(57)【要約】【課題】ＤＵＴのレーザープロービングを行って選択領域の変調情報を提供する装置及び方法を提供する。【解決手段】変調マップ作成を行う装置を開示する。この装置は、レーザー源、レーザービームとＤＵＴとの間の相対移動を行う移動メカニズム、ＤＵＴから反射した変調レーザー光を集光するための光検出器及び適切な電子回路を含む信号捕集メカニズム、及び選択した時間中にＩＣの選択領域上で集光した変調レーザー光から成る空間変調マップを表示するための表示メカニズムを具えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザープロービングを用いて集積回路マイクロチップをテストするシステムにおいて：
レーザービームを供給するレーザー源と；
前記レーザービームを受光し、前記レーザービームを前記マイクロチップ上の選択したスポット上に集束させるビーム光学系と；
前記マイクロチップから反射したレーザー光を受光して電気信号を供給する光センサと；
前記電気信号を前記光センサから受信して出力信号を供給する捕集電子回路と；
前記出力信号を受信して全パワー信号を供給する分析システムと
を具えていることを特徴とする集積回路テストシステム。
【請求項２】
前記分析システムが、周波数または周波数帯域の選択を可能にするセレクタを具え、前記全パワー信号が、選択した周波数または周波数帯域における全パワーを表わすことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記分析システムがスペクトラムアナライザであることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記分析システムがロックイン増幅器であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
さらに、基準信号を供給する基準信号発生器を具え、前記基準信号は、前記出力信号の周波数と同様の周波数を有し、かつ前記出力信号の位相とは異なる位相を有することを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
さらに、前記レーザービームで走査を行う走査器、及び前記全パワー信号を受信するフレームグラバーを具えていることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
さらに、前記全パワー信号を受信するフレームグラバーを具えていることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記全パワー信号を受信するディジタル信号プロセッサを具えていることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項９】
前記全パワー信号を受信するディジタル信号プロセッサを具えていることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項１０】
さらに、
前記レーザービームで走査を行う走査器と；
前記全パワー信号を受信するフレームグラバーと；
前記集積回路上の種々の位置に対する全パワー値を示す空間変調マップを生成するコンピュータと；
を具えていることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項１１】
さらに、
前記レーザービームで走査を行う走査器と；
前記全パワー信号を受信するフレームグラバーと；
前記集積回路上の種々の位置に対する全パワー値を示す空間変調マップを生成するコンピュータと；
を具えていることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ビーム光学系がさらに、位相−振幅変換器を具えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ビーム光学系がさらに、ビーム走査器を具えていることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
さらに、前記集積空間変調回路上の種々の位置に対する全パワー値を示す空間変調マップを生成するコンピュータを具えていることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記位相−振幅変換器が、偏光差分プロービング（ＰＤＰ）装置で構成されることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記ビーム走査器が、レーザー走査顕微鏡（ＬＳＭ）で構成されることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
さらに、前記反射したレーザー光の一部を受光する第２光センサを具えていることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
さらに、ビデオ増幅器を具えていることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１９】
集積回路（ＩＣ）のプロービングを行う方法において：
前記ＩＣをテスト信号で刺激するステップと；
前記ＩＣをレーザービームで照射するステップと；
前記ＩＣからのビーム反射を集光するステップと；
前記ビーム反射を電気的なプロービング信号に変換するステップと；
前記プロービング信号の周波数または周波数帯域を選択するステップと；
前記選択した周波数または周波数帯域における前記プロービング信号の全振幅、全強度、及び位相の少なくとも１つを計算するステップと
を具えていることを特徴とする集積回路のプロービング方法。
【請求項２０】
さらに、前記ＩＣの選択領域上の前記全振幅、全強度、及び位相の少なくとも１つの空間マップを生成するステップを具えていることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
さらに、基準信号を供給するステップを具え、
前記計算するステップが：
前記プロービング信号を前記基準信号と乗算し、これにより積信号を供給するサブステップと；
前記積信号を積分するサブステップと
を具えていることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記基準信号が、前記プロービング信号の周波数と同様の周波数であることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記計算するステップが、前記選択した周波数または周波数帯域における全パワーを計算するステップから成り、
前記空間マップを生成するステップが、前記ＩＣの選択領域上の種々の位置に対する全パワーの空間マップを生成するステップから成る
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記照射するステップが、前記レーザービームで前記ＩＣの選択領域上を走査するステップから成ることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記ビーム反射を集光するステップがさらに、ビーム反射の位相をビーム反射の振幅に変換するサブステップを具えていることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
さらに、前記ＩＣの前記選択領域の光学画像を生成するステップを具えていることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記集光するステップが、前記走査によるビーム反射を集光するステップから成り、
さらに、前記ビーム反射から、前記選択領域の光学画像を生成するステップを具えていることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記計算するステップが、前記選択した周波数または周波数帯域における前記プロービング信号の全振幅を計算するステップから成ることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２９】
前記計算するステップが、前記選択した周波数または周波数帯域における前記プロービング信号の全強度を計算するステップから成ることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
前記計算するステップが、前記選択した周波数または周波数帯域における前記プロービング信号の位相を計算するステップから成ることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
（関連出願のクロスリファレンス）
本願は、米国暫定特許出願番号60/711,822、2005年8月26日出願の継続出願であり、同特許出願に基づいて優先権を主張し、その開示全体を参照し、参考文献として本明細書に含める。
【０００２】
１．発明の分野
本発明は、外部照射を用いて集積回路をプロービング（プローブ測定、プローブ検査）する装置及び方法に関するものである。
【０００３】
２．関連技術の説明
プロービングシステムは、現在技術において、集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）の設計及びレイアウトをテスト（試験）及びデバッグするために用いられてきている。ＩＣをプロービングするための種々のレーザーベースのシステムが、従来技術において知られている。従来技術のシステムでは、レーザービームを用いてＤＵＴを照射しつつ、テスト電気信号によってＤＵＴ（Device Under Test：被テストデバイス）を駆動する。そしてレーザービームはＤＵＴから反射し、この反射は、テスト電気信号に対するＤＵＴの応答に応じて攪乱される。そして反射ビームは、この反射ビームに対応する波形を有する電気信号に変換される。この波形はユーザーの分析用に表示される。
【０００４】
【特許文献１】米国特許USP 5,208,648
【特許文献２】米国特許USP 5,222,403
【特許文献３】米国特許USP 5,940,545
【非特許文献１】Yee, W.M. et al. “Laser Voltage Probe (LVP): A Novel Optical Probing Technology for Flip-Chip Packaged Microprocessors”
【非特許文献２】Bruce, M. et al. “Waveform Acquisition from the Backside of Silicon Using Electro-Optic Probing”
【非特許文献３】Kolachina, S. et al. “Optical Waveform Probing-Strategies for Non-Flipchip Devices and Other Applications”
【非特許文献４】Soref, R.A. and B.R. Bennett “Electrooptical Effects in Silicon”
【非特許文献５】Kasapi, S., et al. “Laser Beam Backside Probing of CMOS Integral Circuits”
【非特許文献６】Wilsher, K., et al. “Integrated Circuit Waveform Probing Using Optical Phase Shift Detection”
【非特許文献７】Heinrich, H.K. “Picosecond Noninvasive Optical Detection of Internal Electrical Signals in Flip-Chip-Mounted Silicon Integrated Circuits”
【非特許文献８】Heinrich, H.K., D.M. Bloom, and B.R. Hemenway “Noninvasive sheet charge density probe for integrated silicon devices”
【非特許文献９】Heinrich, H.K., D.M. Bloom, and B.R. Hemenway “Erratum to Noninvasive sheet charge density probe for integrated silicon devices”
【非特許文献１０】Heinrich, H.K., et al. “Measurement of real-time digital signals in a silicon bipolar junction transistor using a noninvasive optical probe”
【非特許文献１１】Hemenway, B.R., et al. “Optical detection of charge modulation in silicon integrated circuits using a multimode laser-diode probe”
【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”
【０００５】
本明細書では従来技術のある程度の説明は提供するが、米国特許USP 5,208,648、USP 5,222,403、及びUSP 5,940,545も参考になり、これらの特許はその全文を参考文献として本明細書に含める。追加的な関連情報は、次の文献に見出すことができ、その全文を参考文献として本明細書に含める：
Yee, W.M. et al. “Laser Voltage Probe (LVP): A Novel Optical Probing Technology for Flip-Chip Packaged Microprocessors”, International Symposium for Testing and Failure Analysis (ISTFA), 2000年、3〜8ページ；
Bruce, M. et al. “Waveform Acquisition from the Backside of Silicon Using Electro-Optic Probing”, International Symposium for Testing and Failure Analysis (ISTFA), 1999年、19〜25ページ；
Kolachina, S. et al. “Optical Waveform Probing-Strategies for Non-Flipchip Devices and Other Applications”, International Symposium for Testing and Failure Analysis (ISTFA), 2001年、51〜57ページ；
Soref, R.A. and B.R. Bennett “Electrooptical Effects in Silicon”, IEE Journal of Quantum Electronics, 1987年, QE-23(1): 123〜129ページ；
Kasapi, S., et al. “Laser Beam Backside Probing of CMOS Integral Circuits”, Microelectronics Reliability, 1999年, 39: 957ページ；
Wilsher, K., et al. “Integrated Circuit Waveform Probing Using Optical Phase Shift Detection”, International Symposium for Testing and Failure Analysis (ISTFA), 2000年、479〜485ページ；
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): 162〜172ページ；
Heinrich, H.K., D.M. Bloom, and B.R. Hemenway “Noninvasive sheet charge density probe for integrated silicon devices”, Applied Physics Letters, 1986年, 48(16): 1066〜1068ページ；
Heinrich, H.K., D.M. Bloom, and B.R. Hemenway “Erratum to Noninvasive sheet charge density probe for integrated silicon devices”, Applied Physics Letters, 1986年, 48(26): 1811ページ；
Heinrich, H.K., et al. “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): 650〜652ページ；
Hemenway, B.R., et al. “Optical detection of charge modulation in silicon integrated circuits using a multimode laser-diode probe”, IEEE Electron Device Letters, 1987年, 8(8): 344〜346ページ；
A. Black, C. Courville, G. Schultheis, H. Heinrich “Optical Sampling of GHz Charge Density Modulation in Silicon Bipolar Junction Transistors”, Electronics Letters, 1987年, Vol. 23, No. 15, 783〜784ページ。
【０００６】
従来技術において用いられたテスト兼デバッグ技術は、ＬＩＶＡ（Light Induced Voltage Alteration：光誘導電圧修正）、ＴＩＶＡ（Thermally Induced Voltage Alteration：熱誘導電圧修正）、ＣＩＶＡ（Charge Induced Voltage Alteration：電荷誘導電圧修正）、ＸＩＶＡ（Externally Induced Voltage Alteration：外部誘導電圧修正）、ＯＢＩＣ（Optical Beam Induced Current：光ビーム誘導電流）、ＯＢＨＩＣ（Optical Beam Heat Induced Current：光ビーム熱誘導電流）、及びＯＢＩＲＣＨ（Optical Beam Induced Resistance Change：光ビーム誘導抵抗変化）を含む。これらの技術はＤＵＴをプロービングして、ＤＵＴ内の特定のデバイスまたは構造の特性の変化を検出し、これにより、ＤＵＴの性能を損なうか性能に悪影響しやすい故障または領域を検出する。これらの技術によれば、レーザービームを用いてＤＵＴを照射しつつ電気信号によってＤＵＴを駆動し、これにより、加熱、キャリア生成、あるいは両者を生じさせる。その結果、ＤＵＴからの電気出力が攪乱され、この攪乱は検出され分析される。即ち、これらの技術の下では、レーザービームは攪乱力として用いられるに過ぎないが、その検出はＤＵＴからの電気出力を分析することによって行われる。
【０００７】
図１は、従来技術によるレーザーベースのシステム・アーキテクチャの主要構成要素を示す概略図である。図１では、破線の矢印は光路を表わし、実線の矢印は電気信号路を表わす。破線で表わす光路は一般に、光ファイバーケーブルを用いて形成される。プロービングシステム１００は、モード同期レーザー源ＭＬＬ（Mode-Locked Laser）１１０、光学ベンチ１１２、及びデータ捕捉分析装置１１４を具えている。光学ベンチ１１２は、ＤＵＴ１６０を装填するための器材、及びビーム光学系１２５を具えている。ビーム光学系１２５は、ビームを成形するための種々の要素を含むことができ、これらをまとめてビーム操作光学系ＢＭＯ（Beam Manipulation Optics）１３５として示し、そして、ビームをＤＵＴ上で位置決め及び／または走査を行うための要素、例えばレーザー走査型顕微鏡ＬＳＭ（Laser Scanning Microscope）１３０を含むことができる。コンピュータ１４０または他の装置を用いて、電力及び／または信号１４２をＤＵＴ１６０に供給することができ、そしてコンピュータ１４０または他の装置は、トリガ及びクロック信号１４４を、モード同期レーザー源１１０及び／または分析装置１１４に供給することができる。分析装置１１４はワークステーション１７０を含み、ワークステーション１７０は、信号捕捉ボード１５０及び光学ベンチ１１２からのデータを制御並びに受信し、処理し、そして表示する。
【０００８】
コンピュータ１４０は通常のＡＴＥ（Automated Testing Equipment：自動テスト装置、Automated Testing and Evaluation：自動テスト兼評価装置としても知られている）、とすることができ、動作中にテストベクトルを発生し、これらのテストベクトルはＤＵＴに電気的に供給される。また、ＡＴＥは、レーザービームを放出するモード同期レーザー源に同期信号を送信する。そしてビーム光学系１２５は、ＤＵＴ上の種々の位置にビームを指向させて照射する。このビームはＤＵＴから反射するが、この反射は上記テストベクトルに対するＤＵＴの応答によって攪乱される。この攪乱反射は光検出器１３６によって検出され、アナログ信号に変換される。このアナログ信号は信号捕捉ボード１５０によって捕捉されてコンピュータ１７０に供給され、コンピュータ１７０において、ＤＵＴからの攪乱反射に対応する波形として表示される。波形のタイムライン（時系列線）とＡＴＥのタイムラインとの相関をとることによって、ＤＵＴの応答を分析することができる。
【０００９】
図１に示す構成は現在技術では良好に用いられているが、ＤＵＴの動作及び特性に関するさらなる情報を提供することのできる新たなシステムの探求が絶えず行われている。従って、現在技術では、チップ設計のさらなる調査を可能にすべく改善されたＤＵＴのレーザープロービングを可能にするシステムの必要性が存在する。
【００１０】
（発明の概要）
本発明の種々の好適例は、ＤＵＴをレーザープローブ測定して、選択位置または領域、あるいはＤＵＴ全体の変調情報を提供する装置及び方法を提供する。
【００１１】
本発明の種々の好適例によれば、ＤＵＴのプロービングを、刺激信号をＤＵＴに供給し、かつＤＵＴをレーザービームで照射することによって行う。このレーザービームの反射を集光し分析して、選択した位置における反射の、振幅、強度、及び位相のうちの１つ以上を提供する。
【００１２】
本発明の種々の好適例によれば、ＤＵＴのプロービングを、刺激信号をＤＵＴに供給し、かつＤＵＴをレーザービームで照射することによって行う。このレーザービームの反射を集光し分析して、ＤＵＴの選択領域内の各点における反射の振幅、強度、及び位相のうちの１つ以上の空間マップ（空間内の分布地図）を提供する。
【００１３】
本発明の種々の好適例は、デバイスの活性（アクティブ）領域から反射したレーザービーム上に生じる信号を分析することによって集積回路内の故障を見出す。この分析は、特定帯域のＲＦ（Radio Frequency：無線周波数）パワーを検出し、ＲＦ信号の同期及び直角成分を復調し、そして、固定位置における結果、または生じた効果の空間マップを作成することによる結果のいずれかを表示することを含むことができる。この技術は、既知の良好なダイからの信号と被検査のダイからの信号とを比較することを含むこともできる。
【００１４】
本発明の種々の好適例は、集積回路内の絶縁故障の問題を、回路への物理的な接触を行うことなしに解決することができる。特に、これらの好適例は、テスターまたは刺激ボードからの同期検出を必要とせずに、ゲート間の抵抗性の故障を隔離することができる。
【００１５】
本発明の種々の好適例によれば、変調マップ表示を提供する装置が提供される。この装置は、レーザー源、レーザービームとＤＵＴとの間の相対移動を行う移動メカニズム、ＤＵＴから反射した変調レーザー光を集光するための光検出器及び適切な電子回路を含む信号捕集メカニズム、及び選択した期間中にＩＣの選択領域上で集光した変調レーザー光から成る空間変調マップを表示する表示メカニズムを含むことができる。
【００１６】
本発明の１つの好適例では、変調マップ表示を提供する装置が提供され、ここでは、スペクトラムアナライザ（スペクトル分析器）を用いて変調マップ表示を生成する。
【００１７】
本発明の他の好適例では、変調マップ表示を提供する装置が提供され、ここでは、ロックイン増幅器を用いて変調マップ表示を生成する。
【００１８】
本発明の種々の好適例は、選択領域を走査してこの走査領域の画像を得るべく動作可能であり、かつ選択領域を走査してこの走査領域から変調信号を得るべく動作可能な走査メカニズムも提供する。そして生成された画像を用いて変調信号を正規化し、正規化した変調信号を用いて、正規化された変調マップ表示を生成する。
【００１９】
本発明の他の好適例では、レーザープロービングを用いて集積回路のマイクロチップをテストするシステムが、レーザービームを供給するレーザー源と；このレーザービームを受光し、このレーザービームを前記マイクロチップ上の選択スポット（点）上に集束させるビーム光学系と；前記マイクロチップから反射したレーザー光を受光して電気信号を供給する光センサ（フォトセンサ）と；前記光センサからの電気信号を受信して出力信号を供給する捕集電子回路と；前記出力信号を受信して全パワー信号を供給する分析システムとを具えている。
【００２０】
本発明の１つの態様によれば、集積回路（ＩＣ）をテストする方法が提供され、この方法は：前記ＩＣをテスト信号で刺激するステップと；前記ＩＣをレーザービームで照射するステップと；前記ＩＣからのビーム反射を集光するステップと；このビーム反射を電気的なプロービング信号に変換するステップと；このプロービング信号の１つ以上の周波数または周波数帯域を選択するステップと；前記選択した周波数または周波数帯域における前記プロービング信号の全振幅、全強度、及び位相の少なくとも１つを計算するステップとを具えている。
【００２１】
本発明の他の態様及び特徴は、本明細書に記載の種々の実施例の説明より明らかになり、これらの実施例は請求項に係る発明の範囲内に入る。
【００２２】
本明細書では本発明を、図面に例示したその特定実施例を参照して説明する。しかし、図面に示す種々の実施例は例示に過ぎず、請求項に規定する本発明を限定するものではないことは明らかである。
【００２３】
（実施例の詳細な説明）
本発明の種々の実施例は、集積回路をテストする装置及び方法を提供する。知られているように、集積回路はトランジスタのような能動デバイスを含む。本発明は、トランジスタが活性（アクティブ）である際に、このトランジスタは、このトランジスタの活性領域を照射する光ビームを変調することができる、という発明者の観察に基づくものである。この変調の強度は、トランジスタに印加された電圧に対するトランジスタの応答に依存する。結果的に、レーザービームが活性領域を照射すると、その反射光は、この活性領域の印加電圧に対する応答に応じて変調される。他方では、ビームが不活性領域を照射すると、その反射光は変調されない。従って、ビーム反射の検討は、活性領域の印加電圧に対する応答に関する情報を提供することができる。なお、本明細書の説明はレーザービームの使用を参照するが、許容できる信号対雑音比（ＳＮＲ：Signal to Noise Ratio）での検出を可能にするのに十分なエネルギーのものであり、かつ相互作用を可能にするのに十分なくらい単色である限り、他の光源を使用することもできる。
【００２４】
今までは、技術者は反射レーザー光の時間ベースの波形を検討してきた。こうした検討は有用な情報を提供するが、本発明の発明者は、反射光の他の検討によってさらなる見識が得られるものと見た。より詳細には、本発明の発明者は、ＤＵＴの機能性に関する情報は、ＤＵＴ上の各選択位置における反射ビームの振幅、強度、旋光、及び／または位相を検討することによって得ることができるものと見た。以下の説明は、こうした検討を可能にする種々の具体例を提供する。
【００２５】
以下、本発明の一実施例を図２を参照しながら詳細に説明する。本実施例では、ＤＵＴにテスト信号２４２を、例えばＰＣ（パーソナルコンピュータ）２７０から供給する。吹き出し２４８で示すように、この信号は選択した周波数φの単純な方形波とすることができる。同時に、レーザー源２０２はレーザービーム２０４を供給する。この特定例では、調整可能な波または連続波（ＣＷ：Continuous Wave）のレーザー源を用いることができるが、パルスレーザー源またはモード同期レーザー源のような他のレーザー源を用いることもできる。随意的に、ビームスプリッタ２０６を設けて、ビームの小部分、例えば５％を、随意的な光検出器２０８に向けて反射させる。光検出器２０８の出力を用いて、レーザー源２０２の適正な動作を監視する。この特徴は有益であるが、本発明の動作にとって必要ではない。そしてレーザービームを調整し、ビーム光学系２１２によってＤＵＴ２６０上に指向させる。ビーム光学系２１２は、ビームを集束させ所望の特性に調整するためのビーム操作光学系ＢＭＯ２３５を含むことができる。ビーム光学系２１２は、ビームをＤＵＴ上で位置決め及び／または走査を行うための要素２３０を含むこともできる。こうした要素は例えばＬＳＭ（レーザー走査型顕微鏡）とすることができる。他方では、位置決めまたは走査メカニズムを用いるのではなく、ビームを静止にしてＤＵＴを移動または走査するための器材を設けることができる。このことは例えば、可制御のＸ−Ｙステージとして機能するＤＵＴホルダー２３２を構成することによって達成することができる。本質的には、ビームとＤＵＴとの間の相対移動を可能にするあらゆる構造が許容される。
【００２６】
ＤＵＴからの反射ビームはビーム光学系２１２によって制御され、光検出器２３６に向けて指向される。光検出器２３６は、通常はアナログ電気信号で出力を供給し、この出力は反射した光ビームを表現する。光検出器２３６の出力のＡＣ（交流）成分（一般にＲＦ）は、増幅器２６４（例えばＲＦ増幅器）によって増幅され、増幅された信号はスペクトラムアナライザ２４６に供給される。ユーザーは特定周波数または特定周波数帯域を選択し、スペクトラムアナライザは、この特定周波数または周波数帯域において受信した全パワーＴＰを出力する。より詳細には、吹き出し２４４に示すように、増幅された信号は周波数ｆ上でパワーＰの図のような広がりを有する。ユーザーは単一周波数ｆ0を選択し、スペクトラムアナライザは、選択した周波数におけるパワーＰ0を提供する。あるいはまた、ユーザーは周波数帯域Δｆを選択することができ、この場合には、スペクトラムアナライザは選択した帯域についての全エネルギーの値を出力する。ピークパワーが観測される周波数ｆ0は、ＤＵＴへの入力信号の周波数φに関係することは明らかである。反射パワーがＰRによって与えられ、周波数がｗ0であり、そして周波数帯域の幅がΔｗである際には、積分した全パワーは次式(1)によって与えられる：
【数１】
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【００２７】
スペクトラムアナライザ２４６からの全パワー出力ＴＰは、指定期間にわたって例えばフレームグラバー（フレーム画像蓄積器）２７６によって捕集され、そして結果的な値が、例えばＰＣ２７０のディスプレイ２７４上でユーザーに提供される。ある期間にわたる捕集は、スペクトラムアナライザの出力を指定期間にわたって積分することによって効果的に得ることができる。明らかなように、本実施例では、従来技術において行われているように波形を提示するのではなく、スペクトラムアナライザを用いて、反射レーザービームの選択した周波数または周波数帯域におけるパワーの総量を測定する。明らかなように、この分析を実行するためには、単純な方形波のような単純なテスト信号で十分である。結果的に、このテストについては、高価なＡＴＥを採用する必要性は存在しない。むしろ、ＰＣ２７０を用いてテスト信号を発生することができる。
【００２８】
図２に示すように、光検出器２３６の信号のＤＣ部分はビデオ増幅器２６６に入力することができる。ビデオ増幅器２６６の信号を用いてビデオ画像を生成して、ＤＵＴ上のナビゲーション（進路案内）を可能にすることができる。これに加えて、本実施例の特徴によれば、ビデオ増幅器からの信号を用いて、スペクトラムアナライザからの信号を正規化することができる。この特徴は、ＤＵＴの選択領域の走査を実行して変調マップを作成する際に特に有益である。この変調マップは空間的なマップであり、このマップ上に、選択した周波数または周波数帯域における全パワーを走査領域内の位置毎に示す。ビデオ増幅器からの信号を用いて、正規化した変調マップ、即ち、選択した周波数または周波数帯域における全パワーをビデオ画像信号によって正規化したものを走査領域上の位置毎に示した空間マップを作成することができる。
【００２９】
図３に、本発明の他の実施例を示す。明らかなように、図３の実施例は、スペクトラムアナライザがロックイン増幅器に置き換わっていること以外は、図２の実施例と同様である。従って、図３の実施例の説明はロックイン増幅器の特徴に限定し、図２と同様の要素はすべて図２と同じ参照文字で示す。図に示すように、ＡＣ増幅器２６４からの信号はロックイン増幅器２４７に供給される。これに加えて、ロックイン増幅器２４７には基準信号も供給される。概要は、反射検出信号がＩR(ｔ)によって与えられ、基準信号がＬ(ｔ)によって与えられ、両信号が互いに乗算されて積分され、従ってロックイン増幅器２４７の出力は次式(2)によって与えられる：
【数２】
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【００３０】
周波数θの基準信号は、一般にＡＣ増幅器２６４が出力するＡＣ信号の周波数と同じ周波数に設定されるが、選択量Δφだけ位相シフトされている。明らかなように、周波数θはテスト信号の周波数φに関係する。式(2)及び図３に示すように、ロックイン増幅器２４７では、信号はまず互いに乗算され（２４１）、そして結果的な積が積分される（２４３）。そしてロックイン増幅器２４７の出力はフレームグラバー２７６によって捕集され、規定した期間毎に全パワーの値が生じる。この値を用いてＤＵＴの挙動を分析することができる。図２の実施例におけるように、ＤＵＴの選択領域内の多数の位置に対する全パワー値を取得し空間的にプロットして、変調マップ、即ち、選択領域の位置毎に全パワー値を示した空間マップを提供することができる。また、図２の実施例におけるように、ＤＵＴの画像を取得し、これを用いてパワー値を正規化して、正規化されたパワーマップを構成することができる。
【００３１】
図３の実施例は、反射光中の位相シフトを見ることによってＤＵＴ内の故障を見つけるために用いることもできる。より詳細には、特定ノードから能動素子への接続に故障がある際には、能動素子に到達するテスト信号に遅延が生じ得る。このことを図４に示し、ここでは故障４０５を、能動素子４００と４１０の間の抵抗素子として示す。こうした環境下では、能動デバイス４１０は、一旦信号を受信すると応答するが、この応答は時間的に遅延する。こうした故障は、ＯＢＩＲＣＨまたはスタティックエミッションのような従来の技術を用いて容易に検出することができず、そしてダイナミックエミッション・テスターを用いて検出するためには、ＡＴＥのようなテスターとの正確な同期を必要とする。しかし、図３の実施例を用いれば、同期は必要なく、そしてテスト信号は単純な正弦波または方形波信号とすることができる。
【００３２】
テスト信号が、正弦波または方形波信号のような周期的なフォーマットである際には、故障した接続は、デバイスに到達する信号に遅延を生じさせ、デバイスは遅延を以って応答する。結果的に、レーザービームがデバイスを照射すれば、反射ビームはテスト信号と同じ周波数で周期的に変調されるが、位相シフトされる。この位相シフトは図３の実施例を用いて検出することができる、というのは、ロックイン増幅器への入力信号における位相シフトは、入力信号と基準信号との乗算から生じる積信号に変化を生じさせるからである。ロックイン及び周波数復調技術は現在技術において周知である。
【００３３】
図３の実施例の動作は、図５ａ〜５ｅのプロットを参照した以下の説明から理解することができる。テスト信号が図５ａに示すような周波数Θ(ωt)の正弦波であるものと仮定すれば、反射レーザービームは同じ周波数で変調され、ロックイン増幅器への信号入力も周波数Θを有する。基準信号も周波数Θの正弦波であり、かつ入力信号と同位相であれば、入力信号と基準信号との乗算は図５ｂのプロットに示す信号を生じさせる。しかし、基準信号がπ／２だけ位相シフトされていれば、結果的な積は図５ｃに示すようになり、これを積分すれば０になる。従って、基準信号は同じ周波数であるがπ／４だけ位相シフトさせて設定することが有益であり、結果的な積を図５ｄに示す。従って、レーザービームを活性領域上に置く際に常に、結果的な積は図５ｄに示すようになり、この積の指定期間にわたる積分は所定値となる。この値を表示し、既知の適正に機能する領域から算出するか実験的に得られた既知の値と比較するか、あるいは、同一または異なるＤＵＴ上の異なる活性領域から得られた値と比較することができる。上記積分の値が許容量より大きく外れていれば、当該活性領域が故障しているという印を付ける（フラグを立てる）ことができる。
【００３４】
前に説明したように、活性領域への接続が故障していれば、このことは活性領域によるテスト信号の受信に遅延を生じさせ得る。こうした環境下では、反射レーザービーム上のＲＦ信号は位相シフトされる。図５ｅのプロットに示すように、基準信号は、適正な、シフトされていない検出器信号からπ／４だけシフトされた状態に保たれる。しかし、反射ビームからの信号も、この例ではπ／２だけシフトされていれば、結果的なプロットは図の縦方向に移動し、このことは積分値に変化を生じさせる。この変化を用いて、ＤＵＴ上の故障した活性領域を検出することができる。
【００３５】
図６ａに、本発明の、反射光強度をマップ表示するシステムを用いて得られた集積回路内のトランジスタの画像を示し、即ち、この画像は前記ビデオ増幅器からの出力を用いて構成されている。一般的な反射率マップであるこの画像では、より高いグレースケール（明暗度）値がより高い反射率を示す。他方では、図６ｂは変調マップを示し、ＤＵＴ内の種々のデバイスの、対象とする特定周波数における動作を示す。この特定例では、変調データは図６ａの画像と同時に捕捉され、スペクトラムアナライザを用いている。この変調画像では、より高いグレースケール値がより大きい変調の信号、即ち活性領域を示す。この例では、ＤＵＴを100MHzのクロックで駆動し、スペクトラムアナライザは100MHzの周波数に調整している。
【００３６】
【特許文献４】米国特許出願番号11/169,423
【００３７】
図７に、本発明の他の実施例を示す。以上の説明から明らかなように、図２及び３は主にレーザービームの振幅変調に頼る。図７の実施例は、レーザービームの位相変調を検出すべく設計されている。従って、図７のシステムは図２及び３のシステムと同様であるが、図７の実施例は位相−振幅変換器２３２も使用する。位相−振幅変換器２３２の出力は光検出器２３６に供給され、ＲＦ増幅器２６４によって増幅される。そして増幅された信号は分析器（アナライザ）２４８に供給され、分析器２４８は、図２及び３を参照して説明したように、スペクトラムアナライザ、ロックイン増幅器、等とすることができる。位相−振幅変換器２３２は、マイケルソン干渉計、空間差分干渉計、時間差分プローバー（プローブ測定器）、等のようなあらゆる通常の変換器とすることができる。こうしたシステムは、本願と同一出願人に権利付与されている米国特許出願番号11/169,423に記載され、その全文を参考文献として本明細書に含める。
【００３８】
図８に、本発明の他の実施例を示す。図８の実施例は、偏光差分プロービング（ＰＤＰ）光学系８００を位相−振幅変換器として使用すること以外は図７の実施例と同様である。このシステムは次のように動作する。ＤＵＴ８６０を刺激装置８６２からのテスト信号で刺激し、刺激装置８６２は独立型（スタンドアロン）装置、あるいはコンピュータ８７０の一部とすることができる。刺激装置８６２が独立型装置である場合には、図に示すように、コンピュータ８７０と刺激装置８６２との間に通信リンクを設けることが有益である。ＤＵＴが刺激される間に、レーザー源８０２はレーザービーム８０４を供給する。随意的に、レーザービーム８０４の小部分を偏光ビームスプリッタ８０６によって偏向させ、光検出器８０８によって検出して、レーザー源８０２の動作を監視する。
【００３９】
残りのレーザービーム８０４は偏光ビームスプリッタ８０３を通過してファラデー回転子８０５に入る。そしてこのビームは他の偏光ビームスプリッタ８０６を通過する。ビームスプリッタ８０６の存在時には、ビームは実際には、直交する２つの偏光状態から成るか、あるいは、同位置に存在し互いに９０°偏光した２本のビームから成る。そして両方のビームが走査メカニズム８３０に入り、走査メカニズム８３０は、ＬＳＭ、ＡＯＤ（Acoustic-Optical Deflector：音響光学偏向器）、走査レンズ、チューブ（管）レンズ、等とすることができる。本実施例ではＬＳＭ８３０を用い、ＬＳＭ８３０はコンピュータ８７０によって制御される。そしてビーム８０４は可変リターダ（位相遅延器）８０７を通過し、可変リターダ８０７は上記２本のビームの一方のみを遅延させる。図８ではこのビーム・リターデーション（位相遅延）を図式的に二重矢印で示す。そして両方のビームが対物レンズ８０９を通過してＤＵＴ８６０に入る。対物レンズ８００は単純な単レンズとするか、あるいは固体浸漬レンズ（ＳＩＬ：Solid Immersion Lens）８１１を含む組合せレンズとすることができる。
【００４０】
一方または両方のビームが、ＤＵＴ上での反射によって変調され得るが、以下でさらに説明するように、発明者は、これらのビームが異なる量だけ変調されることを観測した。反射したビームは対物レンズ８０９を通過して可変リターダ８０７に入り、ここで追加的なリターデーションがもたらされる。走査器８３０を通過した後に、各ビームの半分が偏光ビームスプリッタ８０６によって光検出器８３６に向けて偏向され、残りの半分はファラデー回転子８０５を通過し、偏向子ビームスプリッタ８０３によって光検出器８３７に向けて偏向される。本実施例では、各光検出器がアバランシェ（avalanche）フォトダイオードである。光検出器８３６からの出力はバイアス回路Ｔ１に供給され、光検出器８３７からの出力はバイアス回路Ｔ２に供給される。随意的に、上記出力信号のＤＣ成分を、ビデオ増幅器８６６及びフレームグラバー８７６の経路を通してＤＵＴの画像を生成する。他のオプションは、バイアス回路Ｔ２の信号のＤＣ成分もビデオ増幅器８６７及びフレームグラバー８７６の経路を通してＤＵＴの他の画像を生成することである。各信号のＡＣ部分はＲＦ増幅器８６４、８６８によって増幅され、セレクタ８７７に供給される。セレクタ８７７は、両方の信号、Ｔ１からの信号のみ、Ｔ２からの信号のみの和／差を出力として供給することができる。そしてセレクタ８７７の出力は分析器８４８に供給され、図２及び３について説明したように、分析器８４８は、スペクトラムアナライザ、ロックイン増幅器、等とすることができる。
【００４１】
図９に、位相検出用の偏光差分プロービング（ＰＤＰ）モードを示し、このモードは図７及び８の実施例において採用することができる。単一変調レーザー源からのレーザービーム９２０は、ビーム光学系９２５によって、直交する２本の偏光レーザービーム９２２、９２４に分割される。両方のビーム９２２、９２４は同じ光路を通るが、図に黒丸点（ドット）及び矢印で示す互いに直交する直線偏光状態を有する。ＤＵＴ上の２つの異なる位置を参照ビーム及びプロービングビームで照射する通常の偏光方式とは異なり、本実施例では、両方のビームをＤＵＴ９１０上の同一点９３２上に入射させる。また、２本のビームを時間的に分割する従来技術の偏光方式とは異なり、本実施例では、両方のビームをＤＵＴ９１０上にほぼ同時に入射させる。最適な効果のために、ビーム９２２、９２４の偏光方向は、ＤＵＴ９１０内のトランジスタのゲート幅及び長さ方向に合わせる。この偏光差は、２本のビームがＤＵＴと相互作用した後にこれらのビーム間に位相変調差を生じさせ、これについては以下に図１０を参照しながら説明する。２本のビームは、ＤＵＴとの相互作用の後に干渉（９２６）して、これらのビームの位相差（変分）が振幅差（変分）に変換され、この振幅差は光検出器を用いて検出することができる。差分検出方式を随意的に用いて、信号変調を増加させることができる。
【００４２】
図１０に、ＣＭＯＳデバイスの非対称構造に起因して、ＣＭＯＳトランジスタにおいて、レーザープロービングの信号変調が本質的に偏光に敏感である理由を示す。レーザービーム１０２０は、底部から（シリコン基板を通って）入射する。フランツ−ケルディッシュ（Franz-Keldysh）効果（電子吸収／屈折）効果を最大にするために、レーザービームの偏光状態は、トランジスタのゲート／ドレイン領域内の強い変調電界の方向と平行に、即ち、ゲートの長さ方向に（図１０のＥxに沿って）合わせるべきである。他方では、プラズマ−光効果は、レーザービームがゲート下に誘導される電荷キャリアを動かすことを要求する。電荷キャリアはゲートの幅方向の制約の方がより小さいので、Ｅyに沿って偏光したレーザービームがこの効果に最も敏感であるべきである。実際に、レーザービームは、その偏光ベクトルがＥyに沿って方向合わせされた際に最も強く変調されることが判明している。これらの効果を用いて、発明者は、従来技術の干渉方式の構成とは異なり、参照ビームはプロービング光路と分離した参照光路を通過する必要はない、ということを認識した。むしろ、参照ビーム及びプロービングビームの両方を、同一光路を通過させ、ＤＵＴ上の同一点上にほぼ同時に向け、かつ、ＤＵＴの応答と刺激信号との相関をとる干渉方式の効果をなおも得ることが可能である。もちろん、当業者にとって明らかなように、本明細書での「参照ビーム」及び「プロービングビーム」という用語の使用は便宜目的のみである、というのは、従来技術とは異なり、本発明では、両方のビームが、検査すべき全く同じ領域をほぼ同時に照射し、従って、この意味では、各ビームは参照ビーム及びプロービングビームの両方になり得ることは明らかであるからである。
【００４３】
図１１に、本発明の実施例による共通光路ＰＤＰ光学装置を示す。実際には、入射ビームと反射ビームとは同一素子を通過するが、わかりやすくするために、図では２つの光路に分けて示し、即ち、各光学素子は二度示す。上部の光路はレーザー源から出る入射ビームの光路であり、下部の光路は反射ビームの光路である。入射ビームは図の左から右に進む。ビーム光路に沿った縦方向の矢印は垂直に偏光したビームを示し、黒丸点（ドット）は水平に偏光したビームを示す。斜めの矢印は、垂直方向を外れてある角度に直線偏光したビームを示す。黒丸点と矢印との間隔は、上記２本のビーム間の位相差を表わす。
【００４４】
変調レーザー源からのビームは、第１偏光ビームスプリッタＰＢＳ１に入り、これによりビームの一部は光センサ１１１０に向けて偏向される。この偏向分は５％位に設定することができる。センサ１１１０の出力を用いてビームの強度を監視し、センサ１１１０はＰＤＰ光学系の一部ではなく、随意的な強度モニター（監視装置）である。１番目のＰＢＳ立方体（ＰＢＳ１）を通過したビームの残りの部分は、第２偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ２）に入り、第２偏光ビームスプリッタは垂直方向のビームのみを通過させるように配向されている。ビームの偏光状態は所定量だけ回転され、これにより、垂直偏光ビームと水平偏光ビームとの重ね合わせと等価な旋光された偏光ビームが生成される。この例では、ビームは、ファラデー旋光器（ＦＲ：Faraday Rotator）の作用によって垂直方向から４５°旋光（回転）され、３番目のＰＢＳ立方体（ＰＢＳ３）は、この旋光されたビームを透過させるように配向されている。結果的に、この段階では、ビームは、両方のビームの振幅及び位相が互いに等しい垂直偏光ビームと水平偏光ビームとの重ね合わせと等価である。両ビームの振幅が等しく設定されていないとすれば、旋光は異なる角度になるはずである。入射光路中の、ＰＢＳ３とＶＲとの間にある破線の円は、４５°に偏光したビームと、一方が垂直に偏光し他方が水平に偏光した２本の等振幅の同期したビームとが等価であることを示す。明らかなように、特定用途向けには、この旋光は４５°以外にすることができ、この場合には、一方が垂直に偏光し他方が水平に偏光した２本の同期したビームと等価ではあるが、これらのビームは異なる振幅を有する。
【００４５】
そしてこれら２本のビームは、可変リターダＶＲに入る。可変リターダの高速軸及び低速軸はそれぞれ、垂直及び水平の偏光方向に合わせてある。従って、ＶＲを通過した後には、ビームは、空間的に一致し、等振幅で互いに直交して偏光した２本のビームから成り、これら２本のビームは互いに対して小量（ほぼπ／４）だけ位相シフト（遅延）されている。図ではこのことを、黒丸点が縦の矢印の少し手前にあることによって示し、これは、水平偏光したビームの垂直偏光したビームに対する位相遅延を表わす。そしてこれら２本のビームは、対物レンズＯＬによってＤＵＴ上の同一点上に集束される。ＤＵＴは、これら２本のビームの偏光方向が、トランジスタのゲートのそれぞれ長さ方向及び幅方向と合うように配向されている。ビームのＤＵＴとの相互作用は、一方のビームを他方のビームに対して小量だけ位相変調する。このようにして、ＤＵＴによって変調されたビームはプロービングビームと考えることができ、他方のビームは参照ビームと考えることができる。もちろん、従来技術の干渉計とは異なり、ここではどちらのビームも参照光路を通過せず、両方のビームが同一の光路を通過してプローブビング位置に至る。従って、前述したように、この意味では参照ビームもプロービングビームも存在しないが、便宜上、一方のビームを参照ビームと称し、他方のビームをプロービングビームと称する。
【００４６】
ビームがＤＵＴによって反射された後には（以下図１１の下部）、直線偏光した２本のビームは入射した光路を戻ってＶＲに至る。ＤＵＴによってビームにもたらされる位相変調は一般に、ＶＲを通過することによってもたらされる位相シフトよりもずっと小さく、従って図では明示しない。ＶＲを通過することによって、参照ビーム及びプロービングビームの２本の戻りビームに追加的な位相シフトがもたらされる（ここではほぼπ／２だけ位相シフトしている）。ＰＢＳ３では、各ビームの一部分が反射して光センサ１１２０に送られ、他の部分は透過する。ここでは、反射した部分どうしは同じ偏光状態にあるので干渉し、反射Ａ信号が発生する。一具体例では、光センサ１１２０のみを用い、その出力を受信電子回路によって捕集し分析し、これについては以下でより詳細に説明する。他の具体例によれば、上記透過部分を、ＦＲ及びＰＢＳ２の作用によって光路外に偏向させて、第２光センサによって検出する。透過した半分どうしも同じ偏向状態にあるので干渉し、反射Ｂ信号が発生する。この反射Ｂ信号は受信電子回路によって捕集され分析され、これについては以下でより詳細に説明する。
【００４７】
干渉条件の分析は、反射Ａ信号の強度が次式(3)によって与えられることを示す：
Ｒ(Ａ)∝(Ｅx／√２)2＋(Ｅy／√２)2−２[(Ｅx／√２)(Ｅy／√２)]Cos(θ＋δ)      (3)
【００４８】
ここに、項θは、可変旋光器ＶＲを２回通過することによってもたらされる静的な位相シフトであり、項δは、ＤＵＴがテストを受ける間に、ＤＵＴとの相互作用から生じる２本のビームの相対位相シフトであり、小さくかつ変動する。反射Ｂ信号についても同様に分析すれば、次式(4)が得られる：
Ｒ(Ｂ)∝(Ｅx／√２)2＋(Ｅy／√２)2＋２[(Ｅx／√２)(Ｅy／√２)]Cos(θ＋δ)      (4)
【００４９】
式(3)及び式(4)を図１２にプロットする。このプロットより、静的な位相シフトθを±π／２に設定すれば（往復ビームについては１／４波長の条件）、δの変化に対する最大感度が与えられ、２つの信号がほぼ等強度にされることは明らかである。この条件下では、式(3)及び(4)はそれぞれ、次式(5)及び(6)のように簡略化することができる：
Ｒ(Ａ)∝(1/2)Ｅx2＋(1/2)Ｅy2＋ＥxＥySin(δ)      (5)
Ｒ(Ｂ)∝(1/2)Ｅx2＋(1/2)Ｅy2−ＥxＥySin(δ)      (6)
従って、次式(7)のようになる：
Ｒ(Ａ)−Ｒ(Ｂ)∝２ＥxＥySin(δ)      (7)
【００５０】
従って、原則的には、これら２つの反射信号どうしを減算すれば、その大きなＤＣ成分、及びこれに伴うノイズ（雑音）、例えばレーザーのパワー変動によるノイズが除外され、かつ信号変調は倍増される。結果的に、この差分信号検出モードを用いると、改善された信号対雑音比（ＳＮＲ：Signal-to-Noise Ratio）が提供される。実際には、これらの信号どうしを減算する代わりに、一方の信号を他方の信号でディジタル的に除算することを実行する、というのは、この方が不平衡な反射信号に対してより許容性があるからである。
【００５１】
明らかなように、参照ビーム及びプロービングビームの両方が同一の光路を通ってＤＵＴ上の同一位置にほぼ同時に向かうので、このことは、この方式が従来技術の干渉方式のシステムよりも良好な位相ノイズ耐性を有することを意味する。明らかに、両方のビームに、同じ振動及び光学的損失がもたらされる。このことは、干渉計の２本のアームの能動的な振動補償、光路長整合、及びパワー整合の必要性をなくすか低減する。これに加えて、テストする位置毎に参照ビーム用の第２位置を見つける必要性が存在しない。むしろ、両方のアームが常にテストする位置を向く。従って、参照ビームとプロービングビームとの別個の空間的制御を導入する必要性も存在しない。複雑なビームの時間シフト（ずらし）及びシフト戻し用光学系、及び信号強度を時間分解能と結び付ける必要性も存在しない。結果的に、本発明の共通光路のＰＤＰ装置は、位相検出が必要な多数の用途に用いることができ、振動ノイズの大幅な低減を提供し、システムの複雑性を低減し、そしてシステムの設定を簡略化する。
【００５２】
図８に戻って説明する。図に示す実施例は、２つの光センサＡＤＰ１及びＡＤＰ２を用いている。プロービング信号の光強度の増加に対し、これら２つのフォトダイオードを差分検出モードで用いることができる。差分検出モードの実施例によれば、一方のダイオードが正の進み信号をその増幅器入力において生成し、他方のダイオードは負の信号を生成する。このことは、図８に図式的に示すように、一方の光検出器、例えばＡＰＤ１に負のバイアスをかけ、他方の光検出器、例えばＡＰＤ２に正のバイアスをかけることによって行うことができる。本実施例では、これらのバイアスはそれぞれ、約-60V及び+60Vである。２つの出力信号を、例えばセレクタ８７７によって加算すれば、強調された差分信号が生成される。両方のＡＰＤの電流を監視すればＰＤＰの光学系のバランスをチェックする手助けとなる、というのは、ＰＤＰの可変位相板を、２つの電流モニター（監視装置）８９８及び８９４によって同じ電流が観測されるまで調整することができるからである。
【００５３】
反射率マップのナビゲーション中に、あるいは反射率マップを作成するために、一方のＡＰＤからの信号しか必要としない。図に示すように、各光センサからの信号はビデオ増幅器にも送られ、ビデオ増幅器は、処理及び表示用のビデオ出力信号を供給するしかし、一方の光検出器及び一方のビデオ増幅器からの信号のみを用いて反射画像を生成することができる。コントラスト制御を提供するために、可変リターダを変化させてリターデーションを調整し、画像コントラストを変化させて所望の結果にすることが有利である。これに加えて、両方のＡＰＤを用いて撮像を実行し、結果的な画像どうしを減算して差分画像を得ることができる。
【００５４】
本明細書に開示する、２つのＡＰＤを用いた種々の実施例では、ＡＰＤのゲイン（利得）を制御して、第１にＡＰＤの応答を平衡させ、第２に撮像を改善することが有利である。手動または自動で制御可能な可制御の可変電源を用いて、各ＡＰＤの電圧／ゲイン応答を決めることができる。そして、学習した電圧／ゲイン応答を用いて、対応する電源の適切な電圧を選択することによって、各ＡＰＤのゲインを所望値に制御することができる。システムを平衡させるために、次の手順を用いることができる。まず、各ＡＰＤの電源の電圧を、両方のＡＰＤが同じゲインを提供するように設定し、これにより、ＡＰＤの出力を平衡させる。あるいはまた、異なるゲイン回路を用いる場合には、この回路を、得られた平衡出力に平衡させるべきである。そして、両方のＡＰＤの電流出力が同じになるまで可変波長板を調整し、これにより光路を平衡させる。上記可変ゲインを用いて、撮像を改善することもできる。例えば、画像の走査が比較的暗い領域から比較的明るい領域に進む際には、画像を飽和させないようにＡＰＤのゲインを低減することができる。逆に、明るい領域から暗い領域に移動する際には、ゲインを増加させて改善されたコントラスト及びディテール（細部）を提供することができる。
【００５５】
図１３に、本発明の他の実施例のブロック図を示し、ここでは信号が個別にディジタル化される。このことは、信号の加算、減算、除算等を可能にする。そしてより大きい柔軟性（フレキシビリティ）も与える。例えば、反射Ａ／反射Ｂの比率は純粋なＰＤＰを提供するが、この装置は他の比率、例えば反射Ａ／入射ピックオフ（入射時信号）、及び／または、反射Ｂ／入射ピックオフを同時に可能にする。ユーザは種々の信号を試し、特定検査にとって最良の結果を提供するものを選定することができる。
【００５６】
図１３の実施例では、コンピュータ、例えばプログラムされたパーソナルコンピュータＰＣ１３００に、ディジタル信号処理カードＤＳＰ１３１０及びフレームグラバー１３２０を装備する。本実施例では、３つのチャンネルＣＨ１、ＣＨ２、及びＣＨ３がＤＳＰ１３１０に信号を供給する。チャンネルＣＨ１はオプションであり、レーザー源の動作を監視するために用いる。チャンネル１は光センサ１３３１を具え、光センサ１３３１は光ファイバーからの光信号を受信して電気信号を出力する。光センサ１３３１の電気出力は、トランスインピーダンス・ゲイン制御を有する電流−電圧変換器１３４１に供給される。そして電流−電圧変換器１３４１の出力は、ゲートオン信号に応答するゲート積分器１３５１に供給される。ゲート積分器１３５１からの信号は、ゲイン／オフセット制御を可能にする可変ゲイン／オフセット回路１３６１に供給される。そしてゲイン／オフセット回路１３６１からの信号は、アナログ信号をディジタル信号に変換するディジタル／アナログ変換器ＤＡＣ１３７１に供給される。可変ゲイン／オフセット回路１３６１は、ＤＡＣ１３７１に供給される信号がＤＡＣに入力範囲内に入ることを可能にする。本実施例では、内部サンプル／ホールド機能を有する１４ビットのＤＡＣ変換器を用いる。そしてディジタル出力をＤＳＰカード１３１０に供給して処理する。
【００５７】
図１３に示すように、チャンネルＣＨ１はレーザー源の出力を監視するために使用し、上述したようにピックオフ・ファイバーからの信号を受信する。他方では、チャンネルＣＨ２及びＣＨ３はプロービングに使用し、それぞれ反射Ａ信号及び反射Ｂ信号を受信する。これに加えて、これらのチャンネルの一方、この図ではチャンネルＣＨ３は、その電流−電圧変換器への出力をビデオ増幅器１３８０に供給し、ビデオ増幅器１３８０の出力をフレームグラバー１３２０に供給することによって撮像用にも使用することができる。ビデオ増幅器１３８０に供給されるブライトネス（明度）／コントラスト（あるいは黒レベル／ゲイン）信号によって画質を調整することができる。
【００５８】
チャンネルＣＨ２とＣＨ３の構成は同一にすることができる。各チャンネルは、光ファイバ及び光検出器１３３２、１３３３からの信号を受信し、光信号をアナログ信号に変換する。このアナログ信号はＲＦ増幅器１３５２、１３５３によって増幅され、分析器（アナライザ）１３６２及び１３６３に入力される。これらの分析器は、図２を参照して説明したスペクトラムアナライザ、あるいは図３を参照して説明したロックイン増幅器とすることができる。これらの分析器からの出力はディジタル化され、ＤＳＰカード１３１０に供給される。特に本実施例では、分析器からの信号はＤＳＰカードに入力される、というのは、ＤＳＰカードはフレームグラバーより高い解像度を提供することができるからである。このことは、ＤＵＴを可変の刺激信号で刺激しつつＤＵＴ上の単一スポット（点）に対するデータを捕捉する間に、ビームを固定のｘ−ｙ位置に設定することも可能にする。このことは、ＤＵＴ上の種々の位置について反復的に行うことができる。また、種々の異なる刺激信号に対して変調データを捕捉する際に、変調信号毎に１つずつの、一連の変調マップを作成することができる。これら一連のマップは、３Ｄ（三次元）プロットの形にプロットし、ＤＵＴの刺激パラメータは例えばＺ方向にプロットすることもできる。この３Ｄプロットの断面図を作成することによって、さらなる調査を実行することができる。これに加えて、各分析器の出力は２つ以上のチャンネルに入力することができる。このことは、例えば、ＤＵＴの選択領域上の振幅及び位相の刺激マップを提供することを可能にする。あるいはまた、一方のチャンネル、例えばＣＨ２を用いてパワーマップを作成し、他方を用いて位相マップを作成することができる。
【００５９】
本発明はその特定実施例を参照して説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されない。特に、当業者は、請求項に規定する本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変更及び変形を実現することができる。例えば、本明細書に記載のすべての実施例は、結果的なプロービング信号を既知のデバイスの信号と比較するか、あるいは、同じＤＵＴまたは異なるＤＵＴ上の他のデバイスから得られた信号と比較することによって利用することができる。これに加えて、以上で引用したすべての従来技術の参考文献は本明細書に含める。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】従来技術によるレーザーベースのＩＣプロービングシステム・アーキテクチャの主要構成要素を示す概略図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す図である。
【図４】ＤＵＴの２つの能動ノード間の故障を示す図である。
【図５】図５ａ〜図５ｅは、プロービング信号と基準信号との乗算を示すプロット図である。
【図６ａ】ＤＵＴの反射率マップを示す図である。
【図６ｂ】本発明の実施例により生成された変調マップを示す図である。
【図７】本発明の他の実施例を示す図である。
【図８】本発明のさらに他の実施例を示す図である。
【図９】本発明の実施例による位相検出用の偏光差分プロービング（ＰＤＰ）モードを示す図である。
【図１０】ＣＭＯＳデバイスの非対称構造に起因して、ＣＭＯＳトランジスタにおいて、レーザープロービングの信号変調が本質的に偏光に敏感である理由を示す図である。
【図１１】本発明の実施例によるＰＤＰ干渉計の光路を示す図である。
【図１２】ＰＤＰの両方の戻りビームを検出する利点を示すプロット図である。
【図１３】本発明の別な実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１００  プロービングシステム
１１０  モード同期レーザー源
１１２  光学ベンチ
１１４  データ捕捉分析装置
１１５  光路
１２５  ビーム光学系
１３０  レーザー走査型顕微鏡
１３２  光路
１３５  ビーム操作光学系
１３６  光検出器
１４０  コンピュータ
１４２  電力及び／または信号
１４４  トリガ及びクロック信号
１５０  信号捕捉ボード
１６０  ＤＵＴ
１７０  ワークステーション
２０２  レーザー源
２０４  レーザービーム
２０６  ビームスプリッタ
２０８  光検出器
２１２  ビーム光学系
２３０  ビーム位置決め／走査要素
２３２  ＤＵＴホルダー
２３５  ビーム操作光学系
２３６  光検出器
２４１  乗算
２４２  テスト信号
２４３  積分
２４６  スペクトラムアナライザ
２４７  ロックイン増幅器
２６０  ＤＵＴ
２６４  増幅器
２６６  ビデオ増幅器
２７０  パーソナルコンピュータ
２７４  ディスプレイ
２７６  フレームグラバー
４００  能動素子
４０５  故障
４１０  能動素子
８００  偏光差分光学系
８０２  レーザー源
８０３  偏光ビームスプリッタ
８０４  レーザービーム
８０５  ファラデー回転子
８０６  偏光ビームスプリッタ
８０７  可変リターダ
８０８  光検出器
８０９  対物レンズ
８１１  固体浸漬レンズ
８３０  走査メカニズム
８３６  光検出器
８３７  光検出器
８４８  分析器
８６２  刺激装置
８６４  ＲＦ増幅器
８６６  ビデオ増幅器
８６７  ビデオ増幅器
８６８  ＲＦ増幅器
８７０  コンピュータ
８７４  ディスプレイ
８７６  フレームグラバー
８７７  セレクタ
８９４  電流モニター
８９８  電流モニター
９１０  ＤＵＴ
９２０  レーザービーム
９２２  偏光レーザービーム
９２４  偏光レーザービーム
９２５  ビーム光学系
９２６  干渉
９３２  点
１０２０  レーザービーム
１１１０  光センサ
１１２０  光センサ
１１３０  光センサ
１３００  パーソナルコンピュータ
１３１０  ディジタル信号処理カード
１３２０  フレームグラバー
１３３１  光センサ
１３３２  光検出器
１３３３  光検出器
１３４１  電流−電圧変換器
１３５１  ゲート積分器
１３５２  ＲＦ増幅器
１３５３  ＲＦ増幅器
１３６１  可変ゲイン／オフセット回路
１３６２  分析器
１３６３  分析器
１３７１  ディジタル／アナログ変換器
１３７２  ディジタル／アナログ変換器
１３７３  ディジタル／アナログ変換器
１３８０  ビデオ増幅器
ＰＢＳ１  第１偏光ビームスプリッタ
ＰＢＳ２  第２偏光ビームスプリッタ
ＰＢＳ３  第３偏光ビームスプリッタ
ＦＲ  ファラデー旋光器
ＶＲ  可変リターダ
ＯＬ  対物レンズ
ＣＨ１  チャンネル１
ＣＨ２  チャンネル２
ＣＨ３  チャンネル３
【図１】
2007064975.tif 000005
【図２】
2007064975.tif 000006
【図３】
2007064975.tif 000007
【図４】
2007064975.tif 000008
【図５】
2007064975.tif 000009
【図７】
2007064975.tif 000010
【図８】
2007064975.tif 000011
【図９】
2007064975.tif 000012
【図１０】
2007064975.tif 000013
【図１１】
2007064975.tif 000014
【図１２】
2007064975.tif 000015
【図１３】
2007064975.tif 000016
【図６ａ】
2007064975.tif 000017
【図６ｂ】
2007064975.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成18年9月11日(2006.9.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
図７に、本発明の他の実施例を示す。以上の説明から明らかなように、図２及び３は主にレーザービームの振幅変調に頼る。図７の実施例は、レーザービームの位相変調を検出すべく設計されている。従って、図７のシステムは図２及び３のシステムと同様であるが、図７の実施例は位相−振幅変換器２３１も使用する。位相−振幅変換器２３１の出力は光検出器２３６に供給され、ＲＦ増幅器２６４によって増幅される。そして増幅された信号は分析器（アナライザ）２４８に供給され、分析器２４８は、図２及び３を参照して説明したように、スペクトラムアナライザ、ロックイン増幅器、等とすることができる。位相−振幅変換器２３１は、マイケルソン干渉計、空間差分干渉計、時間差分プローバー（プローブ測定器）、等のようなあらゆる通常の変換器とすることができる。こうしたシステムは、本願と同一出願人に権利付与されている米国特許出願番号11/169,423に記載され、その全文を参考文献として本明細書に含める。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
図１３の実施例では、コンピュータ、例えばプログラムされたパーソナルコンピュータＰＣ１３００に、ディジタル信号処理カードＤＳＰ１３１０及びフレームグラバー１３２０を装備する。本実施例では、３つのチャンネルＣＨ１、ＣＨ２、及びＣＨ３がＤＳＰ１３１０に信号を供給する。チャンネルＣＨ１はオプションであり、レーザー源の動作を監視するために用いる。チャンネル１は光センサ１３３１を具え、光センサ１３３１は光ファイバーからの光信号を受信して電気信号を出力する。光センサ１３３１の電気出力は、トランスインピーダンス・ゲイン制御を有する電流−電圧変換器１３４１に供給される。そして電流−電圧変換器１３４１の出力は、ゲートオン信号に応答するゲート積分器１３５１に供給される。ゲート積分器１３５１からの信号は、ゲイン／オフセット制御を可能にする可変ゲイン／オフセット回路１３６１に供給される。そしてゲイン／オフセット回路１３６１からの信号は、アナログ信号をディジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換器ＡＤＣ１３７１に供給される。可変ゲイン／オフセット回路１３６１は、ＡＤＣ１３７１に供給される信号が入力範囲内に入ることを可能にする。本実施例では、内部サンプル／ホールド機能を有する１４ビットのＡＤＣ変換器を用いる。そしてディジタル出力をＤＳＰカード１３１０に供給して処理する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
１００  プロービングシステム
１１０  モード同期レーザー源
１１２  光学ベンチ
１１４  データ捕捉分析装置
１１５  光路
１２５  ビーム光学系
１３０  レーザー走査型顕微鏡
１３２  光路
１３５  ビーム操作光学系
１３６  光検出器
１４０  コンピュータ
１４２  電力及び／または信号
１４４  トリガ及びクロック信号
１５０  信号捕捉ボード
１６０  ＤＵＴ
１７０  ワークステーション
２０２  レーザー源
２０４  レーザービーム
２０６  ビームスプリッタ
２０８  光検出器
２１２  ビーム光学系
２３０  ビーム位置決め／走査要素
２３１  位相−振幅変換器
２３２  ＤＵＴホルダー
２３５  ビーム操作光学系
２３６  光検出器
２４１  乗算
２４２  テスト信号
２４３  積分
２４６  スペクトラムアナライザ
２４７  ロックイン増幅器
２６０  ＤＵＴ
２６４  増幅器
２６６  ビデオ増幅器
２７０  パーソナルコンピュータ
２７４  ディスプレイ
２７６  フレームグラバー
４００  能動素子
４０５  故障
４１０  能動素子
８００  偏光差分光学系
８０２  レーザー源
８０３  偏光ビームスプリッタ
８０４  レーザービーム
８０５  ファラデー回転子
８０６  偏光ビームスプリッタ
８０７  可変リターダ
８０８  光検出器
８０９  対物レンズ
８１１  固体浸漬レンズ
８３０  走査メカニズム
８３６  光検出器
８３７  光検出器
８４８  分析器
８６２  刺激装置
８６４  ＲＦ増幅器
８６６  ビデオ増幅器
８６７  ビデオ増幅器
８６８  ＲＦ増幅器
８７０  コンピュータ
８７４  ディスプレイ
８７６  フレームグラバー
８７７  セレクタ
８９４  電流モニター
８９８  電流モニター
９１０  ＤＵＴ
９２０  レーザービーム
９２２  偏光レーザービーム
９２４  偏光レーザービーム
９２５  ビーム光学系
９２６  干渉
９３２  点
１０２０  レーザービーム
１１１０  光センサ
１１２０  光センサ
１１３０  光センサ
１３００  パーソナルコンピュータ
１３１０  ディジタル信号処理カード
１３２０  フレームグラバー
１３３１  光センサ
１３３２  光検出器
１３３３  光検出器
１３４１  電流−電圧変換器
１３５１  ゲート積分器
１３５２  ＲＦ増幅器
１３５３  ＲＦ増幅器
１３６１  可変ゲイン／オフセット回路
１３６２  分析器
１３６３  分析器
１３７１  ディジタル／アナログ変換器
１３７２  ディジタル／アナログ変換器
１３７３  ディジタル／アナログ変換器
１３８０  ビデオ増幅器
ＰＢＳ１  第１偏光ビームスプリッタ
ＰＢＳ２  第２偏光ビームスプリッタ
ＰＢＳ３  第３偏光ビームスプリッタ
ＦＲ  ファラデー旋光器
ＶＲ  可変リターダ
ＯＬ  対物レンズ
ＣＨ１  チャンネル１
ＣＨ２  チャンネル２
ＣＨ３  チャンネル３
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2007064975.tif 000019
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１３】
2007064975.tif 000020