JPH05288813A - 高空間分解能電気光学サンプリング法及び装置 - Google Patents
高空間分解能電気光学サンプリング法及び装置Info
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- JPH05288813A JPH05288813A JP4114259A JP11425992A JPH05288813A JP H05288813 A JPH05288813 A JP H05288813A JP 4114259 A JP4114259 A JP 4114259A JP 11425992 A JP11425992 A JP 11425992A JP H05288813 A JPH05288813 A JP H05288813A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、電気光学サンプリングによる電子
回路の評価方法に関するものであり、非接触かつ高い空
間分解能でＬＳＩ内部の電子素子の動作を測定する方法
及び装置を提供する。 【構成】 トランジスタやダイオード等の単体の電子素
子または、それらが集積化された電子回路１の動作周波
数に同期したパルスレーザー光を、電子回路１内にある
電子素子単体からの出力信号線の電極上に設置した電気
光学結晶８に照射する。電子回路が動作することによる
電界の変化に伴って電気光学結晶８の複屈折が変化し、
結晶内部を通るレーザー光は位相変調を受ける。この位
相変調を受けた直後の光波面状態を位相共役鏡９を用い
て再現し、その再現像の近視野領域に配置した空間フィ
ルター１１を通すことによりサブミクロンオーダーの空
間情報を取り出して光強度として検出する。その際に、
電気信号１９と光パルス４との間に時間差を与える遅延
回路１６を用いて検出することによって、電子回路１内
の電気信号を測定する。
回路の評価方法に関するものであり、非接触かつ高い空
間分解能でＬＳＩ内部の電子素子の動作を測定する方法
及び装置を提供する。 【構成】 トランジスタやダイオード等の単体の電子素
子または、それらが集積化された電子回路１の動作周波
数に同期したパルスレーザー光を、電子回路１内にある
電子素子単体からの出力信号線の電極上に設置した電気
光学結晶８に照射する。電子回路が動作することによる
電界の変化に伴って電気光学結晶８の複屈折が変化し、
結晶内部を通るレーザー光は位相変調を受ける。この位
相変調を受けた直後の光波面状態を位相共役鏡９を用い
て再現し、その再現像の近視野領域に配置した空間フィ
ルター１１を通すことによりサブミクロンオーダーの空
間情報を取り出して光強度として検出する。その際に、
電気信号１９と光パルス４との間に時間差を与える遅延
回路１６を用いて検出することによって、電子回路１内
の電気信号を測定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子計測技術分野に係
り、電子回路内部の電気信号を非接触で測定する方法及
び装置に関する。
り、電子回路内部の電気信号を非接触で測定する方法及
び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子デバイスの高密度化、高集積
化に伴い、電極幅がサブミクロンオーダーのデバイスが
現実のものとなってきている。この様なデバイスから出
力される電気信号を測定することは、デバイスの研究・
開発をする上で非常に重要である。これまで、電子回路
内部の個々の電子素子の動作を評価するために、電気光
学効果を利用した電気光学サンプリングによる方法が用
いられている。(J.A.Valdmanis and G.Mourou,"Subpico
second electrooptic sampling:Prin-ciples andapplic
ations",IEEE J.Quantum Electron.,vol.QE-22,no.1,p
p.69-78,Jan.1986.)これは、電気信号から外部に発生す
る電界中に電気光学結晶を挿入し、電界により電気光学
結晶（LiNbO3,ZnSe,ZnTe等）内の複屈折を変化させ（ポ
ッケルス効果）、その複屈折変化量を電気信号に同期し
たパルスレーザー光により検出する方法である。この方
法では、被測定対象と検出系が離れているためその間を
レーザー光が伝播する間にレーザースポット内で干渉を
起こし空間情報は均一化される。このことは、レーザー
光が照射されている領域の平均化された変化量を測定す
ることを示しており、レーザースポットの内部から情報
を取り出すことはできない。このとき、空間分解能はレ
ーザー光のスポット径によって決定されるので、高い空
間分解能を得るためにはできるだけ小さくレーザー光を
絞る必要がある。しかし、回折限界によってレーザー光
の絞りこめる大きさが制限されているため、この測定法
では波長より小さい領域の電気信号を測定することが困
難となっている。
化に伴い、電極幅がサブミクロンオーダーのデバイスが
現実のものとなってきている。この様なデバイスから出
力される電気信号を測定することは、デバイスの研究・
開発をする上で非常に重要である。これまで、電子回路
内部の個々の電子素子の動作を評価するために、電気光
学効果を利用した電気光学サンプリングによる方法が用
いられている。(J.A.Valdmanis and G.Mourou,"Subpico
second electrooptic sampling:Prin-ciples andapplic
ations",IEEE J.Quantum Electron.,vol.QE-22,no.1,p
p.69-78,Jan.1986.)これは、電気信号から外部に発生す
る電界中に電気光学結晶を挿入し、電界により電気光学
結晶（LiNbO3,ZnSe,ZnTe等）内の複屈折を変化させ（ポ
ッケルス効果）、その複屈折変化量を電気信号に同期し
たパルスレーザー光により検出する方法である。この方
法では、被測定対象と検出系が離れているためその間を
レーザー光が伝播する間にレーザースポット内で干渉を
起こし空間情報は均一化される。このことは、レーザー
光が照射されている領域の平均化された変化量を測定す
ることを示しており、レーザースポットの内部から情報
を取り出すことはできない。このとき、空間分解能はレ
ーザー光のスポット径によって決定されるので、高い空
間分解能を得るためにはできるだけ小さくレーザー光を
絞る必要がある。しかし、回折限界によってレーザー光
の絞りこめる大きさが制限されているため、この測定法
では波長より小さい領域の電気信号を測定することが困
難となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前項のような現状を踏
まえ、本発明は、電子回路内部の電気信号の波形測定に
おいて、主として次の課題を解決しようとするものであ
る。
まえ、本発明は、電子回路内部の電気信号の波形測定に
おいて、主として次の課題を解決しようとするものであ
る。
【０００４】レーザー光の波長より小さい空間分解能を
得ることにより、サブミクロンオーダーの大きさの電子
素子の電気信号測定を可能にすること。
得ることにより、サブミクロンオーダーの大きさの電子
素子の電気信号測定を可能にすること。
【０００５】本発明は、上記課題を解決することによっ
て、電子回路内部の個々の電子素子の動作特性を非接触
で測定する方法及び装置を提供するものである。
て、電子回路内部の個々の電子素子の動作特性を非接触
で測定する方法及び装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の関わる電子回路
内部の電気信号の測定法及び装置は、電気光学結晶によ
って位相変調を受けたレーザー光の近視野像の波面を位
相共役鏡を用いて再現し、その再現像の一部を空間フィ
ルターを通して取り出すことにより、高い空間分解能を
得ることを特徴としている。
内部の電気信号の測定法及び装置は、電気光学結晶によ
って位相変調を受けたレーザー光の近視野像の波面を位
相共役鏡を用いて再現し、その再現像の一部を空間フィ
ルターを通して取り出すことにより、高い空間分解能を
得ることを特徴としている。
【０００７】
【作用】レーザー光が波面変化を受けたとき、その変化
後のごく近傍（近視野領域）では波長の半分程度の領域
の情報が保存されている。すなわちレーザー光が強度変
調や位相変調を受けたとき、近視野領域では非常に高い
空間分解能でそれらの波面情報を取り出すことができ
る。これには、 １．レーザー光が波面変化を受けた直後にその空間情報
を取り出す方法、 ２．位相共役波を用いてレーザー光が波面変化を受けた
直後の状態を再現し、その再現像の近視野領域で空間情
報を取り出す方法、 の２つの方法が考えられる。これらを電気光学サンプリ
ングに応用するとき、１の方法では光学系の配置上レー
ザー光は測定対象である電子回路の基板を透過する必要
があるが、これは基板材料によってレーザーを選択しな
ければならないという困難をともなっている。さらに、
この場合には電子素子の電極の絶対電位を測定すること
は原理的に不可能である。一方、２の方法では電子回路
に対して反射型の光学系で測定することができるのでこ
ういった問題は生じない。また、位相共役波による再現
像を用いるため電気光学結晶の位置と別の場所で検出で
きるという測定上の利点がある。以下、この方法につい
て詳しく述べる。
後のごく近傍（近視野領域）では波長の半分程度の領域
の情報が保存されている。すなわちレーザー光が強度変
調や位相変調を受けたとき、近視野領域では非常に高い
空間分解能でそれらの波面情報を取り出すことができ
る。これには、 １．レーザー光が波面変化を受けた直後にその空間情報
を取り出す方法、 ２．位相共役波を用いてレーザー光が波面変化を受けた
直後の状態を再現し、その再現像の近視野領域で空間情
報を取り出す方法、 の２つの方法が考えられる。これらを電気光学サンプリ
ングに応用するとき、１の方法では光学系の配置上レー
ザー光は測定対象である電子回路の基板を透過する必要
があるが、これは基板材料によってレーザーを選択しな
ければならないという困難をともなっている。さらに、
この場合には電子素子の電極の絶対電位を測定すること
は原理的に不可能である。一方、２の方法では電子回路
に対して反射型の光学系で測定することができるのでこ
ういった問題は生じない。また、位相共役波による再現
像を用いるため電気光学結晶の位置と別の場所で検出で
きるという測定上の利点がある。以下、この方法につい
て詳しく述べる。
【０００８】位相共役波を発生させるには、しばしば非
線形光学材料が用いられる。これらの中には、LiNbO3,B
aTiO3,CS2等のようにレーザー光を照射したとき屈折率
が変わる現象（フォトリフラクティブ効果、光カー効
果）を起こすものがある。こういった結晶に互いにコヒ
ーレントな２つのレーザー光を１８０度の角度で入射す
ると干渉パターンを生じ、その光強度に応じて結晶が変
調され内部に位相格子が発生する。この状態の時、もう
１つのレーザー光を結晶に入射すると、位相共役波が発
生（４光波混合による位相共役波の発生）することが知
られている（このような働きをする結晶を位相共役鏡と
呼ぶ）。位相共役波は入射光に対して時間軸を逆向する
ように進行するため入射光の初期の波面を再現すること
ができ、再現された波面の近視野領域では波長の半分の
空間領域の位相情報が保存されている。本発明者らは、
電気光学サンプリングにおいて位相共役波を発生させ、
レーザー光が電気光学結晶から変調を受けた直後の波面
状態を再現し、再現像の近視野領域でその空間情報を取
り出すことにより使用するレーザー光の波長の半分の空
間分解能を得る方法を考案した。本発明の実現は以下の
要領で行われる。動作中のトランジスタやダイオード等
の電子素子または、それらが集積化された電子回路の近
傍に電気光学結晶を設置すると、電子素子（回路）から
発生した電界により結晶内の複屈折が変化する。このと
き結晶にレーザー光を入射すると、レーザー光は複屈折
の変化量すなわち電界強度に応じた位相変調を受ける。
この光に位相共役鏡を用いて変調直後の状態を再現し、
波長の半分の分解能をもつ空間フィルターを通してレー
ザー光内部の位相変調の空間情報を取り出すことによ
り、高空間分解能で電界の測定を行うことが可能とな
る。この方法では、位相共役波による再現像を用いてい
るので光学系の収差による歪をなくすことができるとい
う特徴をもつ。
線形光学材料が用いられる。これらの中には、LiNbO3,B
aTiO3,CS2等のようにレーザー光を照射したとき屈折率
が変わる現象（フォトリフラクティブ効果、光カー効
果）を起こすものがある。こういった結晶に互いにコヒ
ーレントな２つのレーザー光を１８０度の角度で入射す
ると干渉パターンを生じ、その光強度に応じて結晶が変
調され内部に位相格子が発生する。この状態の時、もう
１つのレーザー光を結晶に入射すると、位相共役波が発
生（４光波混合による位相共役波の発生）することが知
られている（このような働きをする結晶を位相共役鏡と
呼ぶ）。位相共役波は入射光に対して時間軸を逆向する
ように進行するため入射光の初期の波面を再現すること
ができ、再現された波面の近視野領域では波長の半分の
空間領域の位相情報が保存されている。本発明者らは、
電気光学サンプリングにおいて位相共役波を発生させ、
レーザー光が電気光学結晶から変調を受けた直後の波面
状態を再現し、再現像の近視野領域でその空間情報を取
り出すことにより使用するレーザー光の波長の半分の空
間分解能を得る方法を考案した。本発明の実現は以下の
要領で行われる。動作中のトランジスタやダイオード等
の電子素子または、それらが集積化された電子回路の近
傍に電気光学結晶を設置すると、電子素子（回路）から
発生した電界により結晶内の複屈折が変化する。このと
き結晶にレーザー光を入射すると、レーザー光は複屈折
の変化量すなわち電界強度に応じた位相変調を受ける。
この光に位相共役鏡を用いて変調直後の状態を再現し、
波長の半分の分解能をもつ空間フィルターを通してレー
ザー光内部の位相変調の空間情報を取り出すことによ
り、高空間分解能で電界の測定を行うことが可能とな
る。この方法では、位相共役波による再現像を用いてい
るので光学系の収差による歪をなくすことができるとい
う特徴をもつ。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照しな
がら説明する。
がら説明する。
【００１０】図１は本発明における位相共役鏡を用いた
電気光学サンプリング法の一実施例を示す模式図であ
り、図２は図１の実施例における測定対象である電子回
路の模式図である。
電気光学サンプリング法の一実施例を示す模式図であ
り、図２は図１の実施例における測定対象である電子回
路の模式図である。
【００１１】線幅０．３ミクロンルールで製造され、10
8Hzの周波数で動作する測定対象であるＳｉ集積回路か
らなる電子回路１と同期した波長５２７ｎｍのパルスレ
ーザー２から出力されたパルス光はビームスプリッタ３
で２つに分けられ、一方のパルス光４はレンズ６で絞ら
れ電子回路１の近傍に配置された電気光学結晶であるＺ
ｎＳｅ８に照射される。この時、外部からパルスジェネ
レータまたはシンセサイザー等の信号源１７を用いて、
電子回路１を動作させると出力信号線とアース間の電位
が変化し、この変化量に応じてＺｎＳｅ８の複屈折が変
化する。もう一方のパルス光５は、光学系１０によっ
て、２つに分けられ位相共役波発生の整合条件を満たす
よう１８０度で対向してＢａＴｉＯ3９に入射され、こ
の結晶を位相共役鏡として駆動させるためのポンプ光と
して用いられる。
8Hzの周波数で動作する測定対象であるＳｉ集積回路か
らなる電子回路１と同期した波長５２７ｎｍのパルスレ
ーザー２から出力されたパルス光はビームスプリッタ３
で２つに分けられ、一方のパルス光４はレンズ６で絞ら
れ電子回路１の近傍に配置された電気光学結晶であるＺ
ｎＳｅ８に照射される。この時、外部からパルスジェネ
レータまたはシンセサイザー等の信号源１７を用いて、
電子回路１を動作させると出力信号線とアース間の電位
が変化し、この変化量に応じてＺｎＳｅ８の複屈折が変
化する。もう一方のパルス光５は、光学系１０によっ
て、２つに分けられ位相共役波発生の整合条件を満たす
よう１８０度で対向してＢａＴｉＯ3９に入射され、こ
の結晶を位相共役鏡として駆動させるためのポンプ光と
して用いられる。
【００１２】パルス光４は、ＺｎＳｅ８の下面の反射膜
で反射するが、結晶を通過する間に複屈折変化に応じた
位相変調を受け偏光方向が変化する。結晶から出た後ビ
ームスプリッタ７を通り、ポンプ光と同時刻にＢａＴｉ
Ｏ3９（位相共役鏡）に照射されると、位相共役波を生
じ変調直後の状態が再現される。この再現像の近視野領
域でその一部を空間フィルターの一種であるピンホール
１１（直径３００μｍ）を通して取り出し、偏光プリズ
ム１２によって偏光変化を光の強度変化に変換して光検
出器１３で検出される。ただし、この場合ピンホール１
１の径によって空間分解能が決定されることになる。こ
のとき電圧の変化によって生じるパルス４の偏光変化は
非常に微弱なので、図１に示すように光チョッパー１４
及び、ロックインアンプ１５を用いたロックイン検出が
行われる。トランジスタ１から出力された電気信号１９
の時間変化をパルス４の強度変化として捕らえるため
に、アナログまたはデジタル遅延回路１６を用いて電気
信号１９とパルス４に時間遅延をつける。このようにし
て、Ｓｉ集積回路内部の３００ｎｍ程度の線幅を持つト
ランジスターにかかっている電気信号波形を光サンプリ
ングによって再現し、電気的動作特性を評価することが
できた。
で反射するが、結晶を通過する間に複屈折変化に応じた
位相変調を受け偏光方向が変化する。結晶から出た後ビ
ームスプリッタ７を通り、ポンプ光と同時刻にＢａＴｉ
Ｏ3９（位相共役鏡）に照射されると、位相共役波を生
じ変調直後の状態が再現される。この再現像の近視野領
域でその一部を空間フィルターの一種であるピンホール
１１（直径３００μｍ）を通して取り出し、偏光プリズ
ム１２によって偏光変化を光の強度変化に変換して光検
出器１３で検出される。ただし、この場合ピンホール１
１の径によって空間分解能が決定されることになる。こ
のとき電圧の変化によって生じるパルス４の偏光変化は
非常に微弱なので、図１に示すように光チョッパー１４
及び、ロックインアンプ１５を用いたロックイン検出が
行われる。トランジスタ１から出力された電気信号１９
の時間変化をパルス４の強度変化として捕らえるため
に、アナログまたはデジタル遅延回路１６を用いて電気
信号１９とパルス４に時間遅延をつける。このようにし
て、Ｓｉ集積回路内部の３００ｎｍ程度の線幅を持つト
ランジスターにかかっている電気信号波形を光サンプリ
ングによって再現し、電気的動作特性を評価することが
できた。
【００１３】この方法は従来の電気光学サンプリング法
と比較して高倍率レンズ等を用いる必要がないので、簡
単な光学系で高い空間分解能が得られるという特徴があ
る。さらに、位相共役鏡を用いているため光学系の収差
による歪をなくすことができるという利点を持ってい
る。
と比較して高倍率レンズ等を用いる必要がないので、簡
単な光学系で高い空間分解能が得られるという特徴があ
る。さらに、位相共役鏡を用いているため光学系の収差
による歪をなくすことができるという利点を持ってい
る。
【００１４】
【発明の効果】本発明は上記の通り電場の変化をそれに
起因する位相変調を受けたレーザー光の位相共役波によ
る再現像を用い、かつ微小な空間情報が保持されている
近視野領域で測定するため、従来の電気光学サンプリン
グによる方法と比較して高い空間分解能をもつ電子回路
内部の電気信号測定が可能となる。
起因する位相変調を受けたレーザー光の位相共役波によ
る再現像を用い、かつ微小な空間情報が保持されている
近視野領域で測定するため、従来の電気光学サンプリン
グによる方法と比較して高い空間分解能をもつ電子回路
内部の電気信号測定が可能となる。
【図１】本発明に関する位相共役鏡を用いた電気光学サ
ンプリング法の一実施例を示す構造図である。
ンプリング法の一実施例を示す構造図である。
【図２】図１の実施例における測定対象である電子回路
の模式図である。
の模式図である。
１ 電子回路 ２ パルスレーザー ３，７ ビームスプリッタ ４，５ パルス光 ６ レンズ ８ 電気光学結晶（ＺｎＳｅ等） ９ 位相共役鏡（ＢａＴｉＯ3等） １０ 位相共役鏡駆動用光学系 １１ 空間フィルター １２ 偏光プリズム １３ 光検出器 １４ 光チョッパー １５ ロックインアンプ １６ アナログまたはデジタル遅延回路 １７ 信号源 １８ 電極 １９ 電気信号
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｇ０１Ｒ 31/28 Ｇ０２Ｆ 1/35 7246−2Ｋ
Claims (2)
- 【請求項１】 電気光学サンプリング法において、電界
によって位相変調を受けたレーザー光の近視野領域で位
相情報を空間的に取り出すことにより高い空間分解能で
電界を測定することを特徴とする高空間分解能電気光学
サンプリング法。 - 【請求項２】 電気光学サンプリング法において、レー
ザー光が変調を受けた直後の波面状態を再現するための
位相共役鏡と、レーザー光のスポット内の空間情報を取
り出し位相変調の変化を検出するための光学系とを備え
たことを特徴とする高空間分解能電気光学サンプリング
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4114259A JPH05288813A (ja) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | 高空間分解能電気光学サンプリング法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4114259A JPH05288813A (ja) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | 高空間分解能電気光学サンプリング法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05288813A true JPH05288813A (ja) | 1993-11-05 |
Family
ID=14633315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4114259A Withdrawn JPH05288813A (ja) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | 高空間分解能電気光学サンプリング法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05288813A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006006628A1 (ja) * | 2004-07-14 | 2006-01-19 | Honda Motor Co., Ltd. | レーザ分析装置、およびレーザ分析方法、並びに気体漏れ検査装置 |
| JP2013545111A (ja) * | 2010-12-17 | 2013-12-19 | キヤノン株式会社 | 媒体を照射する装置及び方法 |
-
1992
- 1992-04-08 JP JP4114259A patent/JPH05288813A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006006628A1 (ja) * | 2004-07-14 | 2006-01-19 | Honda Motor Co., Ltd. | レーザ分析装置、およびレーザ分析方法、並びに気体漏れ検査装置 |
| JPWO2006006628A1 (ja) * | 2004-07-14 | 2008-07-31 | 本田技研工業株式会社 | レーザ分析装置、およびレーザ分析方法、並びに気体漏れ検査装置 |
| US7663122B2 (en) | 2004-07-14 | 2010-02-16 | Ryugo Hayano | Laser analytical instrument, laser analytical method, and gas leak inspection instrument |
| JP4718468B2 (ja) * | 2004-07-14 | 2011-07-06 | 本田技研工業株式会社 | レーザ分析装置、およびレーザ分析方法、並びに気体漏れ検査装置 |
| JP2013545111A (ja) * | 2010-12-17 | 2013-12-19 | キヤノン株式会社 | 媒体を照射する装置及び方法 |
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