(57)【要約】      （修正有）【課題】ＤＵＴ内の様々な能動デバイスの応答についてのさらなる情報を非侵入的に得る。【解決手段】ＤＵＴ２６０をレーザプロービングするための装置及び方法が開示されている。システムは、ＤＵＴにおけるデバイスのレーザ電圧による画像化状態マッピングを可能にする。ＤＵＴが、能動デバイスに変調させるテスト信号２４０を受信している間に、ＤＵＴの選択領域が照射される。ＤＵＴから反射された光は収集され、電気信号に変換される。位相情報が電気信号から抽出され、その位相情報から前記選択領域と空間的に対応する２次元画像が生成される。【選択図】図２
2010271307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被テストデバイス（ＤＵＴ）における能動デバイスの状態マッピングのための方法であって、
能動デバイスに変調させるテスト信号をＤＵＴが受信している間に、その中に少なくとも２つの能動デバイスを有する、ＤＵＴにおける選択領域を照射する工程と、
前記選択領域からの反射光を収集する工程と、
前記反射光を電気信号に変換する工程と、
前記電気信号から位相情報を抽出する工程と、
前記位相情報から、前記選択領域と空間的に対応する２次元画像を生成する工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記位相情報を抽出する工程は、前記電気信号と干渉信号を混合する工程を有していることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、
前記混合する工程は、前記電気信号をロックインアンプに印加する工程を有していることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、
前記２次元画像を生成する工程は、前記ロックインアンプの出力信号をデータ取得モジュールに印加する工程を有していることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、
前記出力信号を印加する工程は、前記ロックインアンプのＸ又はＹ出力の１つを印加する工程を有していることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法において、
前記出力信号を印加する工程は、前記ロックインアンプのＲ−Θ出力を印加する工程を有していることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、
前記Ｒの閾値を設定する工程と、
各画素に対し、検出された前記Ｒの振幅を検査して、検出された振幅Ｒが前記閾値よりも高いときには、その画素に対してΘの値を使用する一方、検出された振幅Ｒが前記閾値よりも低いときには、その画素に対してΘの使用を許可しない工程とをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項２に記載の方法において、
前記混合する工程は、前記電気信号及び前記干渉信号をスペクトラムアナライザに印加する工程を有していることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、
ＤＵＴ、テスター、テストボード、ＤＵＴボード、及びケーブルのうちの少なくとも１つにより放射された電磁放射線を収集して干渉信号を生成する工程をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、
前記混合する工程の前に、前記干渉信号を調整する工程をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、
前記調整する工程は、増幅工程、減衰工程、及び位相シフト工程のうちの少なくとも１つを有していることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項８に記載の方法において、
前記混合する工程は、サミングアンプ及び電圧加算器の何れか一つにおいて、前記電気信号及び前記干渉信号を合成する工程を有していることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、
前記合成する工程の前に、前記電気信号をＲＦ増幅する工程をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項８に記載の方法において、
前記混合する工程は、前記干渉信号を前記電気信号の電気経路に放射する工程を有していることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項８に記載の方法において、
前記混合する工程は、前記電気信号及び前記干渉信号をＴ結線に印加する工程を有していることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項８に記載の方法において、
前記２次元画像を生成する工程は、前記スペクトラムアナライザの出力をデータ取得モジュールに印加する工程を有していることを特徴とする方法。
【請求項１７】
ＩＣである被テストデバイス（ＤＵＴ）を試験するためのシステムであって、
レーザビームを生成するレーザ光源と、
前記レーザビームを調整して、前記ＤＵＴの選択領域上で該レーザビームを走査するための光学素子と、
前記ＤＵＴからの反射ビームを収集するための光学素子と、
前記反射ビームを電気信号に変換するためのセンサと、
干渉信号を前記電気信号に混合して、前記反射ビームの位相情報を抽出するための電気部品と、
前記位相情報から２次元画像を生成して、それにより前記ＤＵＴの選択領域の位相マップを提供するためのデータ取得モジュールとを備えていることを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のシステムにおいて、
前記電気部品は、ロックインアンプを有していることを特徴とするシステム。
【請求項１９】
請求項１７に記載のシステムにおいて、
前記電気部品は、干渉信号発生器と、前記電気信号と前記干渉信号とを合成して、合成された信号を生成するための合成器と、該合成された信号を受信するスペクトラムアナライザとを有していることを特徴とするシステム。
【請求項２０】
請求項１９に記載のシステムにおいて、
前記合成器は、サミングアンプ、電圧加算器、放射アンテナ、Ｔ型コネクタのうちの何れか１つを有していることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ照射を用いて集積回路を調査するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この出願は、２００９年５月１日に出願された米国仮特許出願第６１／１７４９６２号の優先権の利益を主張するものであり、その開示全体が信頼でき、参照することにより本明細書中に組み込まれるものである。
【０００３】
プロービングシステムは、集積回路（ＩＣ）の設計及びレイアウトを検査及びデバッグするための技術で用いられている。ＩＣをプロービングするための様々なレーザに基づいたシステムが従来技術で知られている。いくつかの従来技術の説明が本明細書中に記載されるが、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる特許文献１ないし３を検討することも読者に奨励する。
【０００４】
さらなる関連情報は、その全体が参照することにより本明細書に組み込まれる非特許文献１ないし１２及び非特許文献１３の中に見い出し得る。
【０００５】
知られているように、例えば、自動試験装置のような、自動試験評価（ＡＴＥ）テスタとしても知られている商用の試験プラットホームが、ＩＣのデバッグ及び試験の間、試験されるＩＣデバイス（ＤＵＴ）に供給されるテストパターン（試験ベクトルとも呼ばれる）を生成するために用いられる。そのとき、様々なシステム及び方法が、ＤＵＴの試験ベクトルに対する応答を試験するために用いられ得る。そのような方法の１つは、一般的に、レーザ電圧プロービング（ＬＶＰ）と呼ばれている。ＬＶＰのようなレーザに基づいたシステムがプロービングに用いられるときには、ＤＵＴはレーザによって照射されて、ＤＵＴから反射された光は、プロービングシステムによって集められる。レーザビームがＤＵＴに当たると、レーザビームは、試験ベクトルに対するＤＵＴの様々な要素の応答によって変調される。このことは、自由な電荷密度の電気的な変調、及び、ＩＣ材料、最も一般的にはシリコン、の屈折率及び吸収係数の合わさった乱れが原因である。従って、反射光の分析は、ＤＵＴの様々なデバイスの動作についての情報を提供する。
【０００６】
図１は、従来技術に係るレーザに基づいた電圧プローブシステムのアーキテクチャの主要な構成要素１００を描いた概略図である。図１において、破線の矢印は、光の経路を表している一方、実線の矢印は、電気信号の経路を表している。曲線によって表された光の経路は、一般的に、光ファイバケーブルを用いて作られている。プローブシステム１００は、この特定の例においてはデュアルレーザ光源であるレーザ光源ＤＬＳ１１０、光学載置台１１２、及び、データ取得分析装置１１４を備えている。光学載置台１１２は、ＤＵＴ１６０を搭載するための設備を含んでいる。通常のＡＴＥテスタ１４０は、ＤＵＴ１６０へ刺激信号を提供して、ＤＵＴ１６０からの応答信号１４２を受信し、さらに、トリガ及びクロック信号１４４をタイムベースボード(Time base board)１５５に提供し得る。テスタからの信号は、一般的に、テストボード、ＤＵＴボード（アダプタプレート）、並びに、これらの全ての構成要素を接続する、様々なケーブル及びインタフェースを経由して、ＤＵＴに伝達される。タイムベースボード１５５は、信号取得を、ＤＵＴの刺激及びレーザパルスと同期させる。ワークステーション１７０は、信号取得ボード１５０、タイムベースボード１５５、及び、光学載置台１１２からのデータを制御し、受信し、処理し、表示する。
【０００７】
次に、プローブシステム１００の様々な要素を、さらに詳細に説明する。ＤＵＴの試験においては、時間分解能の重要性が高いので、図１の実施形態では、従来技術のパルスレーザを使用している。このレーザのパルス幅は、システムの時間分解能を決定する。デュアルレーザ光源１１０は、２つのレーザ光源を有する。すなわち、デュアルレーザ光源１１０は、幅１０−３５ピコ秒のパルスを発生させるために使用される、パルスモードロックレーザＭＭＬ１０４の光源、及び、幅約１マイクロ秒のパルスを発生させるために、外部からゲート制御され得る連続波レーザ光源ＣＷＬ１０６で構成されている。ＭＬＬ１０４光源は、固定周波数、典型的には１００ＭＨｚで作動すると共に、タイムベースボード１５５の位相同期回路（ＰＬＬ）を経由して、ＤＵＴ１６０に提供される刺激１４２及び、ＡＴＥテスタによって提供されたトリガ及びクロック信号１４４と同期されなければならない。ＤＬＳ１１０の出力は、光ファイバケーブル１１５を使用している光学載置台１１２に伝達される。次に、レーザビームは、ビームオプティクス１２５で処理され、ビームオプティクス１２５は、レーザビームを導いて、ＤＵＴ１６０の選択部分を照射させる。ビームオプティクス１２５は、レーザ走査顕微鏡（ＬＳＭ１３０）と、ビーム操作オプティクス（Beam manipulation optics）（ＢＭＯ１３５）とを有する。対物レンズ等のような光学構成が従来通りの特定の要素は、図示されていない。一般的に、ＢＭＯ１３５は、ビームを、要求された形状、焦点、偏光等に処理するために必要な光学素子を有する。一方、ＬＳＭ１３０は、ＤＵＴの特定の領域上にビームを走査するために必要な素子を有する。ビームを走査することに加えて、ＬＳＭ１３０は、レーザビームをＬＳＭ及び対物レンズの視野内の任意の箇所に向けるためのベクトル指示モード（vector-pointing mode）を有している。Ｘ−Ｙ−Ｚステージ１２０は、静止したＤＵＴ１６０に対してビームオプティクス１２５を移動させる。ステージ１２０及びＬＳＭ１３０のベクトル指示モードを使用することによって、ＤＵＴ１６０の関心のあるどんなポイントでも照射し、調査し得る。
【０００８】
ＤＵＴ１６０をプロービングするために、ＡＴＥ１４０は、タイムベースボード１５５の位相同期回路に提供されたトリガ及びクロック信号と同期して、ＤＵＴに刺激信号１４２を送信する。位相同期回路は、ＭＬＬ１０４を、その出力パルスがＤＵＴへの刺激信号１４２と同期するように制御する。ＭＬＬ１０４は、刺激されているＤＵＴにおける関心のある特定デバイスを照射するレーザパルスを放射する。ＤＵＴからの反射光は、ビームオプティクス１２５によって集光されると共に、光ファイバケーブル１３４を経由して光検出器１３８に伝達される。反射したビームは、刺激信号に対するデバイスの反応により特性を変化させる。レーザ出力の変動を補正することを目的として、入射レーザ出力を監視するために、例えば、光学載置台１１２は、ＭＬＬ１０４入射パルスの一部を光ファイバケーブル１３２を経由して光検出器１３６にそらす手段を有している。光センサ１３６，１３８の出力信号は、信号取得ボード１５０に送信され、次に、その信号取得ボード１５０は、信号をコントローラ１７０に送信する。タイムベースボード１５５の位相同期回路の処理によって、コントローラ１７０は、ＤＵＴ１６０の刺激信号１４２に対してＭＬＬ１０４パルスの正確な時間位置を制御する。この時間位置を変更すると共に、光センサ信号を監視することによって、コントローラ１７０は、刺激信号１４２に対するＤＵＴの時間的応答を分析することができる。分析の時間分解能は、ＭＬＬ１０４のパルス幅に依存する。
【０００９】
連続波ＬＶＰで実行する技術も知られている。その技術では、連続波レーザを用いてＤＵＴのデバイスが照射され、連続的な反射光（continuously reflected light）が収集される。連続反射光は、様々な刺激信号に対する能動デバイスの応答、即ち、切り替えに関するタイミング情報を含んでいる。反射光信号は、光検出器、例えばアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）によって、連続的に電気信号に変換されると共に、増幅される。タイミング情報は、電気信号に含まれると共に、デバイスの検出された変調を表す。タイミング情報は、オシロスコープを用いて時間領域、又はスペクトラムアナライザを用いて周波数領域で表示され得る。
【００１０】
最近、レーザ電圧画像化（laser voltage imaging）の技術は発展し、ＤＵＴの領域内の異なったポイントでの電圧に対応する２次元のグレースケール画像を提供することができる。より具体的には、ＬＳＭは、ＤＵＴの領域をラスタスキャンするために用いられ、その領域内の各ポイントで、反射光信号が収集され、単一のデータ値を提供する。つまり、周波数帯域全体のスペクトルを提供するというよりはむしろ、各ポイントで、特定の周波数スペクトルにおける信号の振幅がスペクトラムアナライザにより得られる。実際には、スペクトラムアナライザは、関心のある単一の周波数（ゼロスパンと呼ばれる）を抽出し、その周波数で受信した信号の強さに正比例する出力値を提供するように設定される。従って、ＬＳＭがＤＵＴの選択領域を走査しながら、関心のある周波数に活性がない場合には、スペクトラムアナライザは、低い出力を提供する又は出力が無い一方、その周波数に活性がある場合には、スペクトラムアナライザは、高い出力を提供する。つまり、関心のある選択された周波数での信号の強さに比例する振幅を有する出力信号を提供する。この出力は、走査領域における各ポイントでのデバイス活性に対応するグレースケールレベルを示す、走査領域のマップを生成するために用いられ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第５２０８６４８号
【特許文献２】米国特許第５２２０４０３号
【特許文献３】米国特許第５９４０５４５号
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Yee,W.M.ら、Laser Voltage Probe（LVP）：A Novel Optical Probing Technology for Flip-Chip Packaged Microprocessors、International Symposium for Testing and Failure Analysis（ISTFA）、２０００年、ｐ.３−８
【非特許文献２】Bruce,M.ら、Waveform Acquisition from the Backside of Silicon Using Electro-Optic Probing、International Symposium for Testing and Failure Analysis（ISTFA）、１９９９年、ｐ．１９−２５
【非特許文献３】Kolachina,S.ら、Optical Waveform Probing - Strategies for Non-Flipchip Devices and Other Applications、International Symposium for Testing and Failure Analysis（ISTFA）、２００１年、ｐ．５１−５７
【非特許文献４】Soref,R.A.及びB.R.Bennett、Electrooptical Effects in Silicon、IEEE Journal of Quantum Electronics、１９８７年、ＱＥ−２３（１）、ｐ．１２３−９
【非特許文献５】Kasapi,S.ら、Laser Beam Backside Probing of CMOS Integrated Circuits、Microelectronics Reliability、１９９９年、３９、ｐ．９５７
【非特許文献６】Wilsher,K.ら、Integrated Circuit Waveform Probing Using Optical Phase Shift Detection、International Symposium for Testing and Failure Analysis（ISTFA）、２０００年、ｐ．４７９−８５
【非特許文献７】Heinrich H.K.、Picosecond Noninvasive Optical Detection of Internal Electrical Signals in Flip-Chip-Mounted Silicon Integrated Circuits、IBM Journal of Research and Development、１９９０年、３４（２／３）、ｐ．１６２−７２
【非特許文献８】Heinrich H.K.、D.M.Bloom及びB.R.Hemenway、Noninvasive sheet charge density probe for integrated silicon devices、Applied Physics Letters、１９８６年、４８（１６）、ｐ．１０６６−１０６８
【非特許文献９】Heinrich H.K.、D.M.Bloom及びB.R.Hemenway、Erratum to Noninvasive sheet charge density probe for integrated silicon devices、Applied Physics Letters、１９８６年、４８（２６）、ｐ．１８１１
【非特許文献１０】Heinrich H.K.ら、Measurement of real-time digital signals in a silicon bipolar junction transistor using a noninvasive optical probe、IEEE Electron Device Letters、１９８６年、２２（１２）、ｐ．６５０−６５２
【非特許文献１１】Hemenway,B.R.ら、Optical detection of charge modulation in silicon integrated circuits using a multimode laser-diode probe、IEEE Electron Device Letters、１９８７年、８（８）、ｐ．３４４−３４６
【非特許文献１２】A.Black、C.Courville、G Schultheis、H.Heinrich、Optical Sampling of GHz Charge Density Modulation in Silicon Bipolar Junction Transistors、Electronics Letters、１９８７年、２３巻、１５号、ｐ．７８３−７８４
【非特許文献１３】Kindereit U、Boit C、Kerst U、Kasapi S、Ispasoiu R、Ng R、Lo W、Comparison of Laser Voltage Probing and Mapping Results in Oversized and Minimum Size Devices of 120nm and 65nm Technology、第１９回European Symposium on Reliability of Electron Devices,Failure Physics and Analysis(ESREF 2008）、２００８年、４８、１３２２−１３２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記システム及び方法は、ＤＵＴの機能性についての有用な情報を提供する一方、ＤＵＴ内の様々な能動デバイスの応答についてのさらなる情報を非侵入的（non-invasively）に得ることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
以下の要約は、本発明のいくつかの側面及び特徴の基本的な理解を提供するために記載されている。この要約は、本発明の概要よりも広いものではなく、特に本発明の要部や重要な要素を明らかにしたり、本発明の範囲を線引きすることを意図するようなものではない。その唯一の目的は、以下で提示されるさらに詳細な説明に対する前置きとして簡単な形で本発明のいくつかの概念を提示することである。
【００１５】
本発明の様々な実施形態は、ＤＵＴのレーザ電圧画像化状態マッピングのための装置及び方法を提供する。
【００１６】
ＤＵＴのレーザプロービングのための装置及び方法が開示されている。システムは、ＤＵＴ内のデバイスのレーザ電圧画像化状態マッピングを可能にする。ＤＵＴが、ある能動デバイスを切り替えるための試験信号を受信している間、ＤＵＴの選択領域が照射される。該ＤＵＴから反射された光は、収集され、電気信号に変換される。その電気信号から位相情報が抽出され、その位相情報から選択領域と空間的に対応する２次元画像が生成される。
【００１７】
本発明の他の側面及び特徴は、本明細書中に記載された様々な実施形態の記載から明らかになり、その側面及び特徴は、添付された特許請求の範囲で請求されたような本発明の意図及び精神の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、従来技術に係るレーザに基づいた電圧プローブシステムの主要な構成要素を描いた概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係るシステムの主要な構成要素を示した図である。
【図３】図３は、選択されたポイントＡ及びＢにおける信号の波形を示した図である。
【図４】図４は、選択されたポイントＡ及びＢの信号の波形並びに加えられた干渉信号との干渉を示した図である。
【図５】図５は、「ＲＦ干渉」信号がＡＰＤからの「調整された」信号に加えられ、スペクトラムアナライザに印加される、本発明の実施形態を示した図である。ここにおいて、「調整された」とは、増幅された、シフトされた、電流から電圧及び電圧から電流への変換されたことなどを意味する。
【図６】図６は、図５の実施形態の変形例に係る本発明の実施形態を示す。
【図７】図７は、「ＲＦ干渉」信号がＡＰＤからの「調整された」信号に加えられると共に、スペクトラムアナライザに供給される、本発明の別の実施形態を示す。
【図８】図８は、「ＲＦ干渉」信号がＡＰＤからの「調整された」信号に加えられると共に、スペクトラムアナライザに供給される、本発明のさらに別の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、図に例示された特定の実施形態を参照しながら、本明細書中に説明されている。但し、図に示した様々な実施形態は単なる例示であり、添付された特許請求の範囲に定義された本発明を制限するものではない。
【００２０】
本発明の様々な実施形態は、従来のＩＣの設計知識を除いた、ＤＵＴの選択領域内における活性トランジスタ（active transistors）の相対極性を区別するための、非侵入でかつ、非接触の方法のための装置及び方法を提供する。これらのシステム及び方法は、本明細書中で、ＤＵＴのレーザ電圧画像化（laser voltage imaging(ＬＶＩ））状態マッピング（state mapping）と呼ばれる。前記方法論は、ＤＵＴ内の様々な能動デバイスの位相情報を提供することにより、従来技術のシステムを増補する。位相情報は、ＤＵＴの走査領域のマップの形で提供され得る。マップでは、走査領域に配設された能動デバイス、即ち、トランジスタの位相情報を示すためにグレースケールが用いられる。このことは、回路設計が利用可能でないときにさえ、ＩＣの試験及びデバッグを可能にする。
【００２１】
本発明の一実施形態によると、ロックインアンプは、ＤＵＴ内の関心のある領域のＬＶＩ状態マッピングを実行するために用いられる。この実施形態は、反射レーザ光から位相情報を抽出することによって、様々な活性トランジスタの相対的な論理状態を観察するための能力を提供する。一実施形態によると、ロックインアンプは、当該ロックインアンプによって内部的に生成される又は外部から当該ロックインアンプに供給される参照信号に対する反射信号の位相を測定するために使用される。一つの実装例によると、このことは、従来のＬＶＩのスペクトラムアナライザをロックインアンプに置き換えることによって達成される。
【００２２】
図２は、位相検出及びマッピングを実行するための本発明の実施形態に係るシステムの概略図である。図２において、ロックインアンプは、従来技術で知られているシステムにおいて使用されているスペクトラムアナライザの代わりに用いられる。レーザ光源２１０は、入力光ファイバ２１５に送られるレーザビーム（実線矢印で示された）を提供する。光学Ｉ／Ｏモジュール２１４は、当該ビームを成形して、調整されたビームをＬＳＭ２３０へ提供する。ＬＳＭ２３０は、ＤＵＴ２６０の選択領域の上で調整されたビームを走査する。この特定の例では、ＬＳＭ２３０からＤＵＴ２６０への経路には、走査レンズ、反射鏡、チューブレンズ、波長板（waveplate）、及び対物レンズを含んでいる。これらの素子は、ＤＵＴの選択された領域にわたってレーザビームを適切にスキャンするために設けられるが、それ以外の素子も、特定の設計のために必要に応じて使用され得る。
【００２３】
レーザビームがＤＵＴ２６０の選択領域に亘って走査しながら、刺激信号２４０が、ＤＵＴ２６０内の能動素子がビームを変調するように、即ち、ＤＵＴ内のトランジスタが切り替わるように、ＤＵＴ２６０に印加される。刺激信号２４０は、ファンクションジェネレータ、ＡＴＥ等によって生成され得る。能動デバイスが切り替わるときに、能動デバイスは、デバイスを作る材料、例えば、シリコンの吸収係数及び屈折率を変化させ、反射されるレーザビーム（破線矢印で示された）の振幅は、それに相応して変調される。反射されたビームは光学素子によって集光されて、出力ファイバ２３２に導かれる。出力ファイバ２３２は、ビームをセンサへ導く。この特定の例では、アバランシェフォトダイオードＡＰＤ２３６が使用されているが、例えばＰＩＮセンサのような他の光センサを用いてもよい。ＡＰＤの出力信号は、トランスインピーダンスアンプ（trans-impedance amplifier）２３７に入力され、このＴＩＡの出力は、ＤＣ成分とＡＣ成分を出力するバイアスティ（ダイプレクサ）２５０のような信号分離器に入力される。ＤＣ成分は、ビデオアンプ２５２によって増幅され、ＤＵＴの走査領域の画像を生成するためのフレームグラバ２５４に送られる。（ＲＦ周波数の）ＡＣ成分はＲＦアンプ２７３によって調整され、それからロックインアンプ２７０に送信される。ロックインアンプ２７０の出力は、ビデオアンプ２５６によっても増幅され、走査領域の位相画像を生成するために使用される。以下にさらに十分に記載されるように、ロックインアンプのＸ／Ｙ又はＲ／Θ出力は、走査領域のグレースケール画像に変換される。ここで、グレースケールの値は、ＤＵＴの走査領域における能動デバイスの位相を表している。
【００２４】
次に、ロックインアンプを利用する本発明の実施形態の動作について説明する。ロックインアンプのＸ及びＹ値は、信号の振幅及び相対位相に比例する、即ち、
Ｘ∝ＶsigcosΘ
Ｙ∝ＶsigsinΘ
である。ここで、Ｖsigは関心のある信号（反射レーザビーム）の振幅であり、Θは関心のある信号と参照信号（例えば、参照クロック信号）との間の位相差、即ち、Θ=Θsig - Θrefである。反対の状態又は極性に調整された一対のトランジスタにとっては、Ｘ又はＹ出力値は、入力参照周波数の位相にかかわらず、反対の極性になるであろう。例えば、トランジスタＡがΘ１で変調している場合には、トランジスタＢがΘ２ = Θ１ +/- 180°（非同期）で変調している。それゆえ、トランジスタＡに対するＸ値は、cosΘ１に比例する一方、トランジスタＢに対するＸ値は、cosΘ１+/-180°に比例する。つまり、
ＸＡ∝ＶsigcosΘ１
ＸＢ∝Ｖsigcos(Θ1 +/- 180°) = -ＶsigcosΘ１ = - ＸＡ
同様に、
ＹＡ∝ＶsigsinΘ１
ＹＢ∝Ｖsigsin(Θ1 +/- 180°) = -ＶsigsinΘ１ = - ＹＡ
である。
それゆえ、相対論理状態がロックインアンプのＸ又はＹ出力から抽出され得る。但し、この論理体系は、同期及び非同期検出に制限されないことに注意すべきである。むしろ、２つのトランジスタ間の位相の違いが９０°よりも大きい限り、絶対振幅が異なっていたとしても、これらの２つのトランジスタのＸ及びＹ値が反対極性のものになる。ロックインアンプのＸ又はＹ出力は、グレースケール画像に変換される。ここで、各ピクセルの値は、その空間位置における位相に対応する。
【００２５】
別の実施形態によると、ロックインアンプのＲとΘ値の組み合わせが使用される。この実施形態によると、
Ｒ = Ｖsig = √（Ｘ２＋Ｙ２）
Θ = tan-1(Ｙ/Ｘ）
Θは、関心のある信号と参照信号との間の位相差である。但し、レーザビームがＩＣにおいてトランジスタがない領域を走査するときには、反射するＲＦ電気信号がなく、Θ値は、乱雑になる。結果として、ロックインアンプのΘ出力電圧は乱雑であり、この電圧は、ノイズとしてみなされる。このことは、トランジスタ由来のΘ値をΘ「ノイズ」によって覆い隠すようにする。それゆえ、一実施形態によると、Ｒ出力は、Θ出力電圧値が用いられるべきか否か、即ち、Θ値が乱雑であるか否かを決定するために監視される。反射したＲＦ電気信号は、Ｒがゼロでない値になると、Θ値をＩＣの走査領域における特定の画素に用いることができる。他方、反射したＲＦ電気信号が存在しない場合には、Ｒがほぼゼロ値となり、Θ値を特定のピクセルに使用することができない。一例では、Θ値の使用を許可する／許可しないＲ値の大きさに、閾値が設定される。
【００２６】
上記実施形態によると、反対の状態に変調する一対のトランジスタにおいては、Θ値の差は、入力参照周波数の位相にかかわらず、一定の１８０°（ΔΘ = ΘＡ - ΘＢ = １８０°）となる。ロックインアンプは、典型的には、測定された＋／−１８０°の位相差に対応するように、＋／−Ｖのアナログ電圧を出力する。位相差は１８０°なので、アナログ電圧の振幅差は、Ｖ（ΔＶ = ＶＡ - ＶＢ = Ｖ）となる。そして、２つのトランジスタ間の相対極性は、様々な方法を使用して、ＶＡとＶＢとの間の閾値を設定することによって抽出され得る。
【００２７】
本発明の様々な他の実施形態によると、ＬＶＩの相対論理状態を観察する能力は、「ＲＦ干渉」を取得システムへ導入し且つ、その結果として生じる信号をスペクトラムアナライザへ供給することによって明らかにされる。取得システムという言葉は、ＡＰＤ、ＴＩＡ、バイアスティ、ＲＦアンプ、及びスペクトラムアナライザの何れか１つ又はそれらの組み合わせを含む意味であり、すなわち、「ＲＦ干渉」は、これらの何れか又はこれらの接続ポイントに結合され得る。本明細書では、この「ＲＦ干渉」の周波数スペクトルを「干渉」スペクトルと呼んでおり、それは、図２の実施形態中の参照信号といくぶん類似した機能を発揮する。以下の実施形態では、掃引同調されたスーパーヘテロダインスペクトラムアナライザの使用例が図示されているが、同様の結果は、リアルタイムスペクトラムアナライザ（ＦＦＴスペクトラムアナライザとも呼ばれる）や、ベクトルシグナルアナライザ等のような他の手段を用いても達成され得る。
【００２８】
効果的な結果のためには、「ＲＦ干渉」を、分析下の内部信号と同じ周波数とし、同期させるべきである。これらの要求を満たす場合は、この「ＲＦ干渉」は、分析下の内部信号を運ぶトランジスタの検出された変調（取得システムにより光から電気へ変換された変調）と建設的に又は破壊的に干渉する。破壊的な干渉により、電気信号の振幅が、「ＲＦ干渉」のみの電気信号の振幅よりも小さくなる場合には、結果として生じるスペクトルは、「干渉」スペクトルよりも少ないエネルギを有することになるだろう。最適／最大の建設的な又は破壊的な干渉のために、「ＲＦ干渉」信号が、関心のある信号と同期及び非同期することを確実にすべく、「ＲＦ干渉」信号の位相シフトが行われてもよい。
【００２９】
ここで、選択されたポイントＡ及びＢにおける信号の波形を示している図３を参照することにする。この例において、ポイントＡ及びポイントＢが同じインバータの例であって、直列に接続されている場合を考える。このことは、ポイントＡ及びポイントＢにおける信号が互いに対し非同期又は反対の論理状態であることを意味する。現実には、信号レベルがサブマイクロボルトから数百マイクロボルトと、非常に低く、所望のＳＮＲを達成するために平均化が必要であるが、取得システムにより検出された変調が、図３に示されている。この図では、「信号」という言葉は、検出された光学変調の電気信号を指す。通常のスペクトラムアナライザでは、両方の波形が同じ振幅を有しているので、関心のある周波数のパワースペクトルは同じである。つまり、ポイントＡとポイントＢとの間に差がない。
【００３０】
本発明の実施形態を使用すると、上記変調した信号と同じ周波数で且つ同期もしている「ＲＦ干渉」電気信号が取得システムに導入される場合には、ポイントＡ及びＢにおいて検出した変調の電気信号は、この導入された信号と干渉する。そのような状況が、図４に示されている。ｆｉｎｔとして示され且つ、振幅x a.u.を有する「ＲＦ干渉」信号がポイントＡの信号（大きさx a.u.を有する）と干渉する場合には、結果として生じる電気信号は、波形Σｆ＋Ａによって示されるように、合計した振幅、即ち、２x a.u.を有する。一方、干渉信号ｆｉｎｔがポイントＢの信号と干渉する場合には、結果として生じる電気信号は、波形Σｆ＋Ｂによって示されるように、ゼロ、即ち、０ a.u.となる。それゆえ、スペクトラムアナライザが測定する関心のあるスペクトルでは、３つの異なった振幅をとるであろう。
-ポイントＡでの２x a.u.
-活性がない（ＲＦ干渉信号のみが測定される）場所でのx a.u.
-ポイントＢでの０ a.u.
これをグレースケールレベルに標準化すると、ポイントＡは白色画素に、活性のないポイントは灰色画素（背景レベル）、ポイントＢは黒色画素に見え、これによりポイントＡとＢとの間での相対的な論理状態マッピングを提供する。
【００３１】
上述のように、干渉信号の導入は、取得システムの異なったポイントで実行され得る。テストセル（刺激、ＤＵＴ等）から放出された「ＲＦ干渉」の電磁波がある程度の量存在している場合は、「ＲＦ干渉」信号は、例えば、電気コネクタを通じて、又は、アンテナによる受信などの様々な方法により収集され得る。「ＲＦ干渉」信号は、次に、様々な方法で、例えばサミングアンプ／電圧加算器を用いて、又は、「ＲＦ干渉」電磁波の意図的な送信を通じて、又は、簡単な電気的なＴ結線を通じて、取得器に入力され得る。
【００３２】
「ＲＦ干渉」の収集及び入力の態様に関係なく、収集された「ＲＦ干渉」信号は（上記の具体例に基づいて簡単に言えば）ゲインを調整される必要がある。プログラマブルＲＦアンプは、信号がどのように収集されたかによって、収集された「ＲＦ干渉」信号の振幅を増幅又は減衰することが求められる。「ＲＦ干渉」信号は、最大の干渉を可能にするために位相が調整されてもよい。分析下の特定の信号に対して「ＲＦ干渉」信号の位相がわずかにずれていることが原因で、ゲインの調整によっては十分な建設的又は破壊的な干渉を達成できない場合には、「ＲＦ干渉」信号を位相シフトする必要があり得る。
【００３３】
図５は、「ＲＦ干渉」信号がケーブル（電気信号）又はアンテナ（ＲＦ電磁波）を通じて収集された、本発明の実施形態を示している。ＲＦ干渉は、ＤＵＴ、試験器（例えば、ＡＴＥ）、テスタボード、ＤＵＴボード、又はこれらの構成要素のインタフェースとなるケーブルから収集され得る。「ＲＦ干渉」信号は、ＲＦアンプの後であって、サミングアンプ又は電圧加算器で加算される前に、調整（増幅／減衰及び位相シフト）される。図５の実施形態の照射及びビームの反射を収集する部分は、図２のそれと同様であり、それゆえここでは再び説明しない。続いて、図２の実施形態と異なる要素について説明する。最も顕著なことは、図５では、図２のロックインアンプがスペクトラムアナライザ５７２によって置換されていることである。しかしながら、スペクトラムアナライザが位相を示す信号を検出し、生成できるように、以下の要素が加えられている。すなわち、干渉信号がアンテナ５８０又はケーブル５８２から収集される（アンテナ及びケーブルの両方がこの実施形態中に示されているが、これは単に説明のためであり、一方だけ又は他方だけ又はその両方を含んでいる場合があってもよい）。干渉信号は、信号調整器５７１によって調整、即ち、増幅又は減衰され、次に、フェイズシフタ５７０によって位相をシフトされる。調整された干渉信号は、次に、サミングアンプ又は電圧加算器５７４に入力され、ＡＰＤの調整信号と加算される。その出力は、次に、スペクトラムアナライザ５７２に供給される。スペクトラムアナライザの出力は、ビデオアンプに供給される。ビデオアンプは、その信号をデータ取得モジュールに供給する。この例では、フレームグラバは、ＤＵＴの走査領域内の能動素子の位相を示すグレースケール画像マッピングを生成するために使用される。もちろん、他のデータ取得カードやモジュールを用いてもよい。
【００３４】
図６は、図５の実施形態の変形例である、本発明の実施形態を示す。特に、図６では、「ＲＦ干渉」信号の加算がＲＦアンプ２７３の前に実行される。つまり、調整された干渉信号は、サミングアンプ又は電圧加算器６７４によって、バイアスティ２５０からのＲＦ信号と加算される。加算器６７４の出力は、次に、ＲＦアンプ２７３によって増幅され、それから、スペクトラムアナライザに入力される。
【００３５】
図７は、図５の実施形態の変形例である、本発明の実施形態を示す。特に、図７では、干渉信号をＡＰＤ信号の電気経路に放射することによって、「ＲＦ干渉」信号の加算が行われる。つまり、調整された干渉信号は、ＲＦゲイン／減衰器５７０及び／又はフェーズシフタ５７１によってアンテナ７００に印加される。アンテナ７００は、その放射がＡＰＤからの信号の電気経路に向かい、ＴＩＡ２３７、バイアスティ２５０及び／又はアンプ２７３の信号によって検波されて、該信号に干渉するように、配設される。こうして、干渉信号は、スペクトラムアナライザ５７２に入力される信号に加算される。
【００３６】
図８は、図５の実施形態の変形例である、本発明のさらに別の実施形態を示す。特に、図８では、「ＲＦ干渉」信号の加算は、干渉信号を調整されたＡＰＤ信号にＴ結線結合器を用いて連結することによって行われる。つまり、調整された干渉信号は、アンプ２７３から調整信号を受信もするＴ結線に印加される。こうして、干渉信号は、スペクトラムアナライザ５７２に入力される信号に加算される。
【００３７】
本発明は、その特別な実施形態に関して記載されているが、それらの実施形態に制限されるものではない。特に、様々な変形例及び改良例は、添付された特許請求の範囲により定義されている本発明の精神及び意図から外れない限りにおいて、当業者により実行され得る。加えて、上述の従来技術の参考箇所の全てが参照により本明細書中に組み込まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
2010271307000001.pdf