JP2001255354A - パルス状レーザビームによる半導体集積回路の精査装置 - Google Patents
パルス状レーザビームによる半導体集積回路の精査装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 雑音の影響を軽減したレーザ光パルス利
用の半導体集積回路デバイス精査装置を提供する。 【解決方法】 被検半導体集積回路デバイスの精査にレ
ーザビームを用いる。一つのレーザ光源からの単一のレ
ーザ光パルスを二つの光パルスに分割し、それら二つの
光パルスを両方とも被検デバイスに入射させる。それら
二つの光パルスを被検デバイスとの相互作用のあと分離
して二つの光検出器で検出する。次にそれら光検出器か
らの二つの出力を相互に減算し、その減算によって、被
検デバイスの機械的振動に起因する雑音やレーザ光源か
らの諸雑音など上記二つのパルスに誘起された共通モー
ド雑音を消去する。この差信号を被検デバイス中の時間
変動信号の抽出に用いる。
用の半導体集積回路デバイス精査装置を提供する。 【解決方法】 被検半導体集積回路デバイスの精査にレ
ーザビームを用いる。一つのレーザ光源からの単一のレ
ーザ光パルスを二つの光パルスに分割し、それら二つの
光パルスを両方とも被検デバイスに入射させる。それら
二つの光パルスを被検デバイスとの相互作用のあと分離
して二つの光検出器で検出する。次にそれら光検出器か
らの二つの出力を相互に減算し、その減算によって、被
検デバイスの機械的振動に起因する雑音やレーザ光源か
らの諸雑音など上記二つのパルスに誘起された共通モー
ド雑音を消去する。この差信号を被検デバイス中の時間
変動信号の抽出に用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザビームによる
半導体集積回路デバイスの精査装置に関する。
半導体集積回路デバイスの精査装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】ここに参照してこの明
細書に組み入れる１９９９年２月１６日発行のPaniccia
ほか名義の米国特許第5,872,360号は被検集積回路の活
性化領域における電界の検出装置および検出方法を開示
している（同特許の要約書参照）。一つの実施例では、
シリコンなど集積回路用半導体材料のバンドギャップ近
傍の波長のレーザビームを生じさせる。そのレーザビー
ムを例えばＭＯＳトランジスタのドレーン領域などのＰ
Ｎ接合に集束させる。そのＰＮ接合、すなわち、例えば
トランジスタスイッチのドレーン領域に外部電界を印加
すると、電気駆動による吸収の現象により電界の変調に
従って光吸収の度合いが変調を受ける。電気駆動による
吸収に伴って電気駆動による屈折も生じ、それによって
ＰＮ接合／酸化物層界面からのレーザビーム反射成分の
反射係数が変調を受ける。
細書に組み入れる１９９９年２月１６日発行のPaniccia
ほか名義の米国特許第5,872,360号は被検集積回路の活
性化領域における電界の検出装置および検出方法を開示
している（同特許の要約書参照）。一つの実施例では、
シリコンなど集積回路用半導体材料のバンドギャップ近
傍の波長のレーザビームを生じさせる。そのレーザビー
ムを例えばＭＯＳトランジスタのドレーン領域などのＰ
Ｎ接合に集束させる。そのＰＮ接合、すなわち、例えば
トランジスタスイッチのドレーン領域に外部電界を印加
すると、電気駆動による吸収の現象により電界の変調に
従って光吸収の度合いが変調を受ける。電気駆動による
吸収に伴って電気駆動による屈折も生じ、それによって
ＰＮ接合／酸化物層界面からのレーザビーム反射成分の
反射係数が変調を受ける。
【０００３】ここに参照してこの明細書に組み入れる１
９９９年５月１８日発行のWilsherほか名義の米国特許
第5,975,577号はデュアルレーザビームによる半導体集
積回路デバイスの精査を記載している。同特許記載の方
法においては、被検半導体集積回路デバイス（ＤＵＴ）
への波形を、そのＤＵＴに印加する電気的テストパター
ン信号の各サイクル期間ごとにレーザプローブビームを
用いてサンプリングする。そのＤＵＴへのテストパター
ン信号の各動作サイクルについて、上記プローブビーム
および基準レーザビームの両方でＤＵＴの同一の物理的
部位を互いにずらせた時点でサンプリングする。この基
準レーザビームによる測定を上記テストパターンに対し
て固定の時点で行い、対象のテストパターン時点で等価
時間サンプリングで用いる方法によりプローブビーム走
査測定を行い波形を再構成する。各検査サイクルについ
て、雑音による測定値変動を減らすようにプローブ測定
値対基準測定値比をとる。
９９９年５月１８日発行のWilsherほか名義の米国特許
第5,975,577号はデュアルレーザビームによる半導体集
積回路デバイスの精査を記載している。同特許記載の方
法においては、被検半導体集積回路デバイス（ＤＵＴ）
への波形を、そのＤＵＴに印加する電気的テストパター
ン信号の各サイクル期間ごとにレーザプローブビームを
用いてサンプリングする。そのＤＵＴへのテストパター
ン信号の各動作サイクルについて、上記プローブビーム
および基準レーザビームの両方でＤＵＴの同一の物理的
部位を互いにずらせた時点でサンプリングする。この基
準レーザビームによる測定を上記テストパターンに対し
て固定の時点で行い、対象のテストパターン時点で等価
時間サンプリングで用いる方法によりプローブビーム走
査測定を行い波形を再構成する。各検査サイクルについ
て、雑音による測定値変動を減らすようにプローブ測定
値対基準測定値比をとる。
【０００４】上記米国特許第5,975,577号の図６はモー
ド同期レーザ光源からプローブパルスを生ずるシステム
を図解している。このレーザ光源は短いパルス幅のレー
ザパルスを高い繰返し周波数で生ずる。基準レーザ光源
は基準レーザパルスの形成に用いるレーザビームを出力
する。基準レーザ光源は通常は連続波レーザ光源であ
る。プローブレーザ光源および基準レーザ光源からのレ
ーザ光パルスを両方とも光学的に変調し、ビーム偏向光
学系によりビーム合成器に導く。そのビーム合成器によ
り合成したレーザパルスを光ファイバカップラを通じて
レーザ走査型顕微鏡に集束させる。すなわち、レーザパ
ルスを二つの別々の光源から供給する。この合成レーザ
ビームはＤＵＴに導かれ、そのＤＵＴで反射し、光検出
器に導かれる。この光検出器に時間的に互いにずれて到
達するプローブレーザパルスおよび基準レーザパルスを
別々に検出してディジタル化する。
ド同期レーザ光源からプローブパルスを生ずるシステム
を図解している。このレーザ光源は短いパルス幅のレー
ザパルスを高い繰返し周波数で生ずる。基準レーザ光源
は基準レーザパルスの形成に用いるレーザビームを出力
する。基準レーザ光源は通常は連続波レーザ光源であ
る。プローブレーザ光源および基準レーザ光源からのレ
ーザ光パルスを両方とも光学的に変調し、ビーム偏向光
学系によりビーム合成器に導く。そのビーム合成器によ
り合成したレーザパルスを光ファイバカップラを通じて
レーザ走査型顕微鏡に集束させる。すなわち、レーザパ
ルスを二つの別々の光源から供給する。この合成レーザ
ビームはＤＵＴに導かれ、そのＤＵＴで反射し、光検出
器に導かれる。この光検出器に時間的に互いにずれて到
達するプローブレーザパルスおよび基準レーザパルスを
別々に検出してディジタル化する。
【０００５】これらプローブレーザパルスと基準レーザ
パルスとの反射成分を適宜分配することによって、雑音
が測定値に及ぼす影響を大幅に減らすことができるが、
いくつかの要因がその雑音消去効果を減退させ、測定が
ショット雑音（レーザビーム特有の雑音）による限界値
まで到達することを妨げる。例えば、ＤＵＴ内部におけ
る電気的活動度に伴うレーザパルスの反射成分振幅の変
調は反射成分振幅全体に比べると小さい。したがって、
対象の被変調信号が大きいＤＣオフセット値に重なって
いる場合は、被変調信号のディジタル化対象の実効ダイ
ナミックレンジが大幅に制限される。また、基準レーザ
パルスおよびプローブレーザパルスは波長を互いに異に
する場合もあり、それらレーザパルスの雑音成分が、Ｄ
ＵＴとの間の波長依存性相互作用により、またこれらパ
ルス相互間の時間的ずれにより、相関不十分になったり
する。
パルスとの反射成分を適宜分配することによって、雑音
が測定値に及ぼす影響を大幅に減らすことができるが、
いくつかの要因がその雑音消去効果を減退させ、測定が
ショット雑音（レーザビーム特有の雑音）による限界値
まで到達することを妨げる。例えば、ＤＵＴ内部におけ
る電気的活動度に伴うレーザパルスの反射成分振幅の変
調は反射成分振幅全体に比べると小さい。したがって、
対象の被変調信号が大きいＤＣオフセット値に重なって
いる場合は、被変調信号のディジタル化対象の実効ダイ
ナミックレンジが大幅に制限される。また、基準レーザ
パルスおよびプローブレーザパルスは波長を互いに異に
する場合もあり、それらレーザパルスの雑音成分が、Ｄ
ＵＴとの間の波長依存性相互作用により、またこれらパ
ルス相互間の時間的ずれにより、相関不十分になったり
する。
【０００６】したがって、雑音の影響を受けにくい集積
回路デバイス用光精査装置または精査方法が必要になっ
ている。
回路デバイス用光精査装置または精査方法が必要になっ
ている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は上述のとおり
集積回路デバイス内の電気的活動度を測定する装置およ
び方法を対象とする。二つのレーザ光パルスを単一のレ
ーザ装置など同じレーザ光源から取り出す。二つの光パ
ルスを非コヒーレント光源から取り出すこともできる。
それら二つの光パルスで、半導体集積回路デバイス内の
電気的活動度を、例えば零を含む遅延Δｔ秒だけ互いに
隔たった二つの時点でサンプリングする。次に、これら
二つのパルスを互いに相等しい適切な光検出器を用いて
別々に検出し、検出出力信号を相互に減算する。その減
算による差出力は共通モード雑音信号、すなわち機械的
振動およびレーザ光源からのレーザビームの振幅雑音に
誘発された共通モード雑音信号を消去する。適切な精度
の光検出器を用いることによって、この発明はレーザビ
ーム中の光子の数で定まるショット雑音限界値に容易に
到達する。
集積回路デバイス内の電気的活動度を測定する装置およ
び方法を対象とする。二つのレーザ光パルスを単一のレ
ーザ装置など同じレーザ光源から取り出す。二つの光パ
ルスを非コヒーレント光源から取り出すこともできる。
それら二つの光パルスで、半導体集積回路デバイス内の
電気的活動度を、例えば零を含む遅延Δｔ秒だけ互いに
隔たった二つの時点でサンプリングする。次に、これら
二つのパルスを互いに相等しい適切な光検出器を用いて
別々に検出し、検出出力信号を相互に減算する。その減
算による差出力は共通モード雑音信号、すなわち機械的
振動およびレーザ光源からのレーザビームの振幅雑音に
誘発された共通モード雑音信号を消去する。適切な精度
の光検出器を用いることによって、この発明はレーザビ
ーム中の光子の数で定まるショット雑音限界値に容易に
到達する。
【０００８】零以外の遅延Δｔだけ互いにずれた二つの
光パルスでＤＵＴ内の電気的活動度を互いに異なる時点
でプローブする。それら二つの光パルスが互いに同等の
相互作用強度のＤＵＴと相互作用すると、この測定から
生ずる差信号は、単一光パルス精査手法で得られるはず
の波形の導関数に比例する。
光パルスでＤＵＴ内の電気的活動度を互いに異なる時点
でプローブする。それら二つの光パルスが互いに同等の
相互作用強度のＤＵＴと相互作用すると、この測定から
生ずる差信号は、単一光パルス精査手法で得られるはず
の波形の導関数に比例する。
【０００９】時間的に互いに一致する（Δｔ＝０）二つ
の光パルスでＤＵＴ内の電気的活動度を同時にサンプリ
ングする。それら光パルスが相互作用強度の等しいＤＵ
Ｔと相互作用すると、出力の差信号は零になる。それら
二つの光パルスが相互作用強度の互いに異なるＤＵＴと
相互作用すると、零以外の差信号が生ずる。例えば、そ
れら二つの光パルスが直交直線偏光から成り、ＤＵＴと
の相互作用が偏光依存型である場合は、出力の差信号は
単一光パルス精査手法で生じショット雑音限界値に達す
る波形に比例する。波長の互いに異なる二つの光パルス
とＤＵＴとの間の相互作用の差も同様に活用できる。
の光パルスでＤＵＴ内の電気的活動度を同時にサンプリ
ングする。それら光パルスが相互作用強度の等しいＤＵ
Ｔと相互作用すると、出力の差信号は零になる。それら
二つの光パルスが相互作用強度の互いに異なるＤＵＴと
相互作用すると、零以外の差信号が生ずる。例えば、そ
れら二つの光パルスが直交直線偏光から成り、ＤＵＴと
の相互作用が偏光依存型である場合は、出力の差信号は
単一光パルス精査手法で生じショット雑音限界値に達す
る波形に比例する。波長の互いに異なる二つの光パルス
とＤＵＴとの間の相互作用の差も同様に活用できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】半導体集積回路デバイスの精査に
ショット雑音だけが感度限界を決める一つのパルス状レ
ーザ光を用いる。一つのレーザ光パルスから二つのレー
ザ光パルスを生ずる。被検デバイスＤＵＴと相互作用す
る前の段階では、それら二つのレーザ光パルスは同一の
雑音成分を含む。すなわちそれら二つのレーザ光パルス
は同じ一つのレーザ光パルスから取り出されているから
である。被検デバイスＤＵＴと相互作用すると、ＤＵＴ
の振動に起因する追加の雑音が加わるが、それら二つの
光パルスの雑音は両者間の時間が非常に短いので互いに
相関する。したがって、それらレーザ光パルスの各々が
関連の光検出器に生ずる光電流信号相互間の差信号は過
剰なレーザ誘起雑音またはＤＵＴ振動誘起雑音を含まな
い。残留雑音は、関連の光検出器および増幅器が十分に
低雑音であり十分に整合していれば、ショット雑音に限
定される。光検出器および増幅器の応答が十分に高速で
ある場合は、遅延回路を付加した単一の検出器および増
幅器を使うことができる。上記差信号は第１のプローブ
パルス・ＤＵＴ間の相互作用と第２のプローブパルス・
ＤＵＴ間の相互作用との間の差を表す。この差信号から
時間変動信号を再生するには種々の周知の方法を用いる
ことができる。
ショット雑音だけが感度限界を決める一つのパルス状レ
ーザ光を用いる。一つのレーザ光パルスから二つのレー
ザ光パルスを生ずる。被検デバイスＤＵＴと相互作用す
る前の段階では、それら二つのレーザ光パルスは同一の
雑音成分を含む。すなわちそれら二つのレーザ光パルス
は同じ一つのレーザ光パルスから取り出されているから
である。被検デバイスＤＵＴと相互作用すると、ＤＵＴ
の振動に起因する追加の雑音が加わるが、それら二つの
光パルスの雑音は両者間の時間が非常に短いので互いに
相関する。したがって、それらレーザ光パルスの各々が
関連の光検出器に生ずる光電流信号相互間の差信号は過
剰なレーザ誘起雑音またはＤＵＴ振動誘起雑音を含まな
い。残留雑音は、関連の光検出器および増幅器が十分に
低雑音であり十分に整合していれば、ショット雑音に限
定される。光検出器および増幅器の応答が十分に高速で
ある場合は、遅延回路を付加した単一の検出器および増
幅器を使うことができる。上記差信号は第１のプローブ
パルス・ＤＵＴ間の相互作用と第２のプローブパルス・
ＤＵＴ間の相互作用との間の差を表す。この差信号から
時間変動信号を再生するには種々の周知の方法を用いる
ことができる。
【００１１】図１はこの発明の一つの実施例による装置
のプロック図である。レーザを含む光源６０が光パルス
列を出力する。発光ダイオードや白熱電球など非コヒー
レント光源からの出力をこれら光パルスとすることもで
きる。これら光パルスの各々をブロック６４で二つの光
パルスに分割し、それら二つの光パルスの相互間に遅延
を与えたうえ光学的に再合成する。その詳細は後述す
る。符号ＡおよびＢを付けて示したこれら二つの光パル
スは相互間に通常僅かな遅延を有する。次に、これら光
パルスＡおよびＢをＤＵＴ６８と相互作用させる。ＤＵ
Ｔ６８との相互作用のあと、これら二つの光パルスをセ
パレータ素子７４により光パルスＡおよびＢに再び光学
的に分離する。セパレータ素子７４はこれら二つの光パ
ルスＡおよびＢを空間的に分離して互いに異なる検出器
に導く。光パルスＡは第１の検出器Ｄ２ ７８に印加さ
れ、光パルスＢは第２の検出器Ｄ１ ８２に印加され
る。これら検出器は慣用の光検出器で構成できる。次
に、これら検出器Ｄ１およびＤ２からの出力信号を減算
器８４において互いに減算する。次に、減算器８４から
の差信号出力を増幅器８８で増幅して、プロセッサ１０
０の一部を成すＡ−Ｄ変換器９２に加え、プロセッサ１
００で周知のデータ処理を行ってその出力をユーザに提
供する。ＤＵＴの互いに異なる部分を、ＤＵＴの移動ま
たはＤＵＴに対する光学系組立体の移動によって精査す
る。
のプロック図である。レーザを含む光源６０が光パルス
列を出力する。発光ダイオードや白熱電球など非コヒー
レント光源からの出力をこれら光パルスとすることもで
きる。これら光パルスの各々をブロック６４で二つの光
パルスに分割し、それら二つの光パルスの相互間に遅延
を与えたうえ光学的に再合成する。その詳細は後述す
る。符号ＡおよびＢを付けて示したこれら二つの光パル
スは相互間に通常僅かな遅延を有する。次に、これら光
パルスＡおよびＢをＤＵＴ６８と相互作用させる。ＤＵ
Ｔ６８との相互作用のあと、これら二つの光パルスをセ
パレータ素子７４により光パルスＡおよびＢに再び光学
的に分離する。セパレータ素子７４はこれら二つの光パ
ルスＡおよびＢを空間的に分離して互いに異なる検出器
に導く。光パルスＡは第１の検出器Ｄ２ ７８に印加さ
れ、光パルスＢは第２の検出器Ｄ１ ８２に印加され
る。これら検出器は慣用の光検出器で構成できる。次
に、これら検出器Ｄ１およびＤ２からの出力信号を減算
器８４において互いに減算する。次に、減算器８４から
の差信号出力を増幅器８８で増幅して、プロセッサ１０
０の一部を成すＡ−Ｄ変換器９２に加え、プロセッサ１
００で周知のデータ処理を行ってその出力をユーザに提
供する。ＤＵＴの互いに異なる部分を、ＤＵＴの移動ま
たはＤＵＴに対する光学系組立体の移動によって精査す
る。
【００１２】ＤＵＴ６８において光パルスＡおよびＢの
両方に誘起される雑音は、上記二つの光検出器出力信号
を減算器８４において互いに減算した段階ですべて消去
されるので有利である。また、１／Δｔ以下の周波数
（Δｔは隣接パルス間の時間間隔）のＤＵＴ６８の機械
的振動もすべて消去される。
両方に誘起される雑音は、上記二つの光検出器出力信号
を減算器８４において互いに減算した段階ですべて消去
されるので有利である。また、１／Δｔ以下の周波数
（Δｔは隣接パルス間の時間間隔）のＤＵＴ６８の機械
的振動もすべて消去される。
【００１３】この装置には、好ましくはパルス幅の小さ
いパルス状レーザ光を生ずるレーザ光源６０が一つだけ
あればよい。この装置はレーザ雑音に影響されず、雑音
消去のために二つの信号の比の算出を要することもな
い。この装置では、二つの光パルスＡおよびＢを共通の
レーザ光源６０から取り出しており減算器８４からの出
力信号がこれら光パルスＡおよびＢの各々の生ずる電気
信号の差を表すので、もともとショット雑音だけが制約
となる。これら二つの光パルスと二つの光検出器とは光
パルスエネルギーと検出器利得との調整によって平衡さ
せ、ＤＵＴ内の電気的活動度零の場合に上記差信号のＤ
Ｃオフセットが零になるようにすることができる。この
差信号は、Ａ−Ｄ変換器９２のダイナミックレンジ全体
を利用できるように増幅器８８で増幅でする。この手法
における二つの光パルスの利用により、光と半導体との
間の相互作用の侵襲性の特徴付与およびその利用が可能
になる。例えば、一方の光パルスで接合内に電子・ホー
ル対を形成し、他方の光パルスでそれら電子・ホール対
を精査することができる。
いパルス状レーザ光を生ずるレーザ光源６０が一つだけ
あればよい。この装置はレーザ雑音に影響されず、雑音
消去のために二つの信号の比の算出を要することもな
い。この装置では、二つの光パルスＡおよびＢを共通の
レーザ光源６０から取り出しており減算器８４からの出
力信号がこれら光パルスＡおよびＢの各々の生ずる電気
信号の差を表すので、もともとショット雑音だけが制約
となる。これら二つの光パルスと二つの光検出器とは光
パルスエネルギーと検出器利得との調整によって平衡さ
せ、ＤＵＴ内の電気的活動度零の場合に上記差信号のＤ
Ｃオフセットが零になるようにすることができる。この
差信号は、Ａ−Ｄ変換器９２のダイナミックレンジ全体
を利用できるように増幅器８８で増幅でする。この手法
における二つの光パルスの利用により、光と半導体との
間の相互作用の侵襲性の特徴付与およびその利用が可能
になる。例えば、一方の光パルスで接合内に電子・ホー
ル対を形成し、他方の光パルスでそれら電子・ホール対
を精査することができる。
【００１４】図２は図１の装置の具体例であって、同一
構成要素には同一参照数字をそれぞれ付けて示してあ
る。一つの例では、レーザ光源６０はモード同期したＮ
ｄ：ＹＡＧレーザであって、図示のとおりパルス幅約３
２ｐｓ、中心波長1.064μｍの光パルスを生ずる。これ
ら光パルスの偏光面を分割光学系６４の中の半波長板１
０４で回転させる。次に、これらパルスを偏光ビームス
プリッタ（ＰＢＳ）１０６で直線偏光に従って分離す
る。一つの光路では光ビームは四分の一波長板１１０を
透過し反射鏡１１４で反射する。反射鏡１１４は反射後
にビームが同じ光路を戻るように調整可能である。この
四分の一波長板１１０を、戻りの光路でこのビームの直
線偏光が９０°だけ回転するように調節する。この戻り
の光路では、光ビームは偏光ビームスプリッタ１０６を
再び通過する。
構成要素には同一参照数字をそれぞれ付けて示してあ
る。一つの例では、レーザ光源６０はモード同期したＮ
ｄ：ＹＡＧレーザであって、図示のとおりパルス幅約３
２ｐｓ、中心波長1.064μｍの光パルスを生ずる。これ
ら光パルスの偏光面を分割光学系６４の中の半波長板１
０４で回転させる。次に、これらパルスを偏光ビームス
プリッタ（ＰＢＳ）１０６で直線偏光に従って分離す
る。一つの光路では光ビームは四分の一波長板１１０を
透過し反射鏡１１４で反射する。反射鏡１１４は反射後
にビームが同じ光路を戻るように調整可能である。この
四分の一波長板１１０を、戻りの光路でこのビームの直
線偏光が９０°だけ回転するように調節する。この戻り
の光路では、光ビームは偏光ビームスプリッタ１０６を
再び通過する。
【００１５】分割光学系６４のもう一つの光路では、直
交偏光ビームがもう一つの四分の一波長板１２０を通過
し、第２の反射鏡１２４、すなわちビームが同じ光路で
戻りその偏光面が９０°回転するように調整した第２の
反射鏡１２４で反射する。この戻りの光路では偏光ビー
ムスプリッタ１０６でこのビームは反射されてもう一つ
のビームと合成される。反射鏡１２４はこの光路ともう
一つの光路（反射鏡１１４を含む光路）との間の光路長
差を許容するように調整できる。すなわち、二つの光パ
ルスＡおよびＢが合成される際に両者間の時間差Δｔを
反射鏡１２４を動かすことにより制御できる。この反射
鏡の動きは通常図の平面内で垂直な向きに行う。上記二
つの光路の光路長が互いに等しいときはこの遅延時間Δ
ｔは零となる。
交偏光ビームがもう一つの四分の一波長板１２０を通過
し、第２の反射鏡１２４、すなわちビームが同じ光路で
戻りその偏光面が９０°回転するように調整した第２の
反射鏡１２４で反射する。この戻りの光路では偏光ビー
ムスプリッタ１０６でこのビームは反射されてもう一つ
のビームと合成される。反射鏡１２４はこの光路ともう
一つの光路（反射鏡１１４を含む光路）との間の光路長
差を許容するように調整できる。すなわち、二つの光パ
ルスＡおよびＢが合成される際に両者間の時間差Δｔを
反射鏡１２４を動かすことにより制御できる。この反射
鏡の動きは通常図の平面内で垂直な向きに行う。上記二
つの光路の光路長が互いに等しいときはこの遅延時間Δ
ｔは零となる。
【００１６】偏光ビームスプリッタを出た光パルスＡお
よびＢは図示のとおり全く同じ光路を通る。次に、光パ
ルスＡおよびＢは非偏光ビームスプリッタ（ＮＰＢＳ）
１３０を通過する。次に、これら光パルスは図示のとお
りＤＵＴ（サンプル）６８と相互作用し、このＤＵＴ６
８で反射される。反射されたこれら光ビームは非偏光ビ
ームスプリッタ１３０で反射され、セパレータ素子７
４、すなわちこの例では偏光ビームスプリッタで構成さ
れるセパレータ素子７４で光パルスＡおよびＢに再び分
離される。
よびＢは図示のとおり全く同じ光路を通る。次に、光パ
ルスＡおよびＢは非偏光ビームスプリッタ（ＮＰＢＳ）
１３０を通過する。次に、これら光パルスは図示のとお
りＤＵＴ（サンプル）６８と相互作用し、このＤＵＴ６
８で反射される。反射されたこれら光ビームは非偏光ビ
ームスプリッタ１３０で反射され、セパレータ素子７
４、すなわちこの例では偏光ビームスプリッタで構成さ
れるセパレータ素子７４で光パルスＡおよびＢに再び分
離される。
【００１７】図１の場合と同様に、光パルスＡは光検出
器７８によって検出され、光パルスＢは光検出器８２に
よって検出される。これら光検出器７８および８２は、
例えば、カリフォルニア州サンタクララ所在のNew Focu
s社から市販されているNew Focus 2001型の帯域幅２０
０ＫＨｚの光検出器で構成できる。これら光検出器７８
および８２の出力側以降は信号はもちろん光信号でなく
電気信号である。検出器７８からの電気信号は増幅器１
３４で増幅し、光検出器８２からの電気信号は増幅器１
３６で増幅する。これら二つの増幅器の出力信号を減算
器８４で互いに減算し、その出力の差信号を図１の示す
とおりＡ−Ｄ変換器９２に加える。
器７８によって検出され、光パルスＢは光検出器８２に
よって検出される。これら光検出器７８および８２は、
例えば、カリフォルニア州サンタクララ所在のNew Focu
s社から市販されているNew Focus 2001型の帯域幅２０
０ＫＨｚの光検出器で構成できる。これら光検出器７８
および８２の出力側以降は信号はもちろん光信号でなく
電気信号である。検出器７８からの電気信号は増幅器１
３４で増幅し、光検出器８２からの電気信号は増幅器１
３６で増幅する。これら二つの増幅器の出力信号を減算
器８４で互いに減算し、その出力の差信号を図１の示す
とおりＡ−Ｄ変換器９２に加える。
【００１８】上述の構成の代わりに、光パルスＡおよび
ＢをＤＵＴ６８を通過させ、反射部材でＤＵＴ６８経由
で反射させて非偏光ビームスプリッタ１３０に導いたの
ち光検出器７８および８２に導く構成にすることもでき
る。これら光パルスがＤＵＴ６８を伝搬したのちセパレ
ータ素子で分離して光検出器７８および８２に導くよう
に構成することもできる。
ＢをＤＵＴ６８を通過させ、反射部材でＤＵＴ６８経由
で反射させて非偏光ビームスプリッタ１３０に導いたの
ち光検出器７８および８２に導く構成にすることもでき
る。これら光パルスがＤＵＴ６８を伝搬したのちセパレ
ータ素子で分離して光検出器７８および８２に導くよう
に構成することもできる。
【００１９】これら光検出器７８および８２の各々の検
出出力電流は所望の信号だけでなくレーザパルス含有の
雑音成分を含む。この雑音成分にはＤＵＴ６８の機械的
振動に起因するものやレーザ光源６０からのレーザパル
ス光含有雑音などがある。減算器８４はこれら二つの光
パルスの雑音成分の共通雑音を消去しショット雑音成分
だけにする。この差信号をコンピュータ１００により慣
用の表示装置に画像表示する。
出出力電流は所望の信号だけでなくレーザパルス含有の
雑音成分を含む。この雑音成分にはＤＵＴ６８の機械的
振動に起因するものやレーザ光源６０からのレーザパル
ス光含有雑音などがある。減算器８４はこれら二つの光
パルスの雑音成分の共通雑音を消去しショット雑音成分
だけにする。この差信号をコンピュータ１００により慣
用の表示装置に画像表示する。
【００２０】図２の装置の変形には、ＤＵＴ内部の電気
的活動度に起因する二つの光パルスＡおよびＢの間の差
動位相偏移の測定を同装置の光学系に干渉計を追加して
行うなどの構成が考えられる。その差動位相偏移測定装
置の概略を図３に示す。図３の構成は、干渉計が追加さ
れている以外は図２の構成と同じである。
的活動度に起因する二つの光パルスＡおよびＢの間の差
動位相偏移の測定を同装置の光学系に干渉計を追加して
行うなどの構成が考えられる。その差動位相偏移測定装
置の概略を図３に示す。図３の構成は、干渉計が追加さ
れている以外は図２の構成と同じである。
【００２１】この干渉計は、光パルスＡおよびＢの両方
を一部透過させるとともに基準パルスＡ’およびＢ’と
して一部反射させる追加の非偏光ビームスプリッタ（Ｎ
ＢＰＳ）１３９を備える。非偏光ビームスプリッタ１３
０も光パルスＡおよびＢの両方を一部透過させる。これ
ら光パルスＡおよびＢは前述の例の場合と同様にＤＵＴ
６８と相互作用し反射されたのち、第２の非偏光ビーム
スプリッタ１３０で反射される。反射成分Ａ''および
Ｂ''を反射鏡１４１から光パルスＡ’およびＢ’と追加
の非偏光ビームスプリッタ１４４により合成する。反射
鏡１４１は、圧電素子（図示してない）により、光パル
スＡ''およびＢ''の組と光パルスＡ’およびＢ’の組と
が互いに干渉して干渉作用を生ずるように調節できる。
そのためには、一つの光検出器に到達した時点で光パル
スＡ''およびＡ’が空間的に重なり、もう一つの光検出
器に到達した時点で光パルスＢ''およびＢ’が空間的に
重ならなければならない。上記半波長板１４０は基準光
パルスＡ’およびＢ’の偏光を調節してＮＰＢＳ１４４
の残留偏光依存性を補償するように作用する。図３の装
置は上述の点以外は図２の装置と同じである。
を一部透過させるとともに基準パルスＡ’およびＢ’と
して一部反射させる追加の非偏光ビームスプリッタ（Ｎ
ＢＰＳ）１３９を備える。非偏光ビームスプリッタ１３
０も光パルスＡおよびＢの両方を一部透過させる。これ
ら光パルスＡおよびＢは前述の例の場合と同様にＤＵＴ
６８と相互作用し反射されたのち、第２の非偏光ビーム
スプリッタ１３０で反射される。反射成分Ａ''および
Ｂ''を反射鏡１４１から光パルスＡ’およびＢ’と追加
の非偏光ビームスプリッタ１４４により合成する。反射
鏡１４１は、圧電素子（図示してない）により、光パル
スＡ''およびＢ''の組と光パルスＡ’およびＢ’の組と
が互いに干渉して干渉作用を生ずるように調節できる。
そのためには、一つの光検出器に到達した時点で光パル
スＡ''およびＡ’が空間的に重なり、もう一つの光検出
器に到達した時点で光パルスＢ''およびＢ’が空間的に
重ならなければならない。上記半波長板１４０は基準光
パルスＡ’およびＢ’の偏光を調節してＮＰＢＳ１４４
の残留偏光依存性を補償するように作用する。図３の装
置は上述の点以外は図２の装置と同じである。
【００２２】図４は図３に概略的に示した差動位相偏移
測定装置をより詳細に示し、図３には表示されていない
構成要素も表示する。ビームスプリッタ１３０は分離と
再合成との両方を行うので図３のビームスプリッタ１３
９および１４４は必要ではない。図４において、レーザ
光源６０は実際のレーザ装置１４６と、パルス成形器１
４８と、光路変更用の反射鏡１５０とを備える。レーザ
光源６０は図示のとおりレーザ光パルスを生ずる。パル
ス光スプリッタおよび遅延装置６４は図２および図３の
構成と同じ構成を備える（図示の便宜上、図４では光パ
ルスを図３の場合と対照的に鋭いピークとして示すが、
実際のレーザ光パルスは図３の場合のように丸味を帯び
ている）。ブロック６４内には、パルス遅延Δｔを光パ
ルスＡと光パルスＢとの間に生じた形で図示してある。
測定装置をより詳細に示し、図３には表示されていない
構成要素も表示する。ビームスプリッタ１３０は分離と
再合成との両方を行うので図３のビームスプリッタ１３
９および１４４は必要ではない。図４において、レーザ
光源６０は実際のレーザ装置１４６と、パルス成形器１
４８と、光路変更用の反射鏡１５０とを備える。レーザ
光源６０は図示のとおりレーザ光パルスを生ずる。パル
ス光スプリッタおよび遅延装置６４は図２および図３の
構成と同じ構成を備える（図示の便宜上、図４では光パ
ルスを図３の場合と対照的に鋭いピークとして示すが、
実際のレーザ光パルスは図３の場合のように丸味を帯び
ている）。ブロック６４内には、パルス遅延Δｔを光パ
ルスＡと光パルスＢとの間に生じた形で図示してある。
【００２３】光路形成の便宜のために用いた反射鏡１５
２および１５４でこれら光パルスＡおよびＢは反射され
る。この例ではＤＵＴ６８のすぐ手前に対物レンズ１５
６を配置してある。図３に概略的に示した干渉計をブロ
ック１６０内により詳細に示す。この干渉計１６０は対
物レンズ１６２と、反射鏡を位置定めする圧電駆動素子
１６４とを備える。また、光路を垂直に曲げるための反
射鏡１６６を備える。対物レンズ１６２は干渉計基準光
光路の照準をＤＵＴ光路の照準と合わせるように調節す
る。図４には、オプションのＤＵＴｘ−ｙ支持ステージ
１６３を同ステージ駆動装置１６５とともに示してあ
る。
２および１５４でこれら光パルスＡおよびＢは反射され
る。この例ではＤＵＴ６８のすぐ手前に対物レンズ１５
６を配置してある。図３に概略的に示した干渉計をブロ
ック１６０内により詳細に示す。この干渉計１６０は対
物レンズ１６２と、反射鏡を位置定めする圧電駆動素子
１６４とを備える。また、光路を垂直に曲げるための反
射鏡１６６を備える。対物レンズ１６２は干渉計基準光
光路の照準をＤＵＴ光路の照準と合わせるように調節す
る。図４には、オプションのＤＵＴｘ−ｙ支持ステージ
１６３を同ステージ駆動装置１６５とともに示してあ
る。
【００２４】干渉計の出力側で偏光ビームスプリッタ７
４に付随する形で光路変換のための反射鏡１６８、１６
９および１７２が設けてある。上述の構成要素のほか
に、電子回路１７０の部分に、増幅器１７１、信号処理
回路１７４、および高電圧増幅器１７８を含む帰還ルー
プが設けてあり、このループによって、干渉基準光光路
での反射鏡１４１の位置の制御用の圧電駆動装置１６４
に点線で表示した帰還信号を供給する。この帰還ループ
は、例えばＤＵＴの機械的振動に起因するＤＵＴ光路の
光路長の変動を補償するように基準光光路の光路長を調
節してこの干渉計を安定化させる。電子回路１７０に
は、慣用の手法でコンピュータ１００と結合したモニタ
１８０を出力信号表示用に設けてある。この例では、偏
光ビームスプリッタ７４は検光子部分１８２の一部を構
成している。
４に付随する形で光路変換のための反射鏡１６８、１６
９および１７２が設けてある。上述の構成要素のほか
に、電子回路１７０の部分に、増幅器１７１、信号処理
回路１７４、および高電圧増幅器１７８を含む帰還ルー
プが設けてあり、このループによって、干渉基準光光路
での反射鏡１４１の位置の制御用の圧電駆動装置１６４
に点線で表示した帰還信号を供給する。この帰還ループ
は、例えばＤＵＴの機械的振動に起因するＤＵＴ光路の
光路長の変動を補償するように基準光光路の光路長を調
節してこの干渉計を安定化させる。電子回路１７０に
は、慣用の手法でコンピュータ１００と結合したモニタ
１８０を出力信号表示用に設けてある。この例では、偏
光ビームスプリッタ７４は検光子部分１８２の一部を構
成している。
【００２５】図５Ａ乃至５Ｄは図２に示した差動振幅変
調測定装置の動作原理を図解している。図５Ａにおい
て、電圧信号２００はＤＵＴの特定の選ばれた端子に印
加した電圧である。この信号は、精査用の入射レーザビ
ームではなく、ＤＵＴ端子にそのＤＵＴの駆動のために
印加された電気信号である。図５ＢはＤＵＴ精査用の時
間的にΔｔだけ互いにずれた二つの入射レーザ光パルス
ＡおよびＢを示す。これら二つの光パルスＡおよびＢの
振幅は、ＤＵＴとの間の相互作用前は、それぞれＩ
(ｔ）およびＩ(ｔ＋Δｔ）である。
調測定装置の動作原理を図解している。図５Ａにおい
て、電圧信号２００はＤＵＴの特定の選ばれた端子に印
加した電圧である。この信号は、精査用の入射レーザビ
ームではなく、ＤＵＴ端子にそのＤＵＴの駆動のために
印加された電気信号である。図５ＢはＤＵＴ精査用の時
間的にΔｔだけ互いにずれた二つの入射レーザ光パルス
ＡおよびＢを示す。これら二つの光パルスＡおよびＢの
振幅は、ＤＵＴとの間の相互作用前は、それぞれＩ
(ｔ）およびＩ(ｔ＋Δｔ）である。
【００２６】ＤＵＴとの相互作用のあとでは、図５Ｃに
示すとおり、レーザ光パルスＡおよびＢの振幅はそれぞ
れＲ(ｔ）およびＲ(ｔ＋Δｔ）になる。したがって、差
信号（増幅後）はこれら二つの振幅値の差に比例する。
この差信号は、図５Ｄに示した等価時間サンプリング出
力波形の形成に用いる。等価時間サンプリング波形はＤ
ＵＴ端子への印加電気信号の導関数である。
示すとおり、レーザ光パルスＡおよびＢの振幅はそれぞ
れＲ(ｔ）およびＲ(ｔ＋Δｔ）になる。したがって、差
信号（増幅後）はこれら二つの振幅値の差に比例する。
この差信号は、図５Ｄに示した等価時間サンプリング出
力波形の形成に用いる。等価時間サンプリング波形はＤ
ＵＴ端子への印加電気信号の導関数である。
【００２７】レーザ光パルス幅を無視した場合の測定帯
域幅は１／πΔｔである。光パルスＡおよびＢはそれぞ
れパルス幅ΔＴを備え、このパルス幅と両パルス間の時
間差とから総合実効測定帯域幅１／π(Δｔ２＋ΔＴ
２）１／２ を達成する。レーザ光パルスＡおよびＢ含
有のレーザ雑音は、これら光パルスが同一の光パルスか
ら取り出されているので消去される。ＤＵＴの動きに起
因する振動雑音は帯域幅１／πΔｔの範囲内で消去され
る。振動源の大部分は10,000Ｈｚ以下の周波数を有す
る。上記二つの光パルスの相互間の時間間隔は帯域幅31
8,000,000Ｈｚ対応の１ｎｓよりも通常大きい。すなわ
ち、ＤＵＴの振動は、図５Ｄに示すとおり、大幅に抑え
られる。減算処理のあとでは、図５Ｃに示すとおり、短
い雑音だけが残留する。
域幅は１／πΔｔである。光パルスＡおよびＢはそれぞ
れパルス幅ΔＴを備え、このパルス幅と両パルス間の時
間差とから総合実効測定帯域幅１／π(Δｔ２＋ΔＴ
２）１／２ を達成する。レーザ光パルスＡおよびＢ含
有のレーザ雑音は、これら光パルスが同一の光パルスか
ら取り出されているので消去される。ＤＵＴの動きに起
因する振動雑音は帯域幅１／πΔｔの範囲内で消去され
る。振動源の大部分は10,000Ｈｚ以下の周波数を有す
る。上記二つの光パルスの相互間の時間間隔は帯域幅31
8,000,000Ｈｚ対応の１ｎｓよりも通常大きい。すなわ
ち、ＤＵＴの振動は、図５Ｄに示すとおり、大幅に抑え
られる。減算処理のあとでは、図５Ｃに示すとおり、短
い雑音だけが残留する。
【００２８】図２の装置を用いた差動振幅変調測定の例
を図６Ａおよび図６Ｂに示す。図６Ａにおいて実線２１
０は第１のレーザ光パルス１の検出を表す信号であり、
点線２１４は第２のレーザ光パルスＢの検出を表す同様
の信号である。これら二つの光パルスＡおよびＢの間の
遅延時間は約１００μｓである。光パルスＡおよびＢ
は、図示のとおり水平および垂直の互いに直交する偏光
を備える。
を図６Ａおよび図６Ｂに示す。図６Ａにおいて実線２１
０は第１のレーザ光パルス１の検出を表す信号であり、
点線２１４は第２のレーザ光パルスＢの検出を表す同様
の信号である。これら二つの光パルスＡおよびＢの間の
遅延時間は約１００μｓである。光パルスＡおよびＢ
は、図示のとおり水平および垂直の互いに直交する偏光
を備える。
【００２９】図６Ｂにおいて、実線２２０は図２の二つ
の光検出器Ｄ１およびＤ２からの検出出力電流を互いに
減算した結果得られる差信号である。この差信号２２０
は、図５Ｄの例の場合と同様に、ＤＵＴへの印加電気信
号の導関数に近似している。これら差信号のピークはＤ
ＵＴ内の電圧遷移に対応する。比較のために、曲線２２
６は図６Ａの上記二つの信号２１０および２１４のコン
ピュータによる減算の結果を示す。この減算出力２３０
と測定結果の差信号２２２との符号が互いに逆であるの
は、この装置が検出出力の絶対値を測定するものであっ
て信号の符号は処理していないことによる。
の光検出器Ｄ１およびＤ２からの検出出力電流を互いに
減算した結果得られる差信号である。この差信号２２０
は、図５Ｄの例の場合と同様に、ＤＵＴへの印加電気信
号の導関数に近似している。これら差信号のピークはＤ
ＵＴ内の電圧遷移に対応する。比較のために、曲線２２
６は図６Ａの上記二つの信号２１０および２１４のコン
ピュータによる減算の結果を示す。この減算出力２３０
と測定結果の差信号２２２との符号が互いに逆であるの
は、この装置が検出出力の絶対値を測定するものであっ
て信号の符号は処理していないことによる。
【００３０】上記差信号が零にならないためには、二つ
の等振幅光パルスとＤＵＴとの間の相互作用が互いに異
なっている必要がある。ＤＵＴとの相互作用は、上述の
とおり二つの光パルス相互間に時間差がある場合、また
はＤＵＴ固有の差異がある場合に差を生ずる。相互作用
の固有の差には、例えば偏光依存型のものまたは波長依
存型のものがある。偏光依存型の相互作用はＤＵＴとの
相互作用のために二つの光パルスを互いに異なる形で偏
光させることによって利用できる。波長依存型の相互作
用はＤＵＴとの相互作用の前に上記二つの光パルスの少
なくとも片方を波長偏移させて互いに異なる波長の光パ
ルスにすることによって利用できる。
の等振幅光パルスとＤＵＴとの間の相互作用が互いに異
なっている必要がある。ＤＵＴとの相互作用は、上述の
とおり二つの光パルス相互間に時間差がある場合、また
はＤＵＴ固有の差異がある場合に差を生ずる。相互作用
の固有の差には、例えば偏光依存型のものまたは波長依
存型のものがある。偏光依存型の相互作用はＤＵＴとの
相互作用のために二つの光パルスを互いに異なる形で偏
光させることによって利用できる。波長依存型の相互作
用はＤＵＴとの相互作用の前に上記二つの光パルスの少
なくとも片方を波長偏移させて互いに異なる波長の光パ
ルスにすることによって利用できる。
【００３１】レーザ光ビームとＤＵＴとの間の相互作用
の強度がＤＵＴ内の電界の方向（またはそれ以外の基準
軸）に対するレーザ光ビームの偏光の向きに左右される
場合は、直交偏光の光パルスＡおよびＢとＤＵＴとの間
の相互作用は互いに異なるであろう。例えば、振幅が互
いに等しく直交偏光の関係にある二つの光パルスをＤＵ
Ｔに同時に（Δｔ＝０）相互作用させると、その相互作
用が偏光依存型であった場合に反射光の振幅は互いに異
なり、非零差信号を生ずる。この非零差信号はＤＵＴの
への印加電圧波形に伴って時間変化する。これと対照的
に、直交偏光を受けた振幅の互いに等しいΔｔ＝０の二
つの光パルスは、その相互作用が偏光依存型でない場合
は反射光の振幅が互いに等しくなり、差信号は零とな
る。
の強度がＤＵＴ内の電界の方向（またはそれ以外の基準
軸）に対するレーザ光ビームの偏光の向きに左右される
場合は、直交偏光の光パルスＡおよびＢとＤＵＴとの間
の相互作用は互いに異なるであろう。例えば、振幅が互
いに等しく直交偏光の関係にある二つの光パルスをＤＵ
Ｔに同時に（Δｔ＝０）相互作用させると、その相互作
用が偏光依存型であった場合に反射光の振幅は互いに異
なり、非零差信号を生ずる。この非零差信号はＤＵＴの
への印加電圧波形に伴って時間変化する。これと対照的
に、直交偏光を受けた振幅の互いに等しいΔｔ＝０の二
つの光パルスは、その相互作用が偏光依存型でない場合
は反射光の振幅が互いに等しくなり、差信号は零とな
る。
【００３２】偏光依存型の相互作用の場合は、ＤＵＴと
相互作用する互いに等振幅で直交偏光の二つのレーザ光
パルスからの差信号は、単一のレーザ光パルスからの差
信号と同等で振幅だけが減少したものとなる。この差信
号はＤＵＴ印加電圧波形により近似しており、とくにΔ
ｔ〜０についてはその電圧波形の導関数になる。上記二
つのレーザ光パルスとＤＵＴとの間の相互作用が二つの
直交偏光方向で互いに大幅に異なる場合は、これらレー
ザ光パルスの偏光方向の選択およびΔｔ＝０の設定によ
って、差信号から直接に電圧波形を得ることができよ
う。そのようにして、レーザ雑音および振動雑音が消去
され、雑音による制約をショット雑音によるものだけに
することができる。
相互作用する互いに等振幅で直交偏光の二つのレーザ光
パルスからの差信号は、単一のレーザ光パルスからの差
信号と同等で振幅だけが減少したものとなる。この差信
号はＤＵＴ印加電圧波形により近似しており、とくにΔ
ｔ〜０についてはその電圧波形の導関数になる。上記二
つのレーザ光パルスとＤＵＴとの間の相互作用が二つの
直交偏光方向で互いに大幅に異なる場合は、これらレー
ザ光パルスの偏光方向の選択およびΔｔ＝０の設定によ
って、差信号から直接に電圧波形を得ることができよ
う。そのようにして、レーザ雑音および振動雑音が消去
され、雑音による制約をショット雑音によるものだけに
することができる。
【００３３】二つの光検出器Ｄ１およびＤ２の検出出力
電力が互いにほぼ等しくなるように上記二つの直交偏光
レーザ光パルスの振幅を設定することによって、雑音消
去はより容易になる。そのためには、ＤＵＴとの相互作
用を強める大電力レーザ光パルスを用いる必要があろ
う。しかし、レーザ光ビームがＤＵＴの半導体材料に例
えば電子・ホール対の生成など何らかの侵襲性の効果を
及ぼす場合は、ＤＵＴ内の半導体材料への上記二つのパ
ルスの電力が互いに異なるときの上記侵襲性の効果の差
信号に及ぼす影響が両パルスの電力が互いに等しいとき
よりも大きくなる。この種の侵襲性の効果は無視できる
ことが多い。
電力が互いにほぼ等しくなるように上記二つの直交偏光
レーザ光パルスの振幅を設定することによって、雑音消
去はより容易になる。そのためには、ＤＵＴとの相互作
用を強める大電力レーザ光パルスを用いる必要があろ
う。しかし、レーザ光ビームがＤＵＴの半導体材料に例
えば電子・ホール対の生成など何らかの侵襲性の効果を
及ぼす場合は、ＤＵＴ内の半導体材料への上記二つのパ
ルスの電力が互いに異なるときの上記侵襲性の効果の差
信号に及ぼす影響が両パルスの電力が互いに等しいとき
よりも大きくなる。この種の侵襲性の効果は無視できる
ことが多い。
【００３４】二つの互いに直交偏光されたレーザ光パル
スとＤＵＴとの間の相互作用は、直線偏光を円偏光に変
換することによって偏光効果に影響されないようにする
ことができる。円偏光したレーザ光パルスとＤＵＴとの
間の相互作用は、直線偏光の全方向についての平均であ
る。例えば、オプションの四分の一波長板１８４をＤＵ
Ｔの手前に配置することによって上記二つのレーザ光パ
ルスの偏光を直交直線偏光からヘリシティ付きの円偏光
に変換する。ＤＵＴで反射された光パルスは再び四分の
一波長板を通過し、９０゜回転した直交直線偏光にな
る。前述のとおり、これらレーザ光パルスの二つの反射
成分は偏光ビームスプリッタで空間的に分離できる。
スとＤＵＴとの間の相互作用は、直線偏光を円偏光に変
換することによって偏光効果に影響されないようにする
ことができる。円偏光したレーザ光パルスとＤＵＴとの
間の相互作用は、直線偏光の全方向についての平均であ
る。例えば、オプションの四分の一波長板１８４をＤＵ
Ｔの手前に配置することによって上記二つのレーザ光パ
ルスの偏光を直交直線偏光からヘリシティ付きの円偏光
に変換する。ＤＵＴで反射された光パルスは再び四分の
一波長板を通過し、９０゜回転した直交直線偏光にな
る。前述のとおり、これらレーザ光パルスの二つの反射
成分は偏光ビームスプリッタで空間的に分離できる。
【００３５】ＤＵＴまたはレーザビーム光路（上記二つ
の直交直線偏光レーザ光パルスの発生からＤＵＴに至る
区間）内のいずれかの光学素子が複屈折特性を備えてい
る場合は、直線偏光の入射光は四分の一波長板の出力側
のＤＵＴで円偏光の代わりに楕円偏光を受ける。しか
し、その場合も、それらレーザ光パルスとＤＵＴとの間
の相互作用は入射光の偏光方向に左右される。この偏光
方向変動を避ける一つの方法は、四分の一波長板１８４
の代わりに可変波長板をＤＵＴの手前に配置する方法で
ある。その可変波長板を調整することによって、この光
学系の複屈折性を補償し、ＤＵＴにおけるレーザ光パル
スを円偏光にし、直交偏光の影響を回避できる。
の直交直線偏光レーザ光パルスの発生からＤＵＴに至る
区間）内のいずれかの光学素子が複屈折特性を備えてい
る場合は、直線偏光の入射光は四分の一波長板の出力側
のＤＵＴで円偏光の代わりに楕円偏光を受ける。しか
し、その場合も、それらレーザ光パルスとＤＵＴとの間
の相互作用は入射光の偏光方向に左右される。この偏光
方向変動を避ける一つの方法は、四分の一波長板１８４
の代わりに可変波長板をＤＵＴの手前に配置する方法で
ある。その可変波長板を調整することによって、この光
学系の複屈折性を補償し、ＤＵＴにおけるレーザ光パル
スを円偏光にし、直交偏光の影響を回避できる。
【００３６】上述の説明は例示を目的とするものであっ
て限定のためのものではない。上記以外の多様な変形が
当業者には上述の説明から自明であり、それら変形は特
許請求の範囲の各請求項に含めることを意図するもので
ある。
て限定のためのものではない。上記以外の多様な変形が
当業者には上述の説明から自明であり、それら変形は特
許請求の範囲の各請求項に含めることを意図するもので
ある。
【図１】この発明による装置のブロック図。
【図２】図１の装置の詳細図。
【図３】図２の装置のもう一つの実施例の詳細図。
【図４Ａ】図３の装置の詳細図。
【図４Ｂ】図３の装置の詳細図。
【図５】図５Ａ乃至図５Ｄは図１の装置の動作を説明す
る波形図。
る波形図。
【図６】図６Ａおよび図６Ｂは図１の装置に用いる差動
振幅変調測定値。
振幅変調測定値。
１００ コンピュータ １０４ 半波長板 １０６、７４ 偏光ビームスプリッタ １３９、１３０、１４１、１４４ 非偏光ビームスプ
リッタ １１４、１２４、１４１ 反射鏡 ６０ レーザ光源 ６４ ビーム分割、遅延、再合成手段 ７４ セパレータ素子 ７８、８２ 光検出器 ８４ 減算器 ８８ 増幅器 ９２ Ａ−Ｄ変換器
リッタ １１４、１２４、１４１ 反射鏡 ６０ レーザ光源 ６４ ビーム分割、遅延、再合成手段 ７４ セパレータ素子 ７８、８２ 光検出器 ８４ 減算器 ８８ 増幅器 ９２ Ａ−Ｄ変換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｒ 31/26 Ｇ０１Ｒ 31/28 Ｌ Ｈ０１Ｌ 21/66 15/07 Ａ (72)発明者 チュン−チェン ツァオ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95014 クペルティーノ，ポピー ウェイ 1327 (72)発明者 シーマ ソマーニ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95128 サンホゼ，ムーアパーク アヴェ ニュー 2966 アパートメント ナンバー ３
Claims (26)
- 【請求項１】半導体デバイス内部の電気的活動度を検出
する方法であって、 第１の光パルスを生ずる過程と、 前記第１の光パルスを二つの光パルスに分割する過程
と、 前記二つの光パルスを前記半導体デバイスに導く過程
と、 前記二つの光パルスを前記半導体デバイスとの相互作用
ののち二つの光パルスに空間的に分離する過程と、 前記二つの互いに分離された光パルスの各々を検出する
過程と、 前記二つの検出された光パルスの差を算定する過程とを
含む方法。 - 【請求項２】前記第１の光パルスがレーザから供給され
る請求項１記載の方法。 - 【請求項３】前記レーザがモード同期レーザである請求
項２記載の方法。 - 【請求項４】前記二つの光パルスが同一の光路経由で前
記半導体デバイスに導かれる請求項１記載の方法。 - 【請求項５】前記二つの光パルスを前記半導体デバイス
に導く過程がそれら二つの光パルスを前記半導体デバイ
スを通じて伝搬させることを含む請求項１記載の方法。 - 【請求項６】前記二つの光パルスを前記半導体デバイス
に導く過程がそれら二つのパルスと前記半導体デバイス
との相互作用の前に逆のヘリシティで円形偏光させるこ
とを含む請求項１記載の方法。 - 【請求項７】前記二つの光パルスを前記半導体デバイス
に導く前に前記二つの光パルスの間に遅延を与える請求
項１記載の方法。 - 【請求項８】前記二つの光パルスに分割する過程が前記
遅延を機械的に変動させることを含む請求項７記載の方
法。 - 【請求項９】前記二つの光パルスに分割する過程が前記
第１のパルスを直線偏光板、すなわち前記二つの光パル
スに直交直線偏光を与える直線偏光板に導くことを含
み、前記二つの光パルスの振幅を等化する過程をさらに
含む請求項１記載の方法。 - 【請求項１０】前記二つの光パルスの少なくとも一方を
前記二つの光パルスの前記半導体デバイスへの印加の前
にそれら二つの光パルスの波長を互いに相異ならせるよ
うに波長偏移にかける請求項１記載の方法。 - 【請求項１１】前記差を増幅する過程と、 その増幅された差をディジタル信号に変換する過程とを
さらに含む請求項１記載の方法。 - 【請求項１２】前記二つの光パルスの入射を受ける前記
半導体デバイス上で位置を動かす過程と、 前記半導体デバイス上の複数の位置の各々で前記二つの
光パルスを検出する過程とをさらに含む請求項１記載の
方法。 - 【請求項１３】前記二つの光パルスを前記半導体デバイ
スに導く前に前記二つの光パルスをさらに分割して少な
くとも二つの追加の光パルスを生ずる過程と、 前記追加の光パルスを基準光光路経由で導いて基準光パ
ルスを生ずる過程と、 前記二つの光パルスが前記半導体デバイスと相互作用し
たあとであって前記分離した光パルスの各々を検出する
前に、前記二つの光パルスの各々が前記基準光パルスの
少なくとも一つと空間的時間的に重なり合い前記分離し
た光パルスの各々を検出する過程が前記基準光パルスと
合成された前記分離ずみの光パルスを検出する過程を含
むように前記二つの光パルスの各々を前記基準光パルス
の少なくとも一つと合成する過程とをさらに含む請求項
１記載の方法。 - 【請求項１４】帰還ループ付きの前記基準光光路の光路
長を前記二つの光パルスの前記基準光パルスとの時間的
重なり合いを維持するように調節する過程をさらに含む
請求項１３記載の方法。 - 【請求項１５】半導体デバイス内部の電気的活動度を検
出する装置であって、 光パルスの供給源と、 前記光パルスの入射を受けその光パルスを二つの光パル
スに分割するスプリッタと、 前記二つの光パルスの入射を受ける前記半導体デバイス
の支持部材と、 前記半導体デバイスとの相互作用のあと前記光パルスの
入射を受けその光パルスを空間的に互いに分離する第２
のスプリッタと、 前記二つの分離した光パルスの一方を各々が検出するよ
うに配置した第１および第２の光検出器と、 前記第１および第２の光検出器に結合した減算器とを含
む装置。 - 【請求項１６】前記供給源がレーザである請求項１５記
載の装置。 - 【請求項１７】前記レーザがモード同期レーザである請
求項１６記載の装置。 - 【請求項１８】前記二つの光パルスが同一の光路経由で
前記半導体デバイスに導かれる請求項１５記載の装置。 - 【請求項１９】前記二つの光パルスが前記半導体デバイ
スを通じて導かれる請求項１５記載の装置。 - 【請求項２０】前記半導体デバイスに入射する前記二つ
の光パルスを逆のヘリシティで円形偏光させる波長板を
さらに含む請求項１５記載の装置。 - 【請求項２１】前記二つの光パルスの間の遅延時間を導
入するように遅延光路をさらに含む請求項１５記載の装
置。 - 【請求項２２】前記光パルスの入射を受ける前記スプリ
ッタが偏光スプリッタであり、それによって前記二つの
光パルスが直交直線偏光を受ける請求項１５記載の装
置。 - 【請求項２３】前記減算器に結合した増幅器と、 前記増幅器の出力端子に結合したＡ−Ｄ変換器とをさら
に含む請求項１５記載の装置。 - 【請求項２４】前記支持部材を前記光パルスに対して動
かすように結合した機構をさらに含む請求項１５記載の
装置。 - 【請求項２５】前記スプリッタと前記支持部材との間の
光路に配置され基準光光路長を備える基準光光路をさら
に含む請求項１５記載の装置。 - 【請求項２６】前記基準光光路長を調節する帰還ループ
をさらに含む請求項２５記載の装置。
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001255354A true JP2001255354A (ja) | 2001-09-21 |
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|---|---|---|---|
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