JPH112667A

JPH112667A - Ｉｃのデュアルレーザ電圧プロービング

Info

Publication number: JPH112667A
Application number: JP10065834A
Authority: JP
Inventors: Kenneth R Wilsher; アール．ウィルシャーケニス; Suresh N Rajan; エヌ．ラーハンスレッシュ; William K Lo; ケイ．ロウイリアム
Original assignee: Schlumberger Technologies Inc
Current assignee: Schlumberger Technologies Inc
Priority date: 1997-03-15
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 1999-01-06
Also published as: TW359751B; EP0864872A2; KR19980080262A; EP0864872A3; US5905577A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】適切な信号対ノイズ比を得るための平均化す
べきサンプル数を増加させることなしにノイズを補償す
ることを可能としたデュアルレーザプローブシステム及
び方法を提供する。【解決手段】テスト中のＩＣ装置（ＤＵＴ）６４０へ
付与されるテストパターンの各サイクル期間中にＤＵＴ
上の波形をサンプルするためにプローブビームを使用す
る。ＤＵＴをサンプルするために基準レーザビーム６１
２も使用する。テストパターンの各サイクルに対して、
基準ビーム及びプローブビームが同一の物理的位置にお
いてであるが互いに時間的に変位した関係でＤＵＴをサ
ンプルする。各基準測定はテストパターンに対して固定
した時間において行なわれ、一方プローブ測定は等価時
間サンプリングに対して通常の態様で興味のあるテスト
パターン時間部分を介して走査させ、波形を再生する。
各テストサイクルに対して、これら２つの測定値の間の
比がとられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はデュアルレーザ電圧
プローブを具備するＩＣ（集積回路）装置のプロービン
グ即ち探査を行なう方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光学的プローブテストシステムは、典型
的に、レンズを使用してテスト中のＩＣ装置（ＤＵＴ）
上にレーザビームをフォーカスさせ且つ反射ビームを検
知することによって動作する。シリコンが実効的に透明
である波長においてレーザビームサンプリングパルスが
発生される。コンフォーカル（ｃｏｎｆｏｃａｌ）即ち
共焦点光学系は、検査されるべきＤＵＴの構造に対して
浅い焦点面を精密に位置決めさせることを可能とする。

【０００３】図１は従来の共焦点レーザビームプローブ
システムの原理を概略的に示している。レーザ源１００
は、入射ビーム１０５を発生し、それはビームスプリッ
タ１１０、操縦可能なガルボ・ミラー（ｇａｌｖｏ−ｍ
ｉｒｒｏｒ）１１５、スキャンレンズ、対物レンズ１２
５を介してＤＵＴ１３０へ通過する。焦点面１３５から
共焦点的に反射されたビームは実線１４０で示してあ
り、一方非共焦点的に反射されたビームは点線１４５で
示してある。これらの反射ビームは、対物レンズ１２
５、スキャンレンズ１２０、ガルボ・ミラー１１５、ビ
ームスプリッタ１１０、レンズ１５０を介して通過す
る。共焦点アパーチャー１５５は、共焦点的に反射され
たビームが検知器１６０へ通過することを許容するが、
非共焦点的に反射されたビームを阻止する。従って、検
知器１６０はＤＵＴ１３０の焦点面１３５から共焦点的
に反射されたビームのみを見ることとなる。

【０００４】図２は共焦点レーザビームプローブシステ
ムにおけるプローブがサンプル内の興味のある領域を検
査するために三次元的にスキャン即ち走査される態様を
模式的に示している。ガルボ・ミラー１１５はスキャン
レンズ後部焦点面２０５にわたってラスタースキャンパ
ターン２００においてＸ方向及びＹ方向において入射ビ
ームをスキャンさせるためにφ方向及びθ方向において
２つの軸の周りにステアリング即ち操縦可能である。従
って、入射ビームは対物レンズ１２５を介して通過した
後にＤＵＴ１３０上において対応する縮小されたパター
ン２１０においてスキャンされる。一対のレンズ２１５
及び２２０とピンホールアパーチャ２２５とを有するビ
ーム拡大器２１０が点源照明を近似するために入射レー
ザビーム１０５の空間的フィルタリングを与える。該入
射ビームは、参照番号２３０で示したようにサンプルを
移動させることによってＺ方向においてフォーカス即ち
合焦される。

【０００５】該ビームとＤＵＴとの相互作用によって、
該反射ビームはＤＵＴに関する情報を担持している。こ
の情報は、例えば、反射ビームの振幅、位相及び／又は
偏光変調の形態をとることが可能である。これらの変調
は、例えば、ＤＵＴに対してテストパターンを付与する
ことによって発生されるＤＵＴの荷電状態、電界強度及
び／又は温度における変化に起因するものである場合が
ある。位相及び偏光変調を検知するために、通常、最初
に、それらを振幅変調へ変換させる。このことは、偏光
変調の場合には、該ビームをビーム偏向子を介して通過
させることによって行なうことが可能である。位相変調
ビームの場合には、このことは、干渉技術を使用して行
なうことが可能である。従って、振幅変調は、光検知器
を使用して強度変調として検知することが可能である。
測定帯域幅を増加させるために、等価時間サンプリング
技術を使用して、その場合に、レーザ又は光検知器のい
ずれかをパルス動作／ゲート動作させ且つＤＵＴテスト
パターンを繰返させる。

【０００６】プローブ即ち探査中のもの以外の効果がビ
ーム振幅の不所望の変調を発生させる場合に問題が発生
する。例えば、ＤＵＴにおける温度変化及び電界強度変
化は、反射プローブビームにおいて振幅変化を発生させ
る場合がある。電界強度変化のみが興味がある場合に
は、温度変化はその測定におけるノイズ源として動作す
る。

【０００７】その他のノイズ源が存在する場合がある。
図３（Ａ）−（Ｃ）は検査中のＤＵＴの活性領域と入射
プローブビームスポットとの間のオーバーラップ即ち重
ね合わせにおける変動によって発生される１つのノイズ
源を示している。これは、例えば、外部機械振動によっ
て発生されるＤＵＴに対するビームフォーカシングレン
ズの移動から発生する場合がある。それは、更に、ビー
ムステアリング（操縦）光学系に対するドライバにおけ
る電子的ノイズから発生する場合もある。図３（Ａ）は
ＤＵＴにおいてビーム方向に沿って見た場合に発生する
ことがあるような、プローブすべき領域３１０とレーザ
プローブビームスポット３０５との間のオーバーラップ
３００における変動を例示している。時間に対するオー
バーラップの正弦波振動３１５が簡単化して示されてい
るが、実際の運動及びその結果発生するノイズ振動はよ
り複雑なものである蓋然性がある。図３（Ｂ）は、ＤＵ
Ｔの活性領域がその周りより一層高い反射率を有するも
のと仮定した場合に、ビームの反射強度上のオーバーラ
ップ変動に起因するノイズの影響を３２０において例示
している。図３（Ｃ）はノイズ３２０及び興味のある信
号（例えば、付与したテストパターンに起因するＤＵＴ
における電荷密度の変動）の両方に起因する反射強度変
動３２５を例示している。

【０００８】ノイズがテストパターンに関してランダム
である場合には、信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ）を増加させ
るために多数のテストパターンサイクルにわたる測定値
を時間平均することが一般的である。然しながら、信号
対ノイズ比は平均化される測定値の数の平方根に比例す
るものであるから、即ちＳ／Ｎ∝ｓｑｒｔ（ｎ）である
から、ノイズを充分に平均化により取除くためには多数
のサンプルを採取することとなる場合がある。例えば、
ノイズ変動が、初期的には、信号よりも振幅が百倍大き
い場合（Ｓ／Ｎ＝０．０１）には、信号対ノイズレベル
を１（即ち、０．０１×ｓｑｒｔ（１０，０００）＝
１）へ増加させるためには１０，０００個のサンプルを
採取することが必要である。興味のある相互作用は、単
に、反射ビーム強度を０．０１だけ変調させるに過ぎな
い場合があるので、単に１０％（Ｓ／Ｎ＝０．００１）
のノイズ振幅でも問題である。尚、ｓｑｒｔは平方根で
ある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従って、適切な信号対
ノイズ比を得るために平均化すべきサンプル数を減少さ
せるように、ノイズの殆どを補償する改良した技術が必
要とされている。本発明は、以上の点に鑑みなされたも
のであって、上述した如き従来技術の欠点を解消し、適
切な信号対ノイズ比を得るために平均化すべきサンプル
の数を著しく増加させることなしにノイズを補償する技
術を提供することを目的とする。本発明の別の目的とす
るところは、迅速且つ正確に集積回路装置をプロービン
グ即ち探査乃至は検査することの可能な改良した方法及
び装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ＤＵＴ
へ付与されるテストパターンの各サイクル期間中にテス
ト中のＩＣ装置（ＤＵＴ）上の波形をサンプルするため
にプローブビームを使用する。ＤＵＴをサンプルするた
めに基準レーザビームも使用する。テストパターンの各
サイクルに対して、基準ビーム及びプローブビームが同
一の物理的位置においてであるが、互いに変位された時
間においてＤＵＴをサンプリングする。等価時間サンプ
リングに対して通常の態様で、興味のあるテストパター
ン時間部分を介してプローブ測定をスキャニングさせな
がら、テストパターンに対して固定した時間において各
基準測定を行なって、波形を再生する。各テストサイク
ルに対して、これらの２つの測定値の比が取られる。ノ
イズに起因するこれらの比の変動は、プローブ測定のみ
がとられる場合の変動と比較して著しく減少されてい
る。従って、波形を再生するために必要とされる平均化
の数はより小さなものとなる。入射エネルギにおける変
動も好適に補償される。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明によれば、図３（Ａ）−
（Ｃ）を参照して上述したノイズの殆どを補償するレー
ザ電圧プロービング方法及び装置が提供され、所望の信
号対ノイズ比を得るために必要とされる平均化の数を著
しく減少させている。時間等価サンプル技術が使用さ
れ、その場合に、検知器をゲート動作させる代わりに、
レーザビームがパルス動作される。プローブビームに加
えて、基準レーザビームを使用してＤＵＴへ付与される
テストパターンの各サイクル期間中にＤＵＴ波形をサン
プルするために使用される。各サイクルに対して、基準
ビーム及びプローブビームは同一の物理的位置において
ＤＵＴのサンプリングを行なうが、互いに変位した即ち
異なる時間において行なわれる。各基準測定はテストパ
ターンにおける時間においての固定した点において行な
われ、一方プローブ測定は波形を再生するために、等価
時間サンプリングに対して通常の対応で、興味のあるパ
ターンの部分を介して時間においてスキャンされる。各
テストサイクルに対して、これらの２つの測定値の比が
取られる。ノイズに起因するこれらの比の変動は、プロ
ーブ測定のみの場合の変動と比較して著しく減少されて
いる。従って、サンプルした波形を再生するためにはよ
り少ない数の平均値が必要とされる。

【００１２】このことは図４（Ａ）及び（Ｂ）によって
例示される。プロット４００及び４０５はランダムノイ
ズが存在する場合に付与したテストパターンの２つのサ
イクルに対するＤＵＴの活性領域上に入射する光ビーム
の反射振幅を表わしている。信号対ノイズ比は、実際の
測定において発生する蓋然性があるような１よりかなり
小さなもの（Ｓ／Ｎ＜＜１）であることが示されてい
る。拡大部４１０及び４１５は２つの異なるテストサイ
クルに対するテストパターンの同一の部分の拡大図を示
している。Ｒ及びＰは夫々時間ｔ_R 及びｔ_p における基
準ビーム及びプローブビームによってサンプルされる振
幅である。ノイズのためにＲ及びＰは最大で補正されて
いないノイズ振幅だけテストサイクル間において変化す
る場合がある。このノイズ変動は所望の信号対ノイズ比
を得るために平均化されねばならない。然しながら、Ｐ
／Ｒの比はテストサイクルにわたりより少なく変化する
ようにさせることが可能であり、従って所望の信号対ノ
イズ比は著しく少ないサンプルを平均化することにより
得ることが可能である。

【００１３】プローブビームはテストパターンにおける
時間ｔ_Piにおいて反射ビームをサンプルして振幅Ｐ_i
（１≦ｉ≦ｎ）を与える。これらの値は、図示した如
く、ノイズに起因して著しく変化し、且つ波形における
この点においての信号の正確な測定は平均化されるべき
多数のサンプルを必要とする。基準ビームは振幅Ｒ_i を
与えるために時間ｔ_Riにおいて反射振幅をサンプルす
る。これらの値もノイズに起因して著しく変化する。然
しながら、Ｐ_i ／Ｒ_i の比のノイズに起因する変化は著
しく減少されており、且つこれらの比の正確な測定は必
要とされる平均化がより少ない状態で行なうことが可能
である。即ち、以下の条件が成立する場合には、Ｐ₁ ≠
Ｐ₂ 及びＲ₁ ≠Ｒ₂ の場合には、Ｐ₁ ／Ｒ₁ ≒Ｐ₂ ／Ｒ
₂ である。

【００１４】１．基準レーザパルス及びプローブレーザ
パルスはＤＵＴ上の同一のスポットへフォーカスされ
る。このことは、基準レーザ及びプローブレーザの両方
からのパルスを、プローブ形成用光学系の前において偏
光維持単一モードオプチカルファイバーを介して案内す
ることによって達成することが可能である。該単一モー
ドファイバーは、これら２つのレーザが同一の波長で動
作する場合には、入力における特性に拘らずに、ファイ
バーの出口において基準レーザパルス及びプローブレー
ザパルスの空間的特性は同一のものであることを確保す
る。

【００１５】２．ノイズに起因する変動は、テストルー
プの与えられたサイクルに対する基準パルス及びプロー
ブパルスの間の時間インターバルと比較して遅いもので
ある。このことは、基準レーザ及びプローブレーザから
のパルスがほぼ同一のノイズ振幅でもってＤＵＴの活性
領域をサンプルすることを確保する。これがどれほど遅
いものであることが必要であるかということは最大ノイ
ズ周波数、初期的な信号対ノイズ比、及び所望の信号対
ノイズ比に依存する。初期的なノイズ振幅Ｎ_initial 及
び最大周波数ｆが与えられると、本発明に基づいて所望
のノイズ振幅Ｎ_desired を得るために許容される最大時
間インターバルΔｔはω＝２πｆである場合に図５から
推定することが可能である。図５における５００におい
て示されるように、正弦波ノイズ変化を仮定すると、次
式が得られる。

【００１６】Ｎ_desired ＝（ｄ／ｄｔ）［Ｎ_initial ｓ
ｉｎ（ωｔ）］×Δｔ＝Ｎ_initial ωｃｏｓ（ωｔ）×
Δｔ即ち、 Δｔ＝（１／ωｃｏｓ（ωｔ））（Ｎ_desired ／Ｎ
_initial ）＝（１／ωｃｏｓ（ωｔ））（（Ｓ／Ｎ
_initial ）／（Ｓ／Ｎ_desired ））＝（１／２πｆｃｏ
ｓ（ωｔ））（（Ｓ／Ｎ_initial ）／（Ｓ／Ｎ
_desired ））最悪の場合においては、即ちｃｏｓ（ωｔ）＝１であ
り、従って、次式が得られる。

【００１７】Δｔ＝（１／２πｆ）（（Ｓ／Ｎ
_initial ）／（Ｓ／Ｎ_desired ））例えば、Ｓ／Ｎ_initial ＝０．０１でありＳ／Ｎ
_desired ＝１であり且つｆ＝１０ｋＨｚである場合に
は、Δｔ≒０．１６×１０^-6秒である。

【００１８】図３（Ａ）−（Ｂ）はビームの揺れのノイ
ズ効果を示している。本発明はこのようなノイズ効果及
びその他の、例えば電子及び光学的システムにおけるレ
ーザノイズ（レーザパルス間振幅変化）及び温度ドリフ
ト効果等の相殺に適用される。本発明に基づく方法は、
基準（連続波ＣＷ）レーザ及びプローブ（モードロック
ＭＬ）レーザでのＤＵＴ上の点のサンプリング及びＤＵ
Ｔの反射係数を派生させるために各レーザに対する入射
及び反射レーザエネルギのモニタを有している。

【００１９】以下の説明において、以下の用語を定義す
る。

【００２０】Ｉｃ＝ＣＷ基準入射エネルギＲｃ＝ＣＷ基準反射エネルギＩｍｎ＝波形サンプル位置ｎにおけるＭＬプローブ入射
エネルギＲｍｎ＝波形サンプル位置ｎにおけるＭＬプローブ反射
エネルギ基準パルスは、常に、ＤＵＴ波形に対して固定した時間
において付与され且つプローブパルスは波形全体にわた
って異なる位置において付与される。典型的に、波形に
おいてサンプルされる各位置に対して基準パルス及びプ
ローブパルスの幾つかの測定値がとられる。

【００２１】トリガ信号がＤＵＴ上の各波形繰返しに対
して付与され且つＣＷ基準反射係数Ｋｃ＝Ｒｃ／Ｉｃが
見つけられる。この係数は実際のＣＷパルスエネルギと
は独立的である。又、例えば、波形サンプル位置ｎに対
して設定されているプローブの場合には、ＭＬプローブ
反射係数Ｋｓｎ＝Ｒｍｎ／Ｉｍｎが得られる。この係数
は実際のＭＬパルスエネルギとは独立的である。これら
の比は互いにほぼ等しいものとすべきであり且つ両方と
もビームの揺れ等のノイズに起因してＤＵＴの反射率が
変化する場合に変化し、従ってこれらの比の比は実質的
に一定である。サンプル位置ｎに対してＫｓｎ＝Ｋｃ／
Ｋｍｎの比を定義することが可能であり、それはレーザ
パルスエネルギとは独立的であり且つＤＵＴ上のビーム
の位置に対してかなりの程度独立的である。同様に、そ
の他の全てのサンプル位置に対して係数Ｋｓ（ｎ＋
１），Ｋｓ（ｎ＋２），．．．等を見出すことが可能で
ある。ＤＵＴにおける電圧又は電流の変化は、多少係数
Ｋｓを変化させ、従ってＫｓにおける変化はＤＵＴの状
態における変化として解釈することが可能であり且つ波
形を示すために時間に対してプロットすることが可能で
ある。

【００２２】図６は本発明に基づくノイズ相殺技術を使
用するシステム６００を模式的に示している。例えばレ
ーザプラットフォーム６０４上に位置されている光波モ
デル１３１−２００レーザ源等のようなモードロックレ
ーザ源６０２を使用してプローブパルス６０６を形成す
る。レーザ源６０２は、例えば１００ＭＨｚの繰返し率
で約３５ｐｓ幅のパルス等の短い時間期間のパルスを射
出する。これらのパルスは、例えばコンオプティックス
３０６−８０電気光学的変調器等の光学的変調器６０８
を介して通過し、該変調器は参照番号６１０で示したよ
うなＤＵＴへ繰返し付与されるテストパターンの各サイ
クル期間中にプロービング即ち検査を行なうための単一
のパルスを選択する。参照番号６１４で示したような出
力を発生する基準レーザ源６１２及び第二光学的変調器
６１６は、両方とも、レーザプラットフォーム６１０上
に位置されており、基準パルス６１８を形成するために
使用される。基準レーザ源６１２は、例えばサンタフェ
レーザカンパニーのモデルＭＹＬＳ−５００等の連続波
（ＣＷ）タイプのものとすることが可能である。何故な
らば、基準ビームに対しては数十ｐｓにおける期間の極
めて短いパルスは必要とされないからである。光学的変
調器６１６はＣＷレーザをブランクしてその出力端にお
いて約１０ｎｓ期間程度の短いパルス６１８を形成す
る。光学的変調器６０８及び光学的変調器６１６からの
パルスは、必要に応じて例えばミラー６２２等のビーム
偏向光学系を使用して、例えばニューポートのモデル１
０ＱＭ２０ＬＰ．９０／７０出力カップラー等のビーム
結合器６２０へ案内される。ビーム結合器６２０を介し
て通過した後に、レーザパルスはファイバーオプチック
カップラー６２４を介して偏光維持単一モードオプチカ
ルファイバー６２６内へフォーカスされ、そこで該パル
スは偏光ファイバーオプチックカップラー６２８を介し
てレーザ走査顕微鏡（ＬＳＭ）６３０へ案内される。

【００２３】ＬＳＭ６３０において、単一モードオプチ
カルファイバー６２６からの出力が再度コリメートされ
る。その一部はビームスプリッター６３２を介してビー
ムステアリング（操縦）光学系６３４へ伝送される。ビ
ームステアリング光学系６３４から、そのビームはプロ
ーブ形成用光学系６３６によって、例えばＤＵＴ６４０
の活性領域６３８等の領域上へフォーカスされる。その
反射ビームはその経路を逆にリトレースしてビームスプ
リッター６３２へ至り、そこでその一部がミラー６４２
又は同様の適宜のものによって反射され、案内され、且
つファイバーオプチックカップラー６４４を介してマル
チモードファイバーオプチックケーブル６４６内へフォ
ーカスされる。ケーブル６４６の出力端部はファイバー
オプチカルカップラー６４８を介して、信号検知エレク
トロニクスサブシステム６５２内の信号ビーム光検知器
６５０内へ結合される。信号ビーム光検知器６５０の出
力は増幅器６５４において増幅され且つ高速スイッチ６
５６によってデジタル化及びコンピュータ処理、例えば
反射プローブレーザ強度を反射基準レーザ強度で割算す
ること等のために適宜のチャンネル（モードロックプロ
ーブチャンネルＭＬ６５８又は連続波基準チャンネルＣ
Ｗ６６０）内へそらされる。

【００２４】ファイバーオプチックケーブル６２６から
の入射ビームの一部はビームスプリッタ６３２によって
そらされ、ミラー６６２又は適宜の同様のものによって
案内され、且つファイバーオプチックカップラー６６
４、マルチモードファイバーオプチックケーブル６６６
及びファイバーオプチックカップラー６６８を介して入
射ビーム光検知器６７０へ通過される。入射ビーム光検
知器６７０からの信号は増幅器６７２において増幅され
且つ高速スイッチ６７４によって、例えば入射レーザパ
ルス強度の測定値としてデジタル化及びコンピュータ処
理するために、適宜のチャンネル（モードロックプロー
ブチャンネルＭＬ６７６又は連続波基準チャンネルＣＷ
６７８）内へそらされる。この測定値は本明細書に記載
するノイズ相殺技術によって相殺されることのない１つ
の形態のノイズであるレーザ強度変動に関する情報を与
え、且つ入射ビーム強度の正規化のために使用すること
が可能である。

【００２５】レーザプローブシステム６００はタイミン
グ発生器サブシステム６８０の制御下において動作し、
タイミング発生器サブシステム６８０は、モードロック
レーザ源６０２、エレクトロニクスサブシステム６５
２、ＤＵＴ６４０に対してテストベクトルの繰返しパタ
ーンを付与するテストベクトル発生器６８２と通信を行
なう。タイミング発生器サブシステム６８０及びそのテ
ストベクトル発生器６８２及びモードロックレーザ源６
０２に対する関係は図７において概略的に示してある。

【００２６】テストベクトル発生器６８２はＮ個のテス
トベクトルからなる繰返しのシーケンス（ループ）を発
生し且つこれらをライン７００を介してＤＵＴに対する
励起として付与する。テストベクトル発生器６８２は、
又、ループ開始マーカーを供給し、それはレーザ電圧プ
ローブシステム６００の動作をＤＵＴの動作と同期させ
るために使用される。以下に説明するプローブタイミン
グシーケンス発生器はエレクトロニクスサブシステムに
おける反射及び入射光検知のシーケンス動作のみならず
テストベクトルループ内の基準パルス及びプローブパル
スのタイミング（テストサイクル内の位置）及び幅（期
間）を制御する。

【００２７】ＤＵＴ上の波形は、基準パルスがループ開
始マーカーに対して一定のタイミング位置（Ｔｒ）に維
持され且つプローブパルスがＴ（スイープ開始）からＴ
（スイープ終了）までループ開始マーカーに対して一連
の固定したタイミング位置を介して移動される場合に、
入射及び反射光検知器からのデータを回収することによ
って獲得される。典型的に、５００個の異なる時間位置
が使用されるが、プローブビームは回収したデータの平
均化又はその他の処理を介しての波形ノイズにおける減
少を可能とさせるために数千回のテストベクトルサイク
ルに対して各時間位置に留まることが可能である。

【００２８】１００ＭＨｚクリスタルオシレータ７０２
からの出力信号はモードロックレーザ源６０２のモード
ロッカーを制御する。モードロックレーザ源６０２の内
部エレクトロニクスはこの信号を２で割算し、モードロ
ッカーに対して５０ＭＨｚ駆動信号を発生し、モードロ
ックレーザ源６０２はモードロック速度の２倍の速度で
パルスを発生する。

【００２９】オシレータ７０２からの出力信号は、更
に、プログラム可能なＱ進（ｄｉｖｉｄｅ−ｂｙ−Ｑ）
割算器７０４をクロック動作させ、該割算器の出力は調
節可能な遅延７０６を介して位相比較器７０８のうちの
１つの入力端へ印加される。電圧制御型発振器（ＶＣ
Ｏ）７１０の出力はプログラム可能なＰ進割算器７１２
へ印加され、該割算器７１２の出力は位相比較器７０８
の他方の入力端へ印加される。これらの比較器７０８の
出力はＶＣＯ７１０の周波数を制御する電圧である。Ｖ
ＣＯ７１０の周波数（Ｆ）はこのループによって以下の
如くに制御される。Ｆ＝１００ＭＨｚ×Ｐ／Ｑテストベクトル発生器６８２はそのベクトルクロック入
力としてＶＣＯ７１０を使用する。Ｐ及びＱの調節によ
って、ベクトル・クロック周波数（Ｆ）は広範な範囲に
わたって設定することが可能である。

【００３０】タイミング発生器６８２は、Ｐ進カウンタ
７１２をリセットさせるためにループの開始を表わすマ
ーカーとしてテストベクトルを使用することによってテ
ストループに対して同期される。又、同期を維持するた
めに、テストループにおけるベクトルの数Ｎは次式に従
ってプログラムされる。

【００３１】Ｎ＝Ｋ×Ｐ尚、Ｋは任意の整数。

【００３２】ループ開始マーカーは、更に、基準遅延カ
ウンタ７１４をリセットするために使用される。基準遅
延カウンタ７１４は、Ｍ個のベクトルクロックパルスの
後に出力信号を与え、尚Ｍは基準パルスをベクトルシー
ケンスにおける所望の位置に配置させるために選択され
る。基準遅延カウンタ７１４からの出力信号はタイミン
グシーケンス発生器７１６をスタートさせ、タイミング
シーケンス発生器７１６はエレクトロニクス６５２の基
準信号検知チャンネルの動作を制御する。タイミングシ
ーケンス発生器７１６からの出力信号ＣＷＭｏｄは、Ｃ
Ｗレーザ光経路における光学的変調器６１６を駆動する
ために使用され、従って基準パルスを発生する。タイミ
ングシーケンス発生器７１６のその他の出力信号は以下
に説明するように、信号採取エレクトロニクス６５２に
よって使用される。

【００３３】ベクトルシーケンスに対するプローブパル
スの位置は、Ｑ進カウンタ７０４、同期器７１８、粗目
プローブ遅延カウンタ７２０、微細プローブ遅延７０６
によって以下の態様で決定される。微細プローブ遅延７
０６は１０ｎｓ範囲にわたり連続的に調節可能である。
この遅延が変化されると、フェーズロックループがクリ
スタルオシレータ７０２に対しＶＣＯ７１０の位相を強
制的に変化させ、従ってテストループのスタートは０−
１０ｎｓだけクリスタルオシレータに対してシフトされ
る。１００ＭＮｚレーザパルストレインのテストベクト
ルパターンに対する時間的な関係が変化される。

【００３４】同期装置７１８は、入力として、「テスト
ループ開始」マーカー及びＱ進カウンタ７０４からの信
号を受取る。同期器７１８は、テストループ開始マーカ
ーの後のＱ進カウンタ７０４からの最初の出力で粗目プ
ローブ遅延カウンタ７２０へ１個のパルスを供給する。
同期器７１８からのそのパルスは粗目プローブ遅延カウ
ンタ７２０を同期的にリセットするために使用される。
粗目プローブ遅延カウンタ７２０は、クリスタルオシレ
ータ７０２のＧ個のクロックサイクルの後に出力信号を
与え、この出力信号は、エレクトロニクス６５２のプロ
ーブ信号検知チャンネルの動作を制御するタイミングシ
ーケンス発生器７２２をスタートさせる。タイミングシ
ーケンス発生器７２２からの出力信号ＭＬＭｏｄは、Ｄ
ＵＴへ付与（印加）されるテストベクトルシーケンスの
各繰返しに対して該パルストレインから１つの「プロー
ブ」レーザパルスを選択するために、モードロックレー
ザ光経路における光学的変調器６０８を駆動するために
使用される。タイミングシーケンス発生器７２２のその
他の出力信号は、以下に記載するように、信号採取エレ
クトロニクス６５２によって使用される。図７において
示したように、タイミング発生器サブシステム６８０の
要素は、好適には、例えばプログラムされている汎用の
デジタルコンピュータ又はその他の適宜の供給源から供
給することが可能であるように、制御信号を介して好適
に制御することが可能である。

【００３５】タイミングシーケンス発生器７１６及び７
２２は複数個の出力信号を発生し、それらの信号はライ
ン８０２上に示したループ開始マーカー８３０に対して
典型的な時間的な関係で図８に示してある。テストベク
トルシーケンスがＤＵＴへ付与されると、例えばライン
８０４上に示したような波形がＤＵＴの導体上に発生さ
れる。基準タイミングシーケンス発生器７１６からの信
号ＣＷＭｏｄは、ライン８０６上に示したような光学的
変調器６１６からのゲート動作されるＣＷ基準パルス８
３２をイネーブルさせる。信号ＣＷＭｏｄが発生される
場合には、２つのパルスシーケンスが開始され、即ちＣ
Ｗ１ａ，ＣＷ２ａ，ＣＷ３ａ，ＣＷ４ａ及びＣＷ１ｂ，
ＣＷ２ｂ，ＣＷ３ｂ，ＣＷ４ｂが開始される。パルスＣ
Ｗ１ａ及びＣＷ１Ｂはライン８１０上において参照番号
８３４に示してあり、パルスＣＷ２ａ及びＣＷ２ｂはラ
イン８１２上において参照番号８３６で示してあり、パ
ルスＣＷ３ａ及びＣＷ３ｂはライン８１４上において参
照番号８３８で示してあり、パルスＣＷ４ａ及びＣＷ４
ｂはライン８１６上において参照番号８４０で示してあ
る。プローブタイミングシーケンス発生器７２２からの
信号ＭＬＭｏｄは光学的変調器６０８をイネーブルさせ
てライン８０８上に示したようにプローブパルス８４２
を通過させる。信号ＭＬＭｏｄが発生されると、２つの
パルスシーケンスが開始され、即ちＭＬ１ａ，ＭＬ２
ａ，ＭＬ３ａ，ＭＬ４ａ及びＭＬ１ｂ，ＭＬ２ｂ，ＭＬ
３ｂ，ＭＬ４ｂが開始される。パルスＭＬ１ａ及びＭＬ
１ｂはライン８１８上において参照番号８４４で示して
あり、パルスＣＷ２ａ及びＣＷ２ｂはライン８２０上に
おいて参照番号８４６で示してあり、パルスＣＷ３ａ及
びＣＷ３ｂはライン８２２上において参照番号８４８で
示してあり、パルスＣＷ４ａ及びＣＷ４ｂはライン８２
４上において参照番号８５０で示してある。

【００３６】信号ＣＷ（１−４）ａからなるシーケンス
は、反射ＣＷ（基準）光パルスを処理するために使用さ
れる。信号ＣＷ（１−４）ｂからなるシーケンスは入射
ＣＷ光パルスを処理するために使用される。これら２つ
のシーケンスは、基本的に、同一のものであるが、シス
テム内の伝搬遅延差を考慮するために別々に発生され
る。同様に、信号シーケンスＭＬ（１−４）ａ及びＭＬ
（１−４）ｂは、反射及び入射モードロック（プロー
ブ）光パルスを処理するために使用される。

【００３７】図９はタイミング発生器からの信号がどの
ようにして図６にシステムの信号検知エレクトロニクス
６５２によって使用されるかを示した概略図である。２
つの光検知ダイオードが設けられており、即ち反射光に
対する光検知器６５０と入射光に対する光検知器６７０
である。反射光検知器ダイオード６５０からの電流出力
は、時間的に分離した２つのパルスから構成されてお
り、即ち基準光パルスからの１つとプローブ光パルスか
らの別の１つである。これらは増幅器６５２によって増
幅されて、その出力ライン上に２つの電圧パルスを発生
する。参照番号８３４で示した制御電圧ＣＷ１ａは、基
準パルス８３２が増幅器出力に表われる時にスイッチＳ
１を閉成する。参照番号８４４で示した制御電圧ＭＬ１
ａは、プローブパルス８４２が出力に表われる時にスイ
ッチＳ２を閉成する。スイッチＳ１は基準パルスを積分
器９０２へ通過させる。スイッチＳ１が閉成するまで、
積分器９０２は参照番号８３６で示した制御電圧ＣＷ２
ａによってリセット状態に保持される。スイッチＳ１が
閉成すると、そのリセットが取除かれ且つ積分器９０２
は光検知器６５０からの電圧パルスを積分する。積分器
９０２の出力は一定状態に留まり、一方サンプル・ホー
ルド回路９０４は、制御電圧ＣＷ３ａが参照番号８３８
で示したように低から高へ移行する場合に、ホールド状
態からサンプル状態へスイッチされる。積分器９０２の
出力上の電圧は、制御電圧ＣＷ３ａパルス８３８が高で
ある間の期間中にサンプル・ホールド回路９０４へ転送
される。サンプル・ホールド回路９０４は、制御電圧Ｃ
Ｗ３ａが低へ移行すると、ホールド状態へ復帰し、且つ
積分器９０２は、制御電圧ＣＷ２ａが高へ移行すると、
そのリセット状態へ復帰する。サンプル・ホールド回路
９０４の出力は一連の電圧レベルから構成されており、
その各レベルは反射基準光パルスの全エネルギを表わ
す。サンプル・ホールド回路９０４の出力は、可変利得
増幅器９０６によって増幅され、次いでアナログ・デジ
タル変換器（ＡＤＣ）９０８の入力へ印加される。増幅
器９０６の利得は利得制御信号によって調節されて、そ
の出力電圧をＡＤＣ９０８の範囲内へ調節させる。制御
電圧ＣＷ４ａはＡＤＣ９０８のデータ変換動作を制御す
る。ＡＤＣ９０８の出力におけるデータは、反射基準光
パルス（Ｒｃ）のエネルギを表わしている。

【００３８】図１０は制御信号ＣＷ１ａ，ＣＷ２ａ，Ｃ
Ｗ３ａ，ＣＷ４ａに対して、このチャンネルにおける典
型的な電圧波形を時間軸を拡大して示してある。増幅器
６５２の出力に表われる電圧Ｖａは、制御電圧ＣＷ１ａ
のパルス８３４が高であり且つスイッチＳ１が閉成して
いる時間期間中に、ゲート動作されるＣＷレーザパルス
１００５を包含している。ゲート動作される積分器９０
２の出力に表われる電圧Ｖｂは、パルス１００５が積分
される場合に、参照番号１０１０で示したように上昇す
る。サンプル・ホールド回路９０４の出力に表われる電
圧Ｖｃは、パルス１００５の全エネルギを表わすレベル
１０１５を有している。可変利得増幅器９０６の出力に
表われる電圧Ｖｄは、パルス１００５の全エネルギを表
わすレベル１０２０を有している。ライン１０２５にお
いて模式的に示した反射ＣＷパワーデータは、ＤＵＴの
導体上の電圧のサンプルＮを有するデータ１０３０のブ
ロックと、ＤＵＴの同一の導体上の電圧のサンプルＮ＋
１を有するデータ１０３５のブロックと、以下の同様の
ものを有している。

【００３９】制御電圧ＭＬ１ａが参照番号８４４で示し
たように高へ移行すると、プローブパルス８４２がホト
ダイオード６５０及び増幅器６５２の出力に表われる時
に、スイッチＳ２が閉成する。スイッチＳ２はプローブ
パルスを積分器９１２へ通過させる。スイッチＳ２が閉
成するまで、積分器９１２は、参照番号８４６で示した
制御電圧ＭＬ２ａによって休止状態に保持される。スイ
ッチＳ２が閉成すると、該休止状態が取除かれ且つ積分
器９１２は光検知器６５０からの電圧パルスを積分す
る。次いで、積分器９１２の出力は一定状態に留まり、
一方サンプル・ホールド回路９１４は、制御電圧ＭＬ３
ａが参照番号８４８で示したように低から高へ移行する
と、ホールド状態からサンプル状態へスイッチされる。
積分器９１２の出力上の電圧は、制御電圧ＭＬ３ａパル
ス８４８が高である期間中、サンプル・ホールド回路９
１４へ転送される。サンプル・ホールド回路９１４は、
制御電圧ＭＬ３ａが低へ移行する場合にホールド条件へ
復帰し、且つ積分器９１２は、制御電圧ＭＬ２ａが高へ
移行する場合にその休止状態へ復帰する。サンプル・ホ
ールド回路９１４の出力は、一連の電圧レベルから構成
されており、その各レベルは反射基準光パルスの全エネ
ルギを表わしている。サンプル・ホールド回路９１４の
出力は可変利得増幅器９１６によって増幅され、次い
で、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）９１８の入力
へ付与される。増幅器９１６の利得は、その出力電圧を
ＡＤＣ９１８の範囲内に設定されるように利得制御信号
によって調節される。制御電圧ＭＬ４ａはＡＤＣ９１８
のデータ変換操作を制御する。ＡＤＣ９１８の出力にお
けるデータは、反射プローブ光パルスのエネルギ（Ｒｍ
ｎ）を表わす。

【００４０】同様に、入射光検知器ダイオード６７０か
らの電流出力は、時間的に離れた２つのパルスから構成
されており、即ち、基準光パルスからの１つとプローブ
光パルスからの別の１つである。これらは増幅器６７２
によって増幅され、その出力線上に２つの電圧パルスを
発生する。参照番号８３４で示した制御電圧ＣＷ１ｂ
は、入射光基準パルス８３２が増幅器出力に表われる時
に、スイッチＳ３を閉成する。参照番号８４４で示した
制御電圧ＭＬ１ｂは、プローブパルス８４２が出力に表
われる時にスイッチＳ４を閉成する。スイッチＳ３は、
基準パルスを積分器９２２へ通過させる。スイッチＳ３
が閉成するまで、積分器９２２は、参照番号８３６で示
した制御電圧ＣＷ２ｂによってリセット状態に保持され
る。スイッチＳ３が閉成すると、そのリセットが取除か
れ且つ積分器９２２は、光検知器６７０からの電圧パル
スを積分する。次いで、積分器９２２の出力は一定に留
まり、一方サンプル・ホールド回路９２４は、制御電圧
ＣＷ３ｂが参照番号８３８で示したように低から高へ移
行する場合に、ホールド状態からサンプル状態へスイッ
チされる。積分器９２２の出力上の電圧は、制御電圧Ｃ
Ｗ３ｂパルス８３８が高である期間中に、サンプル・ホ
ールド回路９２４へ転送される。サンプル・ホールド回
路９２４は、制御電圧ＣＷ３ｂが低へ移行する場合に、
ホールド状態へ復帰し、且つ積分器９２２は、制御電圧
ＣＷ２ｂが高へ移行する場合にそのリセット状態へ復帰
する。サンプル・ホールド回路９２４の出力は、一連の
電圧レベルから構成されており、その各レベルは入射基
準光パルスの全エネルギを表わす。サンプル・ホールド
回路９２４の出力は可変利得増幅器９２６によって増幅
され、次いで、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）９
２８の入力へ付与される。増幅器９２６の利得は、その
出力電圧をＡＤＣ９２８の範囲内に設定させるために利
得制御信号によって調節される。制御電圧ＣＷ４ｂはＡ
ＤＣ９２８のデータ変換操作を制御する。ＡＤＣ９２８
の出力におけるデータは、入射基準光パルス（Ｉｃ）の
エネルギを表わす。

【００４１】制御電圧ＭＬ１ｂが参照番号８４４で示し
たように高へ移行すると、スイッチＳ４は、プローブパ
ルス８４２がホトダイオード６７０及び増幅器６７２の
出力に表われる時に、閉成される。スイッチＳ４は入射
プローブパルスを積分器９３２へ通過させる。スイッチ
Ｓ４が閉成するまで、積分器９３２は参照番号８４６で
示したように制御電圧ＭＬ２ｂによってリセット状態に
保持される。スイッチＳ４が閉成すると、そのリセット
が取除かれ且つ積分器９３２は光検知器９７０からの電
圧パルスを積分する。次いで、積分器９３２の出力は一
定状態に留まり、一方、サンプル・ホールド回路８３４
は、制御電圧ＭＬ３ｂが参照番号８４８で示したように
低から高へ移行する場合に、ホールド状態からサンプル
状態へスイッチされる。積分器９３２の出力上の電圧
は、制御電圧ＭＬ３ｂパルス８４８が高である期間中
に、サンプル・ホールド回路９３４へ転送される。サン
プル・ホールド回路９３４は、制御電圧ＭＬ３ｂが低へ
移行する場合にホールド状態へ復帰し、且つ積分器９３
２は、制御電圧ＭＬ２ｂが高へ移行する場合にそのリセ
ット状態へ復帰する。サンプル・ホールド回路９３４の
出力は、一連の電圧レベルから構成されており、その各
レベルは入射基準光パルスの全エネルギを表わす。サン
プル・ホールド回路９３４の出力は可変利得増幅器９３
６によって増幅され、次いで、アナログ・デジタル変換
器（ＡＤＣ）９３８の入力へ付与される。増幅器９３６
の利得は、その出力電圧をＡＤＣ９３８の範囲内に設定
させるために利得制御信号によって調節される。制御電
圧ＭＬ４ｂはＡＤＣ９３８のデータ変換動作を制御す
る。ＡＤＣ９３８の出力におけるデータは入射プローブ
光パルスのエネルギ（Ｉｍｎ）を表わす。

【００４２】ＡＤＣデータ出力Ｒｃ，Ｒｍｎ，Ｉｃ，Ｉ
ｍｎはコンピュータシステムにおける高速データ採取ボ
ードへ供給され、それは該データを図１２及び１３に関
連して以下に説明するような態様で処理する。該コンピ
ュータシステムは、更に、そうでなければ本発明に関連
することのないシステム制御動作を実行する。

【００４３】図１１は痕跡（ｖｅｓｔｉｇｉａｌ）モー
ドロックレーザパルスに起因する基準検知エラーの効果
を示している。ライン１１０４において時間軸を拡大し
て示した基準パルスは、ライン１１０２に示したＤＵＴ
波形に対して固定した時間位置にある。上述したよう
に、基準パルス検知器チャンネルは、基準ゲートパルス
８３４によって定義される基準ゲート時間期間中に、光
検知器の出力を積分する。波形採取期間中に、モードロ
ックレーザからのプローブ光パルス８４２は該波形に対
してある範囲の位置をとるようにされる。このことは、
（ａ）図７を参照して上述したようにＤＵＴ波形に対し
てモードロックレーザを位相シフトさせ、且つ（ｂ）Ｄ
ＵＴへ印加されるテストベクトルパターンの各繰返しに
対しモードロックレーザパルストレインから１個のパル
スを選択するために光学的変調器６０８を使用すること
によって行なわれる。図１１のライン１１０８は、テス
トベクトルパターンの１つの繰返し期間中においてＤＵ
Ｔ波形１１０２に対し、第一時間シフトｔ１で位置決め
されたプローブゲートパルス８４８を示しており、ライ
ン１１１０はＤＵＴ波形１１０２に対して異なる時間シ
フトｔ２でもって位置決めされたプローブゲートパルス
８４８を示している。

【００４４】光学的変調器６４８は不所望のモードロッ
クレーザパルスを完全にブロックするものではなく、約
５００乃至１０００（１個の変調器クリスタルの場合）
及び最大で１００，０００（直列させた２個の変調器ク
リスタルの場合）の係数だけそれらを減衰させるだけで
ある。例えば参照番号１１１６，１１１８，１１２０，
１１２２で示した痕跡モードロックレーザパルスは残存
する。例えばライン１１１２における痕跡パルス１１１
８等のパルス８３４によって定義される基準ゲート時間
において発生するこれらの痕跡モードロックレーザパル
スは、基準パルスエネルギ測定の一部として包含され
る。モードロックレーザがライン１１１４におけるよう
にテストベクトルパターンに対してシフトされる場合に
は、どの痕跡モードロックレーザパルスも基準ゲート時
間内に入るものはない。このような包含される痕跡モー
ドロックレーザパルスの数は、一般的に、レーザ位相と
共に変化し、且つ基準ゲート時間が正確にモードロック
レーザ繰返し速度の倍数である場合にのみ一定である。

【００４５】痕跡モードロックレーザパルスの存在によ
って導入される不正確性を補正するために、図１２に示
したように、波形における各サンプル位置に対して３モ
ード測定を採用している。この手法は、繰返すＤＵＴ波
形１２０２と、各繰返しの開始において発生するトリガ
信号１２０１と、基準ＣＷパルス１２０３及び対応する
測定ゲート１２０４と、ＭＬプローブパルス１２０５及
び対応する測定ゲート１２０６とをとる。モード１にお
いて、ＣＷレーザは時間ｔ_r においてパルス動作され且
つＭＬプローブ変調器は常にオフである（痕跡パルスｖ
₁ 及びｖ₂ を残存させるに過ぎない）。その結果、ＭＬ
ゲート期間中に入射及び反射ＭＬチャンネルにおいて検
知される小さな信号はオフセットとして格納される。こ
のモードは、典型的にシステム性能に依存して１０乃至
１０００の範囲内において、波形の繰返し回数に対して
繰返される。次いで、本システムはモード２へ移行し、
そこでＭＬプローブレーザがパルス動作（ｔ₂ ）される
が、ＣＷ基準レーザは常にオフである。その結果痕跡パ
ルスｖ₁ に起因して入射及び反射ＣＷチャンネルにおい
て検知される小さな信号はオフセットとして格納され
る。このモードはモード１に対する場合のように繰返さ
れる。次いで、本システムはモード３へ移行し、そこで
ＣＷ基準レーザ及びＭＬプローブレーザの両方がパルス
動作され且つ両方のチャンネルに対する入射及び反射信
号が格納される。これら３つのモードは以下に説明する
ような不正確性に対する補正を行なうために充分な情報
を与える。

【００４６】ＡＤＣは継続的にコンピュータシステムに
おける採取ボードへデータを供給する。どのデータをと
るかの選択、即ちどのモードが選択されているかは図１
３のフローチャートに要約しているように、以下の態様
で動作するコンピュータシステムの制御下にある。オペ
レータが波形における時間ベース位置当たりのサンプル
数Ｎをセットする。これは、特定のシステム及び装置の
詳細に依存して１０乃至１０００の範囲内のものとする
ことが可能である。次いで、オペレータは波形における
特定の位置ｎをサンプルするようにシステムをセットし
且つデータ採取を開始させる。最初にモード１が選択さ
れ且つコンピュータシステムは、ＣＷがパルス動作され
且つＭＬがオフであり且つＩｍｎ及びＲｍｎのみを格納
するように、ＣＷレーザ及びＭＬレーザを制御すべく動
作する。これはＮ回繰返され且つＩｍｎ及びＲｍｎの真
の平均が計算される。これらはモード１オフセットとし
て格納される。次いで、モード２が選択され且つコンピ
ュータシステムは、ＣＷがオフであり且つＭＬがパルス
動作され且つＩｃ及びＲｃのみを格納するように、ＣＷ
レーザ及びＭＬレーザを制御すべく動作する。これはＮ
回繰返され且つＩｃ及びＲｃの真の平均値が計算され
る。これらはモード２オフセットとして格納される。次
いでモード３が選択され且つコンピュータシステムは、
両方がパルス動作され且つＩｍｎ，Ｒｍｎ，Ｉｃ，Ｒｃ
が格納されるようにＣＷレーザ及びＭＬレーザを制御す
べく動作する。これはＮ回繰返され且つＩｍｎ，Ｒｍ
ｎ，Ｉｃ，Ｒｃの真の平均値が計算される。モード１オ
フセット及びモード２オフセットは減算されて真の値が
派生され且つＫｓｎが上述した態様で計算される。次い
で、Ｋｓｎの値は格納するか又は位置ｎにおける波形値
としてディスプレイへ出力させることが可能である。従
って、波形における全ての位置に対してＫｓｎを得るこ
とによって、完全な波形を決定することが可能である。
このことはコンピュータシステムによって行なうことが
可能であり、又は該データをコンピュータシステムに格
納するがコンピュータシステムへ制御情報を入力し且つ
デュアルレーザプローブシステムで得られた画像を表示
するために使用することの可能なワークステーションに
よってアクセスすることが可能である。

【００４７】以上、本発明の具体的実施の態様について
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ限定
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】共焦点レーザビームプローブシステムの原理
を模式的に示した概略図。

【図２】サンプル内の興味のある領域を検査するため
に三次元においてどのようにして共焦点レーザビームプ
ローブシステムを走査するかを模式的に示した概略図。

【図３】（ａ）はどのようにしてノイズがレーザプロ
ーブビームと所望のプローブ領域との間のオーバーラッ
プを変化させるかを示した概略図、（ｂ）はレーザプロ
ーブビームと所望のプローブ領域との間のオーバーラッ
プにおける変化がどのように検知される強度においてノ
イズを発生させるかを示した概略図、（ｃ）は（ｂ）に
おけるようなノイズがどのようにして興味のある信号を
マスクするかを示した概略図。

【図４】（ａ）及び（ｂ）は本発明に従って２つのレ
ーザパルスを使用してどのようにノイズを相殺させるこ
とが可能であるかを示した各説明図。

【図５】ノイズ振幅における所望の減少に対する基準
及びプローブサンプリングの間において許容される最大
時間インターバルの計算を示した説明図。

【図６】本発明に基づくデュアルレーザプローブシス
テムの一例を示した概略図。

【図７】図６のシステムにおいて有用なタイミング発
生器を示した概略図。

【図８】図７のタイミング発生器における種々の信号
のタイミング関係を示したタイミング線図。

【図９】図６のシステムにおいて有用な信号検知エレ
クトロニクスを示した概略図。

【図１０】図９の信号検知エレクトロニクスにおける
種々の信号の間のタイミング関係を示したタイミング線
図。

【図１１】痕跡モードロックレーザパルスに起因する
基準検知エラーの影響を示したタイミング線図。

【図１２】本発明に基づいて異なる測定モードを使用
することにより痕跡モードロックレーザパルスを補正す
る状態を示したタイミング線図。

【図１３】図１２の補正方法における処理の流れを示
したフローチャート。

【符号の説明】

６００デュアルレーザプローブシステム６０２モードロックレーザ源６０４レーザプラットフォーム６０６プローブパルス６０８光学的変調器６１２基準レーザ源６１６第二光学的変調器６２０ビーム結合器６２２ミラー６２４ビーム結合器６２６オプチカルファイバー６２８ファイバーオプチックカップラ− ６３０レーザ走査顕微鏡（ＬＳＭ）６３２ビームスプリッター６３４ビームステアリング光学系６３６プローブ形成用光学系６３８活性領域６４０ＤＵＴ（検査中の装置）６４２ミラー６４４ファイバーオプチックカップラー６４６ファイバーオプチックケーブル６４８ファイバーオプチックカップラー６５０信号ビーム光検知器６５２信号検知エレクトロニクスサブシステム６５４増幅器６５６高速スイッチ６５８モードロックプローブチャンネルＭＬ６６０連続波基準チャンネルＣＷ６７０入射ビーム光検知器６７２増幅器６７４高速スイッチ６８０タイミング発生器サブシステム６８２テストベルトル発生器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者スレッシュエヌ．ラーハンアメリカ合衆国，カリフォルニア 95132，サンノゼ，イザドラドライブ 3284 (72)発明者ウイリアムケイ．ロアメリカ合衆国，カリフォルニア 95131，サンノゼ，ミッションスプリングスサークル 1588

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】テストベクトルの繰返しパターンによっ
て励起された場合に集積回路装置上に表われる波形のサ
ンプルを採取するために集積回路装置をレーザ光でプロ
ービングする方法において、（ａ）テストベクトルのパターンの各繰返し期間中に選
択した時間において前記装置の１つの領域へプローブレ
ーザパルス（８３２）を付与し且つ前記プローブレーザ
パルスを付与した場合に前記領域から反射されるエネル
ギを検知して、その際に反射光プローブサンプルを生成
し、（ｂ）前記プローブレーザパルスを付与した時間に対し
て変位されているテストベクトルのパターンの各繰返し
期間中における時間において前記装置の前記領域へ基準
レーザパルス（８４２）を付与し且つ前記基準レーザパ
ルスを付与した場合に前記領域から反射されるエネルギ
を検知して、その際に反射光基準サンプルを生成し、（ｃ）テストベクトルのパターンの各繰返しに対し前記
反射光プローブサンプルと前記反射光基準サンプルとの
比を調整して前記反射光プローブサンプルに対して改良
された信号対ノイズを有する波形サンプルを生成する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】請求項１において、前記プローブレーザ
パルス（８３２）の前記選択された時間がテストベクト
ルのパターンの各繰返し内において基準レーザパルス
（８４２）に対してオフセットされており、且つ等価時
間サンプリングによって前記波形を再生するためにテス
トベクトルのパターン内の複数個の選択した時間におい
て波形サンプルを生成することを特徴とする方法。
【請求項３】請求項１において、前記レーザプローブ
パルスが付与される場合に前記領域から反射されるエネ
ルギ及び前記基準レーザパルスが付与される場合に前記
領域から反射されるエネルギを検知する場合に、前記領
域から反射されるエネルギを検知して検知器信号を発生
し、プローブレーザパルスが前記領域へ付与される場合
にプローブゲート期間（８４４）の期間中に前記検知器
信号をプローブ信号積分器（９１２）へ付与し、且つ前
記基準レーザパルスが前記領域へ付与される場合に基準
ゲート期間（８３４）の期間中に前記検知器信号を基準
信号積分器（９０２）へ付与する、ことを特徴とする方
法。
【請求項４】請求項１において、前記領域へプローブ
レーザパルス（８４２）を付与する場合に、モードロッ
クレーザ源（６０２）からのパルス（６０６）からなる
トレインを発生し、前記パルストレインからプローブレ
ーザパルスを選択し、且つ前記選択したパルスを前記領
域へ付与する、ことを特徴とする方法。
【請求項５】請求項４において、前記領域へ基準レー
ザパルス（８３２）を付与する場合に、基準源（６１
２）からレーザビームを発生し、前記レーザビームをゲ
ート動作させて前記基準レーザパルスを発生し、且つ前
記基準レーザパルスを前記領域へ付与する、ことを特徴
とする方法。
【請求項６】請求項１において、前記プローブレーザ
パルスが付与される場合に前記領域から反射されるエネ
ルギを検知する場合に、前記プローブレーザパルスが付
与される場合に前記領域から反射されるエネルギを検知
することによって検知器信号を発生し、プローブ信号ゲ
ート期間（８４６）期間中に前記検知器信号を積分する
ことによって積分器信号を発生し、前記積分器信号をサ
ンプリングすることによってサンプル信号を発生し、且
つ前記サンプル信号をデジタル化することによって前記
反射光プローブサンプルを生成する、ことを特徴とする
方法。
【請求項７】請求項１において、前記基準レーザパル
スが付与される場合に前記領域から反射されるエネルギ
を検知する場合に、前記基準レーザパルスが付与される
場合に前記領域から反射されるエネルギを検知すること
によって検知器信号（Ｖａ）を発生し、基準信号ゲート
期間（８３６）期間中に前記検知器信号を積分すること
によって基準積分器信号（Ｖｄ）を発生し、前記基準積
分器信号をサンプリングすることによってサンプル信号
（Ｖｃ）を発生し、且つ前記サンプル信号をデジタル化
することによって前記反射光基準サンプルを発生する、
ことを特徴とする方法。
【請求項８】請求項１において、前記領域へプローブ
レーザパルス（８４２）を付与する場合に、モードロッ
クレーザ源からのパルストレインに対するテストベクト
ルのパターンの位相関係を調節し、前記パルストレイン
から１個のパルスを選択し、且つ前記選択したパルスを
前記装置の前記領域へ付与する、ことを特徴とする方
法。
【請求項９】請求項１において、前記領域へプローブ
レーザパルス（８４２）を付与する場合に、クロック信
号を発生し、モードロックレーザ源（６０２）の動作を
前記クロック信号に対して同期させ、前記モードロック
レーザ源（６０２）からパルス（６０６）からなるトレ
インを発生し、前記クロック信号から調節可能なテスト
ベクトルクロックを派生し、前記調節可能なテストベク
トルクロックをテストベクトル発生器（６８２）へ付与
して前記パルス（６０６）のトレインに対して選択した
位相関係でテストベクトルからなるパターンを発生し、
前記パルストレインから前記プローブレーザパルスを選
択し、且つ前記選択したパルスを前記領域へ付与する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】請求項１において、更に、前記プロー
ブレーザパルス及び前記基準レーザパルスの入射パワー
レベルにおける変動を補償するステップを有することを
特徴とする方法。
【請求項１１】請求項１０において、入射パワーレベ
ルにおける変動を補償する場合に、前記プローブレーザ
パルスの入射エネルギレベルを検知し、前記基準レーザ
パルスの入射エネルギレベルを検知し、前記プローブレ
ーザパルスの前記検知した入射エネルギレベルを使用し
てプローブレーザパルス源の強度を正規化し、且つ前記
基準レーザパルスの前記検知した入射エネルギレベルを
使用して基準レーザパルス源の強度を正規化する、こと
を特徴とする方法。
【請求項１２】請求項４において、前記パルストレイ
ンから前記プローブレーザパルスを選択する場合に、光
学変調器において前記パルストレインからの不所望のパ
ルスを抑圧することを特徴とする方法。
【請求項１３】請求項１２において、前記不所望のパ
ルスを抑圧する場合に、痕跡パルスを通過させ、更に、
基準信号オフセットとして基準ゲートインターバル（１
２０４）期間中に発生する痕跡パルス（ｖ₁ ）のエネル
ギを検知し且つ前記基準信号オフセットを使用して前記
反射光基準サンプルを補償するステップと、プローブ信
号オフセットとしてプローブゲートインターバル（１２
０６）期間中に発生する痕跡パルス（ｖ₂ ）のエネルギ
を検知し且つ前記プローブ信号オフセットを使用して前
記反射光プローブサンプルを補償するステップとを有す
ることを特徴とする方法。
【請求項１４】請求項８において、前記パルストレイ
ンから１個のパルスを選択する場合に、光学変調器にお
いて前記パルストレインからの不所望のパルスを抑圧さ
せることを特徴とする方法。
【請求項１５】請求項１４において、前記不所望のパ
ルスを抑圧させる場合に、痕跡パルスを通過させ、且つ
前記基準レーザパルスが付与される場合に前記領域から
の反射エネルギを検知する場合に、選択した数の前記痕
跡パルスを包含する時間基準ゲートインターバル（８３
４）期間中に前記領域からのエネルギを検知することを
特徴とする方法。
【請求項１６】テストベクトルの繰返しパターンによ
って励起された場合に集積回路装置上に表われる波形の
サンプルを採取するために集積回路装置をレーザ光でプ
ロービングする装置において、（ａ）前記テストベクトルのパターンの各繰返し期間中
の選択した時間において前記装置の１つの領域へプロー
ブレーザパルス（８３２）を付与し且つ前記プローブレ
ーザパルスを付与する時間に対して変位した前記テスト
ベックトルのパターンの各繰返し期間中における時間に
おいて前記装置の前記領域へ基準レーザパルス（８４
２）を付与するレーザ光学システム（６０４，６３
０）、（ｂ）前記プローブレーザパルスを付与する場合に前記
レーザから反射するエネルギを検知し、その際に反射光
プローブサンプルを発生し、且つ前記基準レーザパルス
を付与する場合に前記領域から反射するエネルギを検知
し、その際に反射光基準サンプルを発生する反射パワー
検知システム（６３０，６５２）、（ｃ）前記テストベクトルのパターンの各繰返しに対し
前記反射光プローブサンプルと前記反射光基準サンプル
の比を調整して前記反射光プローブサンプルに対して改
良した信号対ノイズを有する波形サンプルを生成するプ
ロセサ、を有することを特徴とする装置。
【請求項１７】請求項１６において、前記プローブレ
ーザパルス（８３２）の前記選択した時間が前記テスト
ベクトルのパターンの各繰返し以内において前記基準レ
ーザパルス（８４２）に対してオフセットされており、
且つ等価時間サンプリングによって波形を再生するため
に前記テストベクトルのパターン内の複数個の選択した
時間において波形サンプルを発生させることを特徴とす
る装置。
【請求項１８】請求項１６において、前記反射パワー
検知システムが、前記領域から反射されたエネルギに応
答して反射光検知信号を発生する反射光検知器（６５
０）と、前記プローブレーザパルスが前記領域へ付与さ
れる場合にプローブゲート期間（８４４）期間中に前記
反射光検知器信号を積分するプローブ信号積分器（９１
２）と、前記反射レーザパルスが前記領域へ付与される
場合に基準ゲート期間（８３４）期間中に前記反射光検
知器信号を積分する基準信号積分器（９０２）とを有す
ることを特徴とする装置。
【請求項１９】請求項１８において、前記プローブ信
号積分器（９１２）が積分器信号を発生し、且つ前記反
射パワー検知システムが、更に、サンプル信号を発生す
るために前記積分器信号をサンプリングするサンプル・
ホールド回路（９１６）と、前記反射光プローブサンプ
ルを発生するために前記サンプル信号をデジタル化する
アナログ・デジタル変換器（９１８）とを有することを
特徴とする装置。
【請求項２０】請求項１６において、前記レーザ光学
系が、複数個のパルス（６０６）からなるトレインを発
生するためのモードロックレーザ源（６０２）と、前記
複数個のパルスからなるトレインから前記プローブレー
ザパルスを選択するための光学的変調器（６０８）とを
有することを特徴とする装置。
【請求項２１】請求項１９において、前記レーザ光学
系が、更に、レーザビーム（６１４）を発生するための
基準源（６１２）と、前記基準レーザパルスを発生する
ために前記レーザビームをゲート動作するための光学的
変調器（６１６）とを有することを特徴とする装置。
【請求項２２】請求項２０において、前記レーザ光学
系が、更に、前記プローブレーザパルス及び前記基準レ
ーザパルスを前記領域に対して付与するためのビーム結
合器（６２０）及び光学的伝送要素（６２４，６２６，
６２８，６３４，６３６）を有することを特徴とする装
置。
【請求項２３】請求項１６において、前記反射パワー
検知システムが、検知器信号（Ｖａ）を発生するために
前記基準レーザパルスが付与される場合に前記領域から
反射されるエネルギを検知する検知器（６５０）と、基
準積分器信号（Ｖｂ）を発生するために基準信号ゲート
期間（８３６）期間中に前記検知器信号を積分する積分
器（９０２）と、サンプル信号（Ｖｃ）を発生するため
に前記基準積分器信号をサンプリングするためのサンプ
ル・ホールド回路（９０４）と、前記反射光基準サンプ
ルを発生するために前記サンプル信号をデジタル化する
ためのアナログ・デジタル変換器とを有することを特徴
とする装置。
【請求項２４】請求項１６において、前記レーザ光学
系が、複数個のパルスからなるトレインを発生するため
のモードロックレーザ源（６０２）及びタイミング発生
器（６８０）に応答して前記複数個のパルスからなるト
レインから前記プローブレーザパルスを選択するための
光学的変調器（６０８）を有しており、且つ本装置が、
更に、前記光学的変調器を制御するための信号ＭＬＭｏ
ｄを供給し且つ前記複数個のパルスからなるトレインに
対するテストベクトルのパターンの位相関係を調節する
ための調節可能なクロック信号を供給するためのタイミ
ング発生器（６８０）を有していることを特徴とする装
置。
【請求項２５】請求項２４において、前記モードロッ
クレーザ源の動作が固定クロック信号に対して同期され
ており、且つ前記タイミング発生器（６８０）が前記固
定クロック信号を発生するためのオシレータ（７０２）
及び前記固定クロック信号から調節可能なクロック信号
を派生するための可変周波数源（７１０）を有すること
を特徴とする装置。
【請求項２６】請求項１６において、前記プローブレ
ーザパルス及び前記基準レーザパルスの入射パワーレベ
における変動を補償するための入射パワー補償サブシス
テム（６３２，６６２，６７０，６７２，６７４，６７
６，６７８）を有することを特徴とする装置。
【請求項２７】請求項２６において、前記入射パワー
補償サブシステムが、前記プローブレーザパルス及び前
記基準レーザパルスからの光の一部をそらせるためのビ
ームスプリッタ（６３２）と、入射ビーム検知器信号を
発生するための前記そらされた光のエネルギレベルを検
知するための入射ビーム検知器（６７０）と、プローブ
ゲート期間（８４４）期間中に前記入射ビーム検知器信
号を積分する積分器（８３２）と、基準ゲート期間（８
３４）期間中に前記入射ビーム検知器信号を積分する積
分器（８２２）とを有することを特徴とする装置。
【請求項２８】請求項２７において、前記入射パワー
補償サブシステムが、更に、前記プローブレーザパルス
及び基準レーザパルスの検知された入射エネルギレベル
を表わす入射パワーデータを発生するために前記積分さ
れた入射ビーム検知器信号をサンプリングし且つデジタ
ル化するための回路（８２４，８２８，８３４，８３
８）を有することを特徴とする装置。
【請求項２９】請求項１９において、前記光学的変調
器（６０８）が前記複数個のパルスからなるトレインか
ら不所望のパルスを抑圧することによって前記複数個の
パルスからなるトレインから前記プローブレーザパルス
を選択することを特徴とする装置。
【請求項３０】請求項２９において、前記光学的変調
器（６０８）が、不所望のパルスを抑圧する場合に、痕
跡パルスを通過させ、且つ前記痕跡パルスの選択した数
を包含する時間基準ゲートインターバル（８３４）期間
中に前記領域からのエネルギを検知することによって、
前記基準レーザパルスが付与される場合に前記領域から
反射されるエネルギを前記反射パワー検知システムが検
知することを特徴とする装置。