JPH04307379A - 光プローブ方法及び装置 - Google Patents
光プローブ方法及び装置Info
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- JPH04307379A JPH04307379A JP3294768A JP29476891A JPH04307379A JP H04307379 A JPH04307379 A JP H04307379A JP 3294768 A JP3294768 A JP 3294768A JP 29476891 A JP29476891 A JP 29476891A JP H04307379 A JPH04307379 A JP H04307379A
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- 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
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子回路を検査するた
めのエレクトロ・オプティック（以下、電気光学という
。）技術に関する。 【０００２】 【従来の技術】半導体集積回路チップの試験装置として
は、導電体プローブをチップの導電体に接触させ、導電
体の電圧を測定する方法が一般的である。マイクロ電子
回路は集積度が高いため、プローブによって回路が帯電
することによる悪影響も増え、接触を確実に行うことも
より難しくなってくる。Ｂｌｏｏｍらによる米国特許第
４６８１４４９（１９８７年７月２１日付与）、及びＲ
．Ｍａｊｉｄｉ−Ａｈｙらによる論文、”１００ＧＨｚ
Ｏｎ−Ｗａｆｅｒ Ｓ−ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｍｅａ
ｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｂｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ
Ｓａｍｐｌｉｎｇ”、１９８９ ＩＥＥＥ ＭＴＴ−Ｓ
Ｄｉｇｅｓｔ、ｐｐ．２９９−３０１、は導電体プロ
ーブを必要としない電気光学サンプリングに関する例で
ある。この手法は、電気光学材料を試験する導電体に隣
接させて行い、ガリウムヒ素のように電気光学効果を有
するＩＩＩ−Ｖ族の半導体チップを試験するのに特に有
効な方法である。導電体の周囲から電気光学材料まで電
界が印加され、電気光学材料を通過するレーザ光の偏光
を変調する。出射レーザ光の偏光状態を分析することに
よって、導電体の電圧を知り、半導体チップの動作を試
験、分析することが可能となる。半導体チップが電気光
学効果を有する材料ではない場合にも、チップの導電体
に十分近接して電気光学プローブを配置することで、電
気光学材料に印加される電界によってレーザ光を変調し
、この手法を用いることができる。 【０００３】用いられるレーザは、通常パルスレーザで
、試験されるデバイス中の信号の周波数に関連する繰り
返しレートを有するようにパルス光が出射される。例え
ば、Ｂｌｏｏｍらによる特許では、試験されるデバイス
を駆動する電気信号は、プローブに用いられるレーザ光
より得られる。Ｍａｊｉｄｉ−Ａｈｙらによる論文では
、レーザと試験されるデバイスの駆動源はそれぞれに用
意され、試験されるデバイス中の信号の周波数と、レー
ザのパルスレートが等しくなるように、タイミング安定
装置が用いられている。Ｊ．Ｍ．Ｗｅｉｓｅｎｆｅｌｄ
らによる論文、”Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ Ｓａｍ
ｐｌｉｎｇ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ Ｈｉｇ
ｈ Ｓｐｅｅｄ ＩｎＰ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉ
ｒｃｕｉｔｓ”、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ．２５、Ｎｏ．１９、１９８７年
５月１１日、ｐｐ．１３１０−１３１２、には、レーザ
を駆動する信号とデバイスを駆動するテスト信号を合成
するミキサを用いて周波数の差分をとり、テストデータ
を分析するための参照成分として用いる手法が示されて
いる。この手法では、レーザパルスの周波数はデバイス
駆動周波数とほぼ等しいことが必要であるが、特に超高
周波回路を試験する場合に適していない。例えば、レー
ザの実用的なパルスレートは１ＧＨｚ程度であるのに対
し、デバイスは数十ＧＨｚの周波数で試験される必要が
ある。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】レーザとデバイスで駆
動源を別々に用いることは、試験中の位相ドリフトとい
う問題があり、試験精度に影響する。市販されている最
高性能の装置でも、毎分３度の位相ドリフトが通常であ
る。従って、特に位相に関し正確な結果を与える、非破
壊プローブ手法が必要であり、特に高周波マイクロ波に
よる測定ができるものが必要とされる。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明の実施例では、集
積回路は、試験周波数より低い繰り返しレートを有する
レーザ光を用いて、高マイクロ波周波数で試験される。 従来システムのように、テスト信号の電界が電気光学材
料に印加され、レーザ光を変調する。しかしながら、レ
ーザ光の一部は電気パルス信号に変換され、試験周波数
信号の一部と共にマイクロ波ミキサへ導かれる。パルス
信号の高調波成分は試験周波数信号と合成されて差周波
数成分を生成し、試験信号の位相を分析するための参照
位相として用いられる。レーザ光は電気光学材料で変調
された後、試験されるデバイスでの試験信号の特性を分
析するために用いられ、その特性分析の際に位相参照の
ために差周波数が用いられる。 【０００６】本発明は、パルス間隔より十分狭いパルス
幅を有するパルス光が、基本繰り返しレートの高調波成
分を有していることを利用している。この信号が電気信
号に変換される際に、試験信号に最も近い高調波周波数
成分は試験信号と合成され、差周波数成分を生じる。通
常のマイクロ波ミキサは、種々の他の合成された成分が
出力されないようになっている。図示した実施例では、
試験周波数は１０ＧＨｚ＋Δｆで、繰り返しレートが１
ＧＨｚのレーザ光が電気信号に変換され、第１０高調波
成分が１０ＧＨｚ＋Δｆの試験信号と合成され、参照位
相として用いられる差周波数Δｆを生じる。 【０００７】 【実施例】図１に、集積回路デバイス１１における試験
信号の特性を非破壊測定するために、電気光学サンプリ
ングを用いることによって、高速高周波集積回路の試験
を行うためのブロック図を示す。集積回路デバイス１１
は、図示されるようにガリウムヒ素のようなＩＩＩ−Ｖ
族半導体材料の結晶部１２と、試験信号を伝えるための
導電体１３とを有する。試験信号は図示されるようにマ
イクロ波シンセサイザ１５によって発生され、１０ＧＨ
ｚ＋Δｆの周波数を有する試験信号を、導電体１３から
サンプリングオシロスコープ１６へ導く。用いられる試
験周波数については以下に詳しく述べる。 【０００８】伝搬する試験信号は、電気光学プローブに
よって抽出され、レーザ１８からのレーザ光１９はビー
ムスプリッタ２０及び１／４波長板２１を通して集積回
路デバイスに導かれる。ガリウムヒ素の本体部１２は電
気光学材料で、その光学特性は印加される電界によって
変化する。従って、導電体１３から印加される試験信号
によって誘起される電界は、半導体本体部１２の光学特
性を変調する。レーザ光は導電体１３によって反射され
、半導体本体部１２中を両方向に伝搬し、試験信号によ
って変調される。反射光は１／４波長板、ビームスプリ
ッタ、１／４波長板、アナライザ２２を通過して受信機
２４に導かれる。受信機２４は光の変調を電気の変調に
変換し、オシロスコープ２６に接続されたロックインア
ンプ２５に導かれる。従って、オシロスコープ２６及び
ロックインアンプ２５に示された信号は試験されたデバ
イスの特性を有しており、集積回路デバイス１１が正常
に動作するかどうかを決定することができる。 【０００９】ポッケルス効果により、ガリウムヒ素中の
電界はその中を伝搬する光の偏光を変調することができ
る。従って、１／４波長板は、半導体本体部１２に入射
される前にレーザ光を円偏光にするために用いられる。 アナライザ２２は、偏光の変調を光強度の変調に変換し
、受信機２４によって電気強度変調に変換できるように
する。半導体本体部１２が電気光学性の材料ではない場
合には、導電体１３に隣接して電気光学材料からなる試
験プローブを配置して、電気光学プローブの原理に従っ
てレーザ光を変調すれば良い。 【００１０】レーザ１８は、利得スイッチ半導体レーザ
である。レーザは駆動源２８によって駆動され、図中で
は１ＧＨｚのマイクロ波シンセサイザとなっている。マ
イクロ波シンセサイザ１５及び２８は両者とも、周波数
安定のため単一の１０ＭＨｚのタイムベースによって動
作している。 【００１１】レーザ１８を１ＧＨｚで駆動（図示しない
直流バイアスと共に）すると、短パルス光列が出射され
る。時間に対するレーザ光強度を図２に示す。パルス列
３０に関して、各パルス幅はパルス間隔より狭くなるよ
うにする。パルス繰り返しレートはシンセサイザ２８の
周波数によって制御され、その周波数に等しく、パルス
列３０の繰り返しレートは１ＧＨｚ、即ち毎秒１０９個
のパルスとなる。 【００１２】パルス列３０の位相及び周波数は、オシロ
スコープ２６に表示されるデータに影響を与える。パル
ス列３０の位相が任意に変化したら、出力データによっ
て電気試験信号の特性を知ることは困難となる。共通の
タイムベースを用いることで、シンセサイザ２８及び１
５からの出力の位相が既知となるが、相対的な位相ドリ
フトが共通であるにも関わらず、他の対策を施さない場
合には不正確な結果を生じることが分かっている。 【００１３】本発明では、レーザ光１９の一部をビーム
スプリッタ２０によって分け、検出器３２で電気信号に
変換することで位相参照信号を作り、マイクロ波ミキサ
３３によってシンセサイザ１５からの試験信号の一部と
合成する。フーリエ解析によれば、図２に示されるよう
なパルス列には高調波周波数成分が含まれている。ミキ
サ３３では、シンセサイザ１５からの試験信号に最も近
い高調波成分が試験信号と合成され、差周波成分が生じ
る。つまり、１ＧＨｚの基本波周波数の第１０高調波成
分が検出器３２に導かれ、ミキサ３３は試験信号周波数
成分と合成し、Δｆと等しい差周波数成分を得る。この
Δｆの差信号はロックインアンプ２５に導かれ、受信機
２４からの信号の位相を示すための参照位相として用い
られる。シンセサイザ１５あるいは２８によって生じる
如何なる位相ドリフトも、参照信号の位相変化によって
明かとなり、表示信号を誤って解釈することを避けるた
めに用いられる。信号平均器３４は、受信機２４に接続
され、ミキサ３３の出力によってトリガされ、電気光学
変調を表示する。信号平均器３４は、ロックインアンプ
及びオシロスコープの代わりに、あるいはそれらに追加
して用いられる。データを収集するために位相参照を用
いる方法は従来技術にもあるが、本発明を特徴付けるた
めに、表示された信号の位相が、参照信号の位相の決定
によって、どのように解釈されるかについて、付録に示
す。 【００１４】ミキサ３３として用いられるマイクロ波ミ
キサの大部分の出力は、帯域が制限されている。従って
、例えば入力パルス列の第９高調波成分が試験信号と合
成されて、１ＧＨｚ＋Δｆの差周波数成分を生じる心配
はない。ミキサの出力ポートは通常そのような高周波を
通すことができないからである。この自己制限現象の長
所は、試験信号の周波数を変化させても、有効な参照位
相信号を得ることができる点である。例えば、シンセサ
イザ１５の出力周波数が９ＧＨｚ＋Δｆに変化しても、
パルス列の第９高調波成分が合成され、やはりΔｆ出力
周波数が位相参照に用いられる。従って、試験手順の一
部に周波数掃引が行われ、位相参照の期日を犠牲とする
ことなく行われる。例えば、従来例では試験信号の周波
数を変更することはできず、シンセサイザ間の位相の同
期に影響を与えないように元の試験信号の周波数に戻す
ことはできない。本発明では、高調波成分の内の一つが
試験信号周波数に十分等しく、差周波数成分Δｆが得ら
れ、それがミキサ３３の出力帯域内にあることを確かめ
ておけばよい。従って、一般的にはレーザパルス繰り返
しレートが基本周波数ｆ０の場合には、試験信号がＮを
１より大きな自然数としてＮｆ０＋Δｆとなり、Δｆは
ミキサの出力帯域内となるようにすれば良い。
【００１５】図２に示されるようなパルス列の形でレー
ザ出力を発生すると、高調波周波数成分には十分なパワ
ーが与えられる。パルス列の高調波成分量は、パルス幅
、あるいはパルス間隔に対する各パルス幅に反比例する
。例えば、パルス幅を１００ピコ秒以下とし、繰り返し
を１ナノ秒とすれば、十分に高調波成分が得られる。 【００１６】図１に示す実験系では、デバイス１１はガ
リウムヒ素モノリシックマイクロ波集積回路で、７から
１１ＧＨｚの範囲で動作するものである。マイクロ波シ
ンセサイザ１５及び２８は、Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋ
ａｒｄ Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ、Ｃａｌ
ｉｆｏｒｎｉａの製品、Ｍｏｄｅｌ ８３４１−Ｂシン
セサイザである。レーザは発信波長１．３μｍの半導体
レーザで、レンズ（図示しない）によってコリメート、
集光され、プローブされるデバイス上でのスポット径は
約８μｍである。利得スイッチングは、レーザのバイア
ス電流を正弦波で変調し、レーザの緩和発振周波数を用
いて短光パルスを得ている。パルスの繰り返し周波数は
変調周波数と等しく（１ＧＨｚ）、パルス幅は約１５か
ら２０ピコ秒で、電気光学測定の帯域としては２０ＧＨ
ｚ以上に相当する。波長板、ポラライザ、レンズは１．
３μｍ用で、反射防止膜がコーディングされている。受
信機２４及び検出器３２で受信する光パワーは、約１７
μＷである。ロックインアンプ２５は、ＥＧ＆Ｇ Ｐｒ
ｉｎｃｅｔｏｎ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈｏ
ｆ Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ、Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙの製品
で、ｍｏｄｅｌ ５３０１Ａである。マイクロ波ミキサ
は、ＲＨＧ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌａｂｏｒａｔ
ｏｒｙ Ｃｏ．ｏｆ Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、Ｎｅｗ Ｙｏ
ｒｋの製品で、ＭｏｄｅｌＤＭＳ１−２６Ａである。 【００１７】本発明の範囲を逸脱することなく、種々の
実施例、及びここに示した実施例の修正が可能である。 例えば、印加された電気信号に従って光エネルギーを変
調できる材料は、電気光学材料として用いられ、そのよ
うな材料はここに述べた手法での電気光学材料であると
見なされるべきである。他の種々のレーザが使用でき、
パルス圧縮されたモードロックＮｄ：ＹＡＧレーザの使
用も考えられる。 【００１８】 【発明の効果】以上に述べたように、本発明では、駆動
源の位相ドリフトの影響を受けずに、位相に関し正確な
結果を与える非破壊プローブ手法により、高周波マイク
ロ波領域での集積電子デバイスの試験装置が実現される
。
めのエレクトロ・オプティック（以下、電気光学という
。）技術に関する。 【０００２】 【従来の技術】半導体集積回路チップの試験装置として
は、導電体プローブをチップの導電体に接触させ、導電
体の電圧を測定する方法が一般的である。マイクロ電子
回路は集積度が高いため、プローブによって回路が帯電
することによる悪影響も増え、接触を確実に行うことも
より難しくなってくる。Ｂｌｏｏｍらによる米国特許第
４６８１４４９（１９８７年７月２１日付与）、及びＲ
．Ｍａｊｉｄｉ−Ａｈｙらによる論文、”１００ＧＨｚ
Ｏｎ−Ｗａｆｅｒ Ｓ−ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｍｅａ
ｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｂｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ
Ｓａｍｐｌｉｎｇ”、１９８９ ＩＥＥＥ ＭＴＴ−Ｓ
Ｄｉｇｅｓｔ、ｐｐ．２９９−３０１、は導電体プロ
ーブを必要としない電気光学サンプリングに関する例で
ある。この手法は、電気光学材料を試験する導電体に隣
接させて行い、ガリウムヒ素のように電気光学効果を有
するＩＩＩ−Ｖ族の半導体チップを試験するのに特に有
効な方法である。導電体の周囲から電気光学材料まで電
界が印加され、電気光学材料を通過するレーザ光の偏光
を変調する。出射レーザ光の偏光状態を分析することに
よって、導電体の電圧を知り、半導体チップの動作を試
験、分析することが可能となる。半導体チップが電気光
学効果を有する材料ではない場合にも、チップの導電体
に十分近接して電気光学プローブを配置することで、電
気光学材料に印加される電界によってレーザ光を変調し
、この手法を用いることができる。 【０００３】用いられるレーザは、通常パルスレーザで
、試験されるデバイス中の信号の周波数に関連する繰り
返しレートを有するようにパルス光が出射される。例え
ば、Ｂｌｏｏｍらによる特許では、試験されるデバイス
を駆動する電気信号は、プローブに用いられるレーザ光
より得られる。Ｍａｊｉｄｉ−Ａｈｙらによる論文では
、レーザと試験されるデバイスの駆動源はそれぞれに用
意され、試験されるデバイス中の信号の周波数と、レー
ザのパルスレートが等しくなるように、タイミング安定
装置が用いられている。Ｊ．Ｍ．Ｗｅｉｓｅｎｆｅｌｄ
らによる論文、”Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ Ｓａｍ
ｐｌｉｎｇ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ Ｈｉｇ
ｈ Ｓｐｅｅｄ ＩｎＰ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉ
ｒｃｕｉｔｓ”、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ．２５、Ｎｏ．１９、１９８７年
５月１１日、ｐｐ．１３１０−１３１２、には、レーザ
を駆動する信号とデバイスを駆動するテスト信号を合成
するミキサを用いて周波数の差分をとり、テストデータ
を分析するための参照成分として用いる手法が示されて
いる。この手法では、レーザパルスの周波数はデバイス
駆動周波数とほぼ等しいことが必要であるが、特に超高
周波回路を試験する場合に適していない。例えば、レー
ザの実用的なパルスレートは１ＧＨｚ程度であるのに対
し、デバイスは数十ＧＨｚの周波数で試験される必要が
ある。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】レーザとデバイスで駆
動源を別々に用いることは、試験中の位相ドリフトとい
う問題があり、試験精度に影響する。市販されている最
高性能の装置でも、毎分３度の位相ドリフトが通常であ
る。従って、特に位相に関し正確な結果を与える、非破
壊プローブ手法が必要であり、特に高周波マイクロ波に
よる測定ができるものが必要とされる。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明の実施例では、集
積回路は、試験周波数より低い繰り返しレートを有する
レーザ光を用いて、高マイクロ波周波数で試験される。 従来システムのように、テスト信号の電界が電気光学材
料に印加され、レーザ光を変調する。しかしながら、レ
ーザ光の一部は電気パルス信号に変換され、試験周波数
信号の一部と共にマイクロ波ミキサへ導かれる。パルス
信号の高調波成分は試験周波数信号と合成されて差周波
数成分を生成し、試験信号の位相を分析するための参照
位相として用いられる。レーザ光は電気光学材料で変調
された後、試験されるデバイスでの試験信号の特性を分
析するために用いられ、その特性分析の際に位相参照の
ために差周波数が用いられる。 【０００６】本発明は、パルス間隔より十分狭いパルス
幅を有するパルス光が、基本繰り返しレートの高調波成
分を有していることを利用している。この信号が電気信
号に変換される際に、試験信号に最も近い高調波周波数
成分は試験信号と合成され、差周波数成分を生じる。通
常のマイクロ波ミキサは、種々の他の合成された成分が
出力されないようになっている。図示した実施例では、
試験周波数は１０ＧＨｚ＋Δｆで、繰り返しレートが１
ＧＨｚのレーザ光が電気信号に変換され、第１０高調波
成分が１０ＧＨｚ＋Δｆの試験信号と合成され、参照位
相として用いられる差周波数Δｆを生じる。 【０００７】 【実施例】図１に、集積回路デバイス１１における試験
信号の特性を非破壊測定するために、電気光学サンプリ
ングを用いることによって、高速高周波集積回路の試験
を行うためのブロック図を示す。集積回路デバイス１１
は、図示されるようにガリウムヒ素のようなＩＩＩ−Ｖ
族半導体材料の結晶部１２と、試験信号を伝えるための
導電体１３とを有する。試験信号は図示されるようにマ
イクロ波シンセサイザ１５によって発生され、１０ＧＨ
ｚ＋Δｆの周波数を有する試験信号を、導電体１３から
サンプリングオシロスコープ１６へ導く。用いられる試
験周波数については以下に詳しく述べる。 【０００８】伝搬する試験信号は、電気光学プローブに
よって抽出され、レーザ１８からのレーザ光１９はビー
ムスプリッタ２０及び１／４波長板２１を通して集積回
路デバイスに導かれる。ガリウムヒ素の本体部１２は電
気光学材料で、その光学特性は印加される電界によって
変化する。従って、導電体１３から印加される試験信号
によって誘起される電界は、半導体本体部１２の光学特
性を変調する。レーザ光は導電体１３によって反射され
、半導体本体部１２中を両方向に伝搬し、試験信号によ
って変調される。反射光は１／４波長板、ビームスプリ
ッタ、１／４波長板、アナライザ２２を通過して受信機
２４に導かれる。受信機２４は光の変調を電気の変調に
変換し、オシロスコープ２６に接続されたロックインア
ンプ２５に導かれる。従って、オシロスコープ２６及び
ロックインアンプ２５に示された信号は試験されたデバ
イスの特性を有しており、集積回路デバイス１１が正常
に動作するかどうかを決定することができる。 【０００９】ポッケルス効果により、ガリウムヒ素中の
電界はその中を伝搬する光の偏光を変調することができ
る。従って、１／４波長板は、半導体本体部１２に入射
される前にレーザ光を円偏光にするために用いられる。 アナライザ２２は、偏光の変調を光強度の変調に変換し
、受信機２４によって電気強度変調に変換できるように
する。半導体本体部１２が電気光学性の材料ではない場
合には、導電体１３に隣接して電気光学材料からなる試
験プローブを配置して、電気光学プローブの原理に従っ
てレーザ光を変調すれば良い。 【００１０】レーザ１８は、利得スイッチ半導体レーザ
である。レーザは駆動源２８によって駆動され、図中で
は１ＧＨｚのマイクロ波シンセサイザとなっている。マ
イクロ波シンセサイザ１５及び２８は両者とも、周波数
安定のため単一の１０ＭＨｚのタイムベースによって動
作している。 【００１１】レーザ１８を１ＧＨｚで駆動（図示しない
直流バイアスと共に）すると、短パルス光列が出射され
る。時間に対するレーザ光強度を図２に示す。パルス列
３０に関して、各パルス幅はパルス間隔より狭くなるよ
うにする。パルス繰り返しレートはシンセサイザ２８の
周波数によって制御され、その周波数に等しく、パルス
列３０の繰り返しレートは１ＧＨｚ、即ち毎秒１０９個
のパルスとなる。 【００１２】パルス列３０の位相及び周波数は、オシロ
スコープ２６に表示されるデータに影響を与える。パル
ス列３０の位相が任意に変化したら、出力データによっ
て電気試験信号の特性を知ることは困難となる。共通の
タイムベースを用いることで、シンセサイザ２８及び１
５からの出力の位相が既知となるが、相対的な位相ドリ
フトが共通であるにも関わらず、他の対策を施さない場
合には不正確な結果を生じることが分かっている。 【００１３】本発明では、レーザ光１９の一部をビーム
スプリッタ２０によって分け、検出器３２で電気信号に
変換することで位相参照信号を作り、マイクロ波ミキサ
３３によってシンセサイザ１５からの試験信号の一部と
合成する。フーリエ解析によれば、図２に示されるよう
なパルス列には高調波周波数成分が含まれている。ミキ
サ３３では、シンセサイザ１５からの試験信号に最も近
い高調波成分が試験信号と合成され、差周波成分が生じ
る。つまり、１ＧＨｚの基本波周波数の第１０高調波成
分が検出器３２に導かれ、ミキサ３３は試験信号周波数
成分と合成し、Δｆと等しい差周波数成分を得る。この
Δｆの差信号はロックインアンプ２５に導かれ、受信機
２４からの信号の位相を示すための参照位相として用い
られる。シンセサイザ１５あるいは２８によって生じる
如何なる位相ドリフトも、参照信号の位相変化によって
明かとなり、表示信号を誤って解釈することを避けるた
めに用いられる。信号平均器３４は、受信機２４に接続
され、ミキサ３３の出力によってトリガされ、電気光学
変調を表示する。信号平均器３４は、ロックインアンプ
及びオシロスコープの代わりに、あるいはそれらに追加
して用いられる。データを収集するために位相参照を用
いる方法は従来技術にもあるが、本発明を特徴付けるた
めに、表示された信号の位相が、参照信号の位相の決定
によって、どのように解釈されるかについて、付録に示
す。 【００１４】ミキサ３３として用いられるマイクロ波ミ
キサの大部分の出力は、帯域が制限されている。従って
、例えば入力パルス列の第９高調波成分が試験信号と合
成されて、１ＧＨｚ＋Δｆの差周波数成分を生じる心配
はない。ミキサの出力ポートは通常そのような高周波を
通すことができないからである。この自己制限現象の長
所は、試験信号の周波数を変化させても、有効な参照位
相信号を得ることができる点である。例えば、シンセサ
イザ１５の出力周波数が９ＧＨｚ＋Δｆに変化しても、
パルス列の第９高調波成分が合成され、やはりΔｆ出力
周波数が位相参照に用いられる。従って、試験手順の一
部に周波数掃引が行われ、位相参照の期日を犠牲とする
ことなく行われる。例えば、従来例では試験信号の周波
数を変更することはできず、シンセサイザ間の位相の同
期に影響を与えないように元の試験信号の周波数に戻す
ことはできない。本発明では、高調波成分の内の一つが
試験信号周波数に十分等しく、差周波数成分Δｆが得ら
れ、それがミキサ３３の出力帯域内にあることを確かめ
ておけばよい。従って、一般的にはレーザパルス繰り返
しレートが基本周波数ｆ０の場合には、試験信号がＮを
１より大きな自然数としてＮｆ０＋Δｆとなり、Δｆは
ミキサの出力帯域内となるようにすれば良い。
【００１５】図２に示されるようなパルス列の形でレー
ザ出力を発生すると、高調波周波数成分には十分なパワ
ーが与えられる。パルス列の高調波成分量は、パルス幅
、あるいはパルス間隔に対する各パルス幅に反比例する
。例えば、パルス幅を１００ピコ秒以下とし、繰り返し
を１ナノ秒とすれば、十分に高調波成分が得られる。 【００１６】図１に示す実験系では、デバイス１１はガ
リウムヒ素モノリシックマイクロ波集積回路で、７から
１１ＧＨｚの範囲で動作するものである。マイクロ波シ
ンセサイザ１５及び２８は、Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋ
ａｒｄ Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ、Ｃａｌ
ｉｆｏｒｎｉａの製品、Ｍｏｄｅｌ ８３４１−Ｂシン
セサイザである。レーザは発信波長１．３μｍの半導体
レーザで、レンズ（図示しない）によってコリメート、
集光され、プローブされるデバイス上でのスポット径は
約８μｍである。利得スイッチングは、レーザのバイア
ス電流を正弦波で変調し、レーザの緩和発振周波数を用
いて短光パルスを得ている。パルスの繰り返し周波数は
変調周波数と等しく（１ＧＨｚ）、パルス幅は約１５か
ら２０ピコ秒で、電気光学測定の帯域としては２０ＧＨ
ｚ以上に相当する。波長板、ポラライザ、レンズは１．
３μｍ用で、反射防止膜がコーディングされている。受
信機２４及び検出器３２で受信する光パワーは、約１７
μＷである。ロックインアンプ２５は、ＥＧ＆Ｇ Ｐｒ
ｉｎｃｅｔｏｎ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈｏ
ｆ Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ、Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙの製品
で、ｍｏｄｅｌ ５３０１Ａである。マイクロ波ミキサ
は、ＲＨＧ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌａｂｏｒａｔ
ｏｒｙ Ｃｏ．ｏｆ Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、Ｎｅｗ Ｙｏ
ｒｋの製品で、ＭｏｄｅｌＤＭＳ１−２６Ａである。 【００１７】本発明の範囲を逸脱することなく、種々の
実施例、及びここに示した実施例の修正が可能である。 例えば、印加された電気信号に従って光エネルギーを変
調できる材料は、電気光学材料として用いられ、そのよ
うな材料はここに述べた手法での電気光学材料であると
見なされるべきである。他の種々のレーザが使用でき、
パルス圧縮されたモードロックＮｄ：ＹＡＧレーザの使
用も考えられる。 【００１８】 【発明の効果】以上に述べたように、本発明では、駆動
源の位相ドリフトの影響を受けずに、位相に関し正確な
結果を与える非破壊プローブ手法により、高周波マイク
ロ波領域での集積電子デバイスの試験装置が実現される
。
【図１】本発明による、集積回路チップの試験装置の実
施例のブロック図。
施例のブロック図。
【図２】図１のレーザの光強度パルスを示す図。
１１ 集積回路チップ
１２ 本体部
１３ 導電体
１５ シンセサイザ
１６ サンプリングオシロスコープ
１８ レーザ
１９ レーザ光
２０、２１ １／４波長板
２２ アナライザ
２３ １／４波長板
２４ 受信機
２５ ロックインアンプ
２６ オシロスコープ
２８ シンセサイザ
３０ パルス列
３２ 検出器
３３ マイクロ波ミキサ
３４ 信号平均器
Claims (14)
- 【請求項１】 電子デバイスを試験する方法において
、電気光学材料をデバイスの導電体に隣接して配置する
ステップと；導電体に第１の周波数を有する第１の電気
信号を印加して、その信号によって前記電気光学材料の
光学特性を変調するステップと；第２の繰り返しレート
（第１の周波数は第２の繰り返しレートの最低２倍）を
有するレーザ光パルスを発生するステップと；前記電気
光学材料が第１の電気信号によって前記レーザ光を変調
するように、前記レーザ光の第１の部分を前記電気光学
材料の少なくとも一部分に通すステップと；、第２の繰
り返しレートと等しい第２の電気パルス信号を発生する
ステップと；第１の周波数と第２の繰り返しレートに等
しい周波数の高調波との差周波数に等しい第３の電気信
号を発生するステップと；前記電子デバイスの特性を知
るために前記第３の電気信号を用いるステップと；を有
し、前記第３の電気信号を発生するステップは、第２の
電気信号の少なくとも一部に第１の電気信号の一部を混
合するステップを有する、ことを特徴とする光プローブ
方法。 - 【請求項２】 前記第２の電気パルス信号を発生する
ステップは、レーザ光の第２の部分を光検出器へ導くス
テップを有することを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記第３の信号を用いるステップは、
電子デバイスの試験中の第１の信号の位相変化を第３の
信号の位相を用いて知るステップを有することを特徴と
する請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 光パルス間隔をパルス幅より十分長く
し、レーザ光及び第２電気信号に高調波周波数成分が含
まれるようにしたことを特徴とする請求項１記載の方法
。 - 【請求項５】 第１の周波数がマイクロ波周波数であ
り、前記混合ステップはマイクロ波ミキサによって第１
及び第２の信号を混合するステップを有することを特徴
とする請求項１記載の方法。 - 【請求項６】 第３の信号の周波数がΔｆであり、第
２の信号のパルス繰り返し周波数がｆ０であり、第１の
信号がＮを１より大きな整数としてＮｆ０＋Δｆの周波
数を有することを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 変調後にレーザ光の第１の部分を検出
し、それを用いて第１の電気信号を分析することを特徴
とする請求項１記載の方法。 - 【請求項８】 変調された前記第１の部分のレーザ光
を用いて第４の電気信号を発生し、第１の電気信号の特
性を決めるために第４の電気信号を分析する、ことを特
徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項９】 導電体を有する電子デバイスの試験装
置において、前記デバイスの前記導電体に隣接する電気
光学材料と；電界を前記電気光学材料へ及ぼすために、
第１の周波数の第１の電気信号を前記導電体に沿って伝
搬させる手段と；第２の繰り返しレート（第１の周波数
は第２の繰り返しレートの２倍以上）を有するレーザ光
パルスを発生する手段と；前記電気光学材料が第１の電
気信号によってレーザ光を変調するように、第１の部分
のレーザ光を前記電気光学材料に入射させる手段と；前
記レーザ光の第２の部分を、レーザパルスを第２電気信
号に変換する光検出器へ導く手段と；第１の周波数と第
２の繰り返しレートに等しい周波数の高調波との差周波
数に等しい第３の電気信号を発生する手段と；前記発生
手段は、第２の電気信号の一部分に第１の電気信号の一
部分を混合するミキサを有し；前記電子デバイスの特性
を知るために第３の電気信号を検出する手段と；を有す
ることを特徴とする光プローブ装置。 - 【請求項１０】 前記レーザ光パルスが高調波成分を
含むことを特徴とする請求項９記載の光プローブ装置。 - 【請求項１１】 第１周波数がマイクロ波周波数であ
り、前記ミキサがマイクロ波ミキサであることを特徴と
する請求項９記載の光プローブ装置。 - 【請求項１２】 第３の信号の周波数がΔｆであり、
第２の信号のパルス繰り返し周波数がｆ０であり、第１
の信号がＮを１より大きな整数としてＮｆ０＋Δｆの周
波数を有することを特徴とする請求項９記載の光プロー
ブ装置。 - 【請求項１３】 第１の電気信号を分析するために用
いるべく、変調後に第１の部分のレーザ光を検出し表示
する手段を有することを特徴とする請求項９記載の光プ
ローブ装置。 - 【請求項１４】 変調された第１の部分のレーザ光を
第４の電気信号に変換する手段と；第１の電気信号の特
性を決めるために、第４の電気信号を表示する手段と；
を有することを特徴とする請求項９記載の光プローブ装
置。
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|---|---|---|---|
| US599579 | 1990-10-18 | ||
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1991
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