を介してバイアス電源２１５が接続されている。この
フォト・コンダクタ２２２に光トリガ２２１が照射され
ると、このコンダクタンスは変化して、フォト・コンダ
クタ２２２の両端すなわちコンダクタ２１７と２１９と
の間に、光トリガに対応したトリガ信号が発生する。こ
のトリガ信号はバイアス電源２１５からのバイアスをブ
ロックするためのコンデンサ２４０を介してコンダクタ
２１８と２１９上を進んで、多くのダイオードＤ２を含
む非線形伝送路２２５へと伝搬する。ここで、ダイオー
ドＤ２の逆バイアス電圧に対するダイオード端子間容量
（ｐＦ）は図４に示す特性を示すから、図５の非線形伝
送路１２５の場合と同様にして、トリガ信号の遷移時間
（立上り時間）は高速化されて、コンダクタ２１８およ
び２１９の右端に到着する。この右端にはワイヤ・ボン
ディングあるいは金属箔であるエア・ブリッジ２４９が
両コンダクタ２１８と２１９を短絡しており、コンデン
サ２４１，２４２の位置に対してショート・スタブとし
ての機能を果たしており、極めて幅の狭い正および負の
サンプリング・パルスをコンダクタ２４５および２４６
を介してサンプリング用のダイオード２３５，２３６に
印加して、両ダイオード２３５，２３６を短期間だけ導
通せしめて、入力端子２３３に印加されている信号源２
３１からの信号をサンプルして、その信号の振幅成分を
コンデンサ２４１，２４２に蓄積し、抵抗２５１，２５
２を介して緩やかに取り出している。終端抵抗器２３４
は入力端子２３３からの信号を終端する位置にあり、ま
た、終端抵抗器２３９はエア・ブリッジ２４９および非
線形伝送路２２５側から反射されてくるパルスを終端す
る位置にある。

【００３６】図９にはコンダクタ２１９上に形成された
コンデンサ２４２の構造が示されており、サンプリング
・パルスはコンデンサ２４２を介してコンダクタ２４６
に伝送され、ダイオード２３６をオンにする。同図
（ａ）は図８の抵抗２５３側からダイオード２３６の方
向を見た、コンダクタ２４６と、ガリウムひ素基板１０
上に形成されたコンダクタ２１９と、その間に挿まれた
誘電体２４８の側断面図である。図９（ｂ）は非線形伝
送路２２５側からエア・ブリッジ２４９側を見た場合
の、コンダクタ２４６と、ガリウムひ素基板１０上に形
成されたコンダクタ２１９と、その間に挿まれた誘電体
２４８の断面図である。サンプリング・パルス２３８を
通し、サンプルされた信号を蓄積するコンデンサ２４２
は誘電体２４８を挿さんで両コンダクタ２４６と２１９
との間に形成されている。コンデンサ２４１も全く同様
の構造により形成されている。

【００３７】以上は図７および図８の広帯域サンプリン
グ・ゲート２００の部分をガリウムひ素基板１０上に形
成した場合を説明した。しかしながら、図７の広帯域サ
ンプリング・ゲート２００以外の部分、すなわち、抵抗
２５３〜２５６や増幅器２６１および第２サンプリング
・ゲートあるいはストレッチャーと呼ばれるスイッチ２
６５，コンデンサ２４３，増幅器２６２もガリウムひ素
基板１０上に広帯域サンプリング・ゲート２００と一体
にして形成してもよいことは明らかであろう。

【００３８】図１０および図１１には図６に示したガリ
ウムひ素基板１０上に形成された光トリガ高速信号発生
器１００および広帯域サンプリング・ゲート２００を用
いて被測定物の特性を測定する場合のシステム例および
各部の波形が示されている。

【００３９】システムを起動するためのトリガ信号が入
力端子２０に印加されると、トリガ発生器２１によって
一定の振幅およびパルス幅の信号に変換され（図１１
（ａ））、光トリガ発生器２２に印加される。光トリガ
発生器２２にはレーザ・ダイオードが含まれており、そ
れが発光して（図１１（ｂ））、２分岐されて、光遅延
回路２３−１，２３−２に印加され、それぞれ所定量だ
け遅延されて、遅延された光トリガ１２１（図１１
（ｃ））および２２１（図１１（ｇ））を得る。

【００４０】光トリガ１２１は図２にその詳細を示した
光トリガ高速信号発生器１００に印加され、フォト・コ
ンダクタ１２２のコンダクタンスを変化せしめると、電
気信号に変換されて、非線形伝送路１２５に入力され
て、そこで信号の前縁の立上がり時間が圧縮された波形
を得る（図１１（ｄ））。これは波形整形器１４１にお
いてパルス幅が狭められ、パルス後縁部が波形整形され
て、出力端子１５９から出力され（図１１（ｅ））、被
測定集積回路１２や被測定素子１４である被測定物１５
に印加される。被測定物１５ではそれにより動作して信
号を出力し、これが図７および図８の広帯域サンプリン
グ・ゲート２００の入力端子２３３に印加される信号源
２３１となる（図１１（ｆ））。

【００４１】光トリガ２２１は図１１（ｇ）の実線で示
された時点、あるいは、さらに微小時間ずつ可変遅延さ
れた破線で示した時点において広帯域サンプリング・ゲ
ート２００（図７，図８参照）に印加され、そこに含ま
れたフォト・コンダクタ２２２でパルスを発生し、非線
形伝送路２２５において、そのパルスの前縁部を圧縮
（立上りを速く）し（図１１（ｈ））、エア・ブリッジ
２４９で反射して正および負のサンプリング・パルス２
３７，２３８を発生し（図１１（ｉ））、これがサンプ
リング用のダイオード２３５，２３６をオンにしてサン
プリング動作が行われる。サンプリングした出力は緩や
かな波形となって抵抗２５１，２５２から取り出され、
増幅されホールド動作によりストレッチされてサンプリ
ング回路の出力端子２６９に得られる。ここで抵抗２５
１，２５２に得られるサンプリング出力は低速な信号で
あるから、ガリウムひ素基板１０上から容易に外部へ取
り出すことができ、信号処理回路２９において処理され
る。

【００４２】図１２には広帯域フォト・サンプリング・
ゲート２０１を含むサンプリング回路が示されている。
図７に示したサンプリング回路の他の実施例であり、ダ
イオード２３５，２３６（図７）に代えてフォト・コン
ダクタ２２３，２２４を用い、これに光サンプリング・
パルス１１１を入射している点が異なっている。フォト
・コンダクタ２２３，２２４は図８のダイオード２３
５，２３６に、同じくコンデンサ２４１，２４２はコン
デンサ２４５，２４６に置き代えて、終端抵抗器２３４
および抵抗２５１，２５２を図８と同様にしてガリウム
ひ素基板１０上に形成することができる。

【００４３】この場合、光サンプリング・パルス１１１
はガリウムひ素基板１０とは別個の装置から供給され
る。この広帯域フォト・サンプリング・ゲート２０１は
図６に示したガリウムひ素基板１０上において、広帯域
サンプリング・ゲート２００に代えて使用することがで
きることは、以上の説明から明らかであろう。

【００４４】図１３および図１４には図１２に示した広
帯域フォト・サンプリング・ゲート２０１を含むシステ
ムにより図６に示した被測定物を測定する場合の構成と
各部の波形を示している。

【００４５】システムを起動するためのトリガ信号が入
力端子２０に印加されると、トリガ発生器２１によって
一定の振幅およびパルス幅の信号に変換され（図１４
（ａ））、光トリガ発生器２２−１，２２−２に印加さ
れる。光トリガ発生器２２−１，２２−２には、それぞ
れレーザ・ダイオードが含まれており、それらが発光し
て、それぞれ光遅延回路２３−１，２３−２に印加され
る（図１４（ｂ），（ｇ））。

【００４６】光遅延回路２３−１，２３−２において、
それぞれ所定量遅延された光信号の一方は光トリガ１２
１（図１４（ｃ））として光トリガ高速信号発生器１０
０（図２参照）に印加され、そこに含まれた非線形伝送
路１２５によってその立上り部分が高速化され、（図１
４（ｄ））、波形整形器１４１においてパルス幅が狭め
られ、パルスの後縁部が波形整形されて、出力端子１５
９から出力されて（図１４（ｅ））、被測定集積回路１
２や被測定素子１４である被測定物１５に印加される。
被測定物１５ではそれにより動作して信号を出力し、こ
れが図１２の広帯域フォト・サンプリング・ゲート２０
１の入力端子２３３に印加される信号源２３１となる
（図１４（ｆ））。

【００４７】光トリガ発生器２２−２の出力（図１４
（ｇ））は、光遅延回路２３−２において図１４（ｈ）
の実線で示された時点、あるいはさらに微小時間ずつ可
変遅延された破線で示した時点において出力され、光パ
ルス圧縮器２５に印加される。光パルス圧縮器２５では
図１４（ｈ）の光パルスのパルス幅を数ｐｓに圧縮して
光サンプリング・パルス１１１（図１４（ｉ））を得
て、これを広帯域フォト・サンプリング・ゲート２０１
のフォト・コンダクタ２２３，２２４（図１２）に照射
して、サンプリング動作を行う。その後の動作は図１０
に示したシステムに同じである。

【００４８】図１５は本発明の第３の実施例を示してい
る。図６に示した第２の実施例と異なるのは、ガリウム
ひ素基板１０上に形成された被測定集積回路１２や被測
定素子１４の出力を非接触で検出する電気光学結晶６０
を用いている点である。

【００４９】図１６にはガリウムひ素基板１０上に形成
された被測定物から出る信号電界を電気光学結晶を用い
て検出する場合の断面図が示されている。ガリウムひ素
基板１０上の被測定集積回路１２あるいは被測定素子１
４の信号電極５２とその周辺にあるグランド電極５１と
の間には、被測定集積回路１２あるいは被測定素子１４
に光トリガ高速信号発生器１００から高速パルスが印加
されると、それに応じて動作するから、信号電極５２の
電圧に応じて信号電界５８（図１６（ａ））および５９
（図１６（ｂ））が発生する。

【００５０】図１６（ａ）において、ガリウムひ素基板
１０には非接触で電気光学結晶６０を信号電界５８中に
置いて、サンプリング用のサンプリング入射光６１を入
射するとサンプリング反射光６２の偏光状態は信号電界
５８により変化するから、その偏光状態の変化を電気信
号としてサンプリング・オシロスコープで観測するなら
ば、非接触で信号電極５２の電圧波形を観測することが
できる。

【００５１】図１６（ｂ）においては、ガリウムひ素基
板１０の裏面からサンプリング入射光６１を入射してい
る。ここではガリウムひ素基板１０自身が図１６（ａ）
の電気光学結晶６０の機能を果し、ガリウムひ素基板１
０中に発生した信号電界５９によってサンプリング反射
光６４の偏波面は変化を生ずるから、その偏波面は変化
を電気信号としてサンプリング・オシロスコープで観測
するならば、非接触で信号電極５２の電圧波形を観測す
ることができる。

【００５２】このようにして、電気光学効果を用いた広
帯域サンプリング・ゲートにより波形観測をすることが
できる。

【００５３】図１７には、このような電気光学効果広帯
域サンプリング・ゲートを用いたシステムにより被測定
物を測定する場合の構成図が示されている。その各部の
波形は図１４に示したものに対応しているので、それを
用いて説明する。

【００５４】システムを起動するためのトリガ信号が入
力端子２０に印加されると、トリガ発生器２１によって
一定の振幅およびパルス幅の信号に変換され（図１４
（ａ））、光トリガ発生器２２−１，２２−２に印加さ
れる。光トリガ発生器２２−１，２２−２には、それぞ
れレーザ・ダイオードが含まれており、それらが発光し
て、それぞれ光遅延回路２３−１，２３−２に印加され
る（図１４（ｂ），（ｇ））。

【００５５】光遅延回路２３−１，２３−２において、
それぞれ所定量遅延された光信号の一方は光トリガ１２
１（図１４（ｃ））として光トリガ高速信号発生器１０
０（図２参照）に印加され、そこに含まれた非線形伝送
路１２５によってその立上り部分が高速化され、（図１
４（ｄ））、波形整形器１４１においてパルス幅が狭め
られ、パルスの後縁部が波形整形されて、出力端子１５
９から出力されて（図１４（ｅ））、被測定集積回路１
２や被測定素子１４である被測定物１５に印加される。
被測定物１５ではそれにより動作して信号電界５８，５
９（図１４（ｆ）の信号源２３１を信号電界５８，５９
と読み代える）を発生し、これが図１６に示した電気光
学効果を用いた電気光学効果広帯域サンプリング・ゲー
ト２０３に印加される。

【００５６】光トリガ発生器２２−２の出力（図１４
（ｇ））は、光遅延回路２３−２において図１４（ｈ）
の実線で示された時点、あるいはさらに微小時間ずつ可
変遅延された破線で示した時点において出力され、光パ
ルス圧縮器２５に印加される。光パルス圧縮器２５では
図１４（ｈ）の光パルスのパルス幅を数ｐｓに圧縮して
光サンプリング入射光６１（図１４（ｉ）の光サンプリ
ング・パルス１１１を光サンプリング入射光６１と読み
代える。）を得て、これを電気光学効果広帯域サンプリ
ング・ゲート２０３の電気光学結晶６０または図１６
（ｂ）のガリウムひ素基板１０の裏面に照射して、サン
プリング動作を行う。その後の動作は図１３に示したシ
ステムに同じである。

【００５７】以上の説明から明らかなように、図１，図
６および図１５に示したガリウムひ素基板１０上に形成
された被測定集積回路１２や被測定素子１４は、高速信
号を用いて十分に試験することができるから、試験終了
後に被測定集積回路１２や被測定素子１４のみをダイシ
ングあるいはスクライビング等により光トリガ高速信号
発生器１００や広帯域サンプリング・ゲート２００など
から分離して高速性能の保証されたＩＣとして使用する
ことが可能となる。

【００５８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように被測定物
の形成されたウェハー基板上に高速の半導体試験装置を
形成することによって、これまで不可能であった高速パ
ルス信号を被測定物に導入することを可能にした。した
がって、信号の劣化がなく観測することを可能にしたか
ら、非接触非破壊検査、リアルタイム・スキュー特性を
高精度で観測することができ、専用治具あるいはプロー
バの開発設計製作の時間と予算を省き、高速集積回路の
開発、検査の省力化を達成することができるようになっ
た。したがって本発明の効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すガリウムひ素基板
上の構成図である。

【図２】図１の構成要素である光トリガ高速信号発生器
の一実施例の詳細な構成図である。

【図３】図２に示した構成の各部の波形を示す波形図で
ある。

【図４】図２の構成要素であるダイオードの逆電圧に対
するダイオード端子間容量特性を示す特性図である。

【図５】図１の構成要素であるダイオード容量検査用セ
ルの詳細な構成図である。

【図６】本発明の第２の実施例を示すガリウムひ素基板
上の構成図である。

【図７】図６の構成要素である広帯域サンプリング・ゲ
ートを含むサンプリング回路の回路図である。

【図８】図６の構成要素である広帯域サンプリング・ゲ
ートの一実施例の詳細な構成図である。

【図９】図７および図８に示されたサンプリング・パル
スを通し、サンプルされた信号を蓄積するためのコンデ
ンサの構造を示す断面図である。

【図１０】図６に示した被測定物を測定する場合のシス
テムの一実施例を示すシステム構成図である。

【図１１】図１０に示したシステムの各部の波形を示す
波形図である。

【図１２】図７に示した広帯域サンプリング・ゲートを
含むサンプリング回路の他の実施例である広帯域フォト
・サンプリング・ゲートを含むサンプリング回路の回路
図である。

【図１３】図１２に示したサンプリング回路を用いて図
６に示した被測定物を測定する場合のシステムの他の実
施例を示すシステム構成図である。

【図１４】図１３に示したシステムの各部の波形を示す
波形図である。

【図１５】本発明の第３の実施例を示すガリウムひ素基
板上の構成図である。

【図１６】図１５のガリウムひ素基板１０上の被測定物
から電気光学結晶を用いて信号電界を取り出す様子を示
した断面図である。

【図１７】図１６の電気光学結晶を用いた図１５の被測
定物を測定する場合のシステム構成図である。

【符号の説明】

１０ガリウムひ素基板１２被測定集積回路１４被測定素子１５被測定物２０入力端子２１トリガ発生器２２光トリガ発生器２３−１，２３−２光遅延回路２５光パルス圧縮器２９信号処理回路５１グランド電極５２信号電極５８，５９信号電界６０電気光学結晶６１サンプリング入射光６２，６４サンプリング反射光１００光トリガ高速信号発生器１０２ダイオード容量検査用セル１０９伝送路１１１光サンプリング・パルス１２１光トリガ１２２フォト・コンダクタ１２４バイアス端子１２５非線形伝送路１２７−１，１２７−２，１２８終端抵抗器１２９センタ・コンダクタ１４１波形整形器１４４ボンディング・ワイヤ１４７終端抵抗器１５９出力端子１６０グランド・パターン２００広帯域サンプリング・ゲート２０１広帯域フォト・サンプリング・ゲート２０２ダイオード容量検査用セル２０３電気光学効果広帯域サンプリング・ゲート２１５バイアス電源２１６インダクタンス２１７〜２１９コンダクタ２２１光トリガ２２２〜２２４フォト・コンダクタ２２５非線形伝送路２３１信号源２３３入力端子２３４終端抵抗器２３５，２３６ダイオード２３７，２３８サンプリング・パルス２３９終端抵抗器２４０〜２４３コンデンサ２４５，２４６コンダクタ２４８誘電体２４９エア・ブリッジ２５１〜２５６抵抗２６１，２６２増幅器２６５スイッチ２６９出力端子Ｄ１，Ｄ２ダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｃ 8406−4ＭＦ 8406−4Ｍ (72)発明者神谷武志東京都杉並区宮前１丁目11番地４号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バイアス電圧をかけられ、光トリガ（１
２１）の印加によりコンダクタンスを変化してトリガ・
パルスを出力するためのフォト・コンダクタ（１２２）
と、前記トリガ・パルスを受けて、その振幅の小さな部分に
対しては長い伝送時間を示し、振幅の大きな部分に対し
ては短い伝送時間を示し、前記トリガ・パルスの前縁部
を高速化して出力するための非線形伝送手段（１２５）
と、前記非線形伝送手段の出力を波形整形して高速パルス信
号を得るための波形整形手段（１４１）と、前記フォト・コンダクタと、前記非線形伝送手段と、前
記波形整形手段と、前記波形整形手段からの高速パルス信号を入力されて試
験される被測定物（１２，１４，１５）とを形成するた
めの半導体基板（１０）とを含む光信号を用いた半導体
試験装置。
【請求項２】前記半導体基板に形成された前記被測定
物のみを個別に切り離して得るようにした請求項１の光
信号を用いた半導体試験装置。
【請求項３】前記光トリガが、遅延時間を得るための
光遅延手段（２３）を介して前記フォト・コンダクタに
印加される請求項１の光信号を用いた半導体試験装置。
【請求項４】バイアス電圧をかけられ、サンプリング
用光トリガ（２２１）の印加によりコンダクタンスを変
化してサンプリング用トリガ・パルスを出力するための
サンプリング・トリガ用フォト・コンダクタ（２２２）
と、前記サンプリング用トリガ・パルスを受けて、その振幅
の小さな部分に対しては長い伝送時間を示し、振幅の大
きな部分に対しては短い伝送時間を示し、前記サンプリ
ング用トリガ・パルスの前縁部を高速化して出力するた
めのサンプリング用非線形伝送手段（２２５）と、前記前縁部を高速化されたサンプリング用非線形伝送手
段の出力から幅の狭いサンプリング・パルスを生成する
ためのサンプリング・パルス生成手段（２４９）と、前記サンプリング・パルスを受けて、印加された被測定
信号の振幅成分をサンプルして緩やかなサンプルされた
信号を得るためのサンプリング・ゲート手段（２３５，
２３６，２４１，２４２）と、前記サンプリング・トリガ用フォト・コンダクタと、前
記サンプリング用非線形伝送手段と、前記サンプリング
・パルス生成手段と、前記サンプリング・ゲート手段
と、前記サンプリング・ゲート手段に印加される被測定
信号を発生して試験を受ける被測定物（１２，１４，１
５）とを形成するための半導体基板（１０）とを含む光
信号を用いた半導体試験装置。
【請求項５】前記半導体基板に形成された前記被測定
物のみを個別に切り離して得るようにした請求項４の光
信号を用いた半導体試験装置。
【請求項６】前記半導体基板が、前記サンプリング・ゲート手段からの前記緩やかなサン
プルされた信号の振幅を保持するためのストレッチャー
（２６５，２４３，２６２）を含むものである請求項４
の光信号を用いた半導体試験装置。
【請求項７】バイアス電圧をかけられ、光トリガ（１
２１）の印加によりコンダクタンスを変化してトリガ・
パルスを出力するためのフォト・コンダクタ（１２２）
と、前記トリガ・パルスを受けて、その振幅の小さな部分に
対しては長い伝送時間を示し、振幅の大きな部分に対し
ては短い伝送時間を示し、前記トリガ・パルスの前縁部
を高速化して出力するための非線形伝送手段（１２５）
と、前記非線形伝送手段の出力を波形整形して高速パルス信
号を得るための波形整形手段（１４１）と、バイアス電圧をかけられ、サンプリング用光トリガ（２
２１）の印加によりコンダクタンスを変化してサンプリ
ング用トリガ・パルスを出力するためのサンプリング・
トリガ用フォト・コンダクタ（２２２）と、前記サンプリング用トリガ・パルスを受けて、その振幅
の小さな部分に対しては長い伝送時間を示し、振幅の大
きな部分に対しては短い伝送時間を示し、前記サンプリ
ング用トリガ・パルスの前縁部を高速化して出力するた
めのサンプリング用非線形伝送手段（２２５）と、前記前縁部を高速化されたサンプリング用非線形伝送手
段の出力から、幅の狭いサンプリング・パルスを生成す
るためのサンプリング・パルス生成手段（２４９）と、前記サンプリング・パルスを受けて、印加された被測定
信号の振幅成分をサンプルして緩やかなサンプルされた
信号を得るためのサンプリング・ゲート手段（２３５，
２３６，２４１，２４２）と、前記フォト・コンダクタと、前記非線形伝送手段と、前
記波形整形手段と、前記サンプリング・トリガ用フォト・コンダクタと、前
記サンプリング用非線形伝送手段と、前記サンプリング
・パルス生成手段と、前記サンプリング・ゲート手段
と、前記波形整形手段からの高速パルス信号を入力され
て前記サンプリング・ゲート手段に印加される被測定信
号を発生して試験を受ける被測定物（１２，１４，１
５）とを形成するための半導体基板（１０）とを含む光
信号を用いた半導体試験装置。
【請求項８】前記半導体基板に形成された前記被測定
物のみを個別に切り離して得るようにした請求項７の光
信号を用いた半導体試験装置。
【請求項９】光サンプリング・パルス（１１１）の印
加によりコンダクタンスを変化して被測定信号の振幅成
分をサンプルして緩やかなサンプルされた信号を得るた
めのフォト・サンプリング・ゲート手段（２０１）と、前記フォト・サンプリング・ゲート手段と、前記フォト
・サンプリング・ゲート手段に印加される前記被測定信
号を発生して試験を受ける被測定物（１２，１４，１
５）とを形成するための半導体基板（１０）とを含む光
信号を用いた半導体試験装置。
【請求項１０】前記半導体基板が、前記フォト・サンプリング・ゲート手段からの前記緩や
かなサンプルされた信号の振幅を保持するためのストレ
ッチャー（２６５，２４３，２６２）を含むものである
請求項９の光信号を用いた半導体試験装置。
【請求項１１】前記フォト・サンプリング・ゲート手
段に印加される前記光サンプリング・パルスが、光トリ
ガ信号を遅延せしめるための光遅延手段（２３−２）
と、前記光遅延手段により遅延せしめられた光トリガ信
号のパルス幅を圧縮するための光パルス圧縮手段（２
５）とを介して得られる請求項９あるいは１０の光信号
を用いた半導体試験装置。
【請求項１２】バイアス電圧をかけられ、光トリガ
（１２１）の印加によりコンダクタンスを変化してトリ
ガ・パルスを出力するためのフォト・コンダクタ（１２
２）と、前記トリガ・パルスを受けて、その振幅の小さな部分に
対しては長い伝送時間を示し、振幅の大きな部分に対し
ては短い伝送時間を示し、前記トリガ・パルスの前縁部
を高速化して出力するための非線形伝送手段（１２５）
と、前記非線形伝送手段の出力を波形整形して高速パルス信
号を得るための波形整形手段（１４１）と、光サンプリング・パルス（１１１）の印加によりコンダ
クタンスを変化して被測定信号の振幅成分をサンプルし
て緩やかなサンプルされた信号を得るためのフォト・サ
ンプリング・ゲート手段（２０１）と、前記フォト・コンダクタと、前記非線形伝送手段と、前
記波形整形手段と、前記フォト・サンプリング・ゲート手段と、前記波形整
形手段からの高速パルス信号を入力されて前記フォト・
サンプリング・ゲート手段に印加される前記被測定信号
を発生して試験を受ける被測定物（１２，１４，１５）
とを形成するための半導体基板（１０）とを含む光信号
を用いた半導体試験装置。
【請求項１３】前記半導体基板に形成された前記被測
定物のみを個別に切り離して得るようにした請求項１２
の光信号を用いた半導体試験装置。
【請求項１４】バイアス電圧をかけられ、光トリガ
（１２１）の印加によりコンダクタンスを変化してトリ
ガ・パルスを出力するためのフォト・コンダクタ（１２
２）と、前記トリガ・パルスを受けて、その振幅の小さな部分に
対しては長い伝送時間を示し、振幅の大きな部分に対し
ては短い伝送時間を示し、前記トリガ・パルスの前縁部
を高速化して出力するための非線形伝送手段（１２５）
と、前記非線形伝送手段の出力を波形整形して高速パルス信
号を得るための波形整形手段（１４１）と、前記フォト・コンダクタと、前記非線形伝送手段と、前
記波形整形手段と、前記波形整形手段からの高速パルス信号を入力されて試
験される被測定物（１２，１４，１５）とを形成するた
めの半導体基板（１０）と前記被測定物（１２，１４，
１５）において発生する信号電界（５８，５９）を電気
光学効果により検出して前記信号電界の波形を得るため
の電気光学効果サンプリング手段（２０３）とを含む光
信号を用いた半導体試験装置。