JPH036465A - レーザ光を用いた非接触型電圧測定装置 - Google Patents
レーザ光を用いた非接触型電圧測定装置Info
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- JPH036465A JPH036465A JP1141331A JP14133189A JPH036465A JP H036465 A JPH036465 A JP H036465A JP 1141331 A JP1141331 A JP 1141331A JP 14133189 A JP14133189 A JP 14133189A JP H036465 A JPH036465 A JP H036465A
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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】
（産業上の利用分野）
本発明は、光ビームを用いて半導体ウェーハ（以下単に
ウェーハと略記する）上に形成された集積回路（ＩＣ，
ＬＳＩ）の電極に印加されている電圧を非接触で測定す
る装置に関する。
ウェーハと略記する）上に形成された集積回路（ＩＣ，
ＬＳＩ）の電極に印加されている電圧を非接触で測定す
る装置に関する。
（従来技術とその問題点）
従来ウェーハ上に形成された集積回路（以下単にＩＣと
言う）の電極に印加されている電圧の測定に、「ウェー
ハプロービング装置」あるいは「プローバ」と称する装
置が使用されている。これらの装置は原理的にはタング
ステン等で出来た細い金属針をウェーハ上に形成された
ＩＣの所望の電極に直接接触きせて、接触点の電圧をト
ＩＩ定している。
言う）の電極に印加されている電圧の測定に、「ウェー
ハプロービング装置」あるいは「プローバ」と称する装
置が使用されている。これらの装置は原理的にはタング
ステン等で出来た細い金属針をウェーハ上に形成された
ＩＣの所望の電極に直接接触きせて、接触点の電圧をト
ＩＩ定している。
近年ＩＣの高密度化は重要な研究課題であり活発な研究
開発が進められている。それに伴いＩＣの電極幅は数μ
ｍからサブμｍへと微細化されてきている。一方、この
ような高密度化されたＩＣを評価する為の装置として従
来のような金属針を直接接触して電圧を測定する様な装
置では、金属針が測定電極に対して容量的な負荷を与え
ることとなり高い周波数領域で正確な電圧波形が測定で
きないという問題点があった。更に金属側な微細化され
た電極に確実に接触させることは困難であるので、測定
及び評価に時間を要する上に電極を損傷するという問題
があった。
開発が進められている。それに伴いＩＣの電極幅は数μ
ｍからサブμｍへと微細化されてきている。一方、この
ような高密度化されたＩＣを評価する為の装置として従
来のような金属針を直接接触して電圧を測定する様な装
置では、金属針が測定電極に対して容量的な負荷を与え
ることとなり高い周波数領域で正確な電圧波形が測定で
きないという問題点があった。更に金属側な微細化され
た電極に確実に接触させることは困難であるので、測定
及び評価に時間を要する上に電極を損傷するという問題
があった。
（問題点を解決するための手段）
本発明の目的は、前述した問題点を解消して、光吸収強
度の変化をＳ／Ｎ比良く検出し、高周波数領域でも容量
負荷をあたえることなく非接触で正確な電圧を測定し、
ＩＣの評価時間を短縮することの可能な装置を提供する
ことにある。上記した目的を達成するために、本発明に
おいては、電気双極子モーメントを有する原子及び分子
が電場中に置かれると公知のシュタルク効果によりボデ
ンシャル・エネルギーが変化し、原子、分子が吸収する
光の共鳴周波数がシフトする効果を利用したものである
。
度の変化をＳ／Ｎ比良く検出し、高周波数領域でも容量
負荷をあたえることなく非接触で正確な電圧を測定し、
ＩＣの評価時間を短縮することの可能な装置を提供する
ことにある。上記した目的を達成するために、本発明に
おいては、電気双極子モーメントを有する原子及び分子
が電場中に置かれると公知のシュタルク効果によりボデ
ンシャル・エネルギーが変化し、原子、分子が吸収する
光の共鳴周波数がシフトする効果を利用したものである
。
また、本発明は、ウェーハ上に形成されたＩＣの測定電
極の近辺にシュタルク効果を有するガス（例えばアンモ
ニアガス）を封入したマイクロセルを置きそのマイクロ
セルにレーザ光を照射して、測定電極の電圧によって変
化する光の吸収強度の変化をロックイン増幅器にて検出
し、測定電極の電圧を測定することを特徴としている。
極の近辺にシュタルク効果を有するガス（例えばアンモ
ニアガス）を封入したマイクロセルを置きそのマイクロ
セルにレーザ光を照射して、測定電極の電圧によって変
化する光の吸収強度の変化をロックイン増幅器にて検出
し、測定電極の電圧を測定することを特徴としている。
（実施例）
第１図は本発明の一実施例を示すものである。
１はレーザ光源、２はミラー、３はレーザ光を透過と反
射に分けるビームスプリッタ、４は集光用凸レンズ、５
はシュタルク効果を有するガスを封入したマイクロセル
、６はウェーハ上に形成されたＩＣ，マは直流増幅器、
８は発振器、９はウェーハ移動のためのステージ、１０
は光検出器、１１はロックイン増幅器である。レーザ光
源１から放射されるレーザ光の周波数は基準周波数例え
ばエタロン共振器の共振周波数、またはＨ２Ｏ、ＮＨ３
などの分子の共鳴吸収周波数にロックするように負帰還
制御が施されている。例えば、半導体レーザの場合はそ
の駆動電流がカスレーザの場合はレーザの共鳴器長か前
記基準周波数にロックするように制御され特定の周波数
に安定化されている。ざらに発振器８の信号（参照信号
）によりオつずかに周波数変調されている。周波数変調
は半導体レーザの駆動電流を変調する、又は電気光学光
変調器、音響光学光変調器等を用いて構成される。尚、
このレーザの発振周波数はマイクロセル５内のガスの光
吸収周波数の近辺になるように選ばれている。
射に分けるビームスプリッタ、４は集光用凸レンズ、５
はシュタルク効果を有するガスを封入したマイクロセル
、６はウェーハ上に形成されたＩＣ，マは直流増幅器、
８は発振器、９はウェーハ移動のためのステージ、１０
は光検出器、１１はロックイン増幅器である。レーザ光
源１から放射されるレーザ光の周波数は基準周波数例え
ばエタロン共振器の共振周波数、またはＨ２Ｏ、ＮＨ３
などの分子の共鳴吸収周波数にロックするように負帰還
制御が施されている。例えば、半導体レーザの場合はそ
の駆動電流がカスレーザの場合はレーザの共鳴器長か前
記基準周波数にロックするように制御され特定の周波数
に安定化されている。ざらに発振器８の信号（参照信号
）によりオつずかに周波数変調されている。周波数変調
は半導体レーザの駆動電流を変調する、又は電気光学光
変調器、音響光学光変調器等を用いて構成される。尚、
このレーザの発振周波数はマイクロセル５内のガスの光
吸収周波数の近辺になるように選ばれている。
このようにして特定の周波数に安定化された光はミラー
２で光路を変更され、ビームスプリッタ３、凸レンズ４
、マイクロセル５を通過し、ＩＣ６の電極上に集光され
る。この電極からの反射光は再度マイクロセル５、凸レ
ンズ４を通過し平行光と成った後ビームスプリッタ３て
反射され光検出器１０に入射される。光検出器１０では
フォトダイオード、水銀カドミテルル検出器等を用いて
光信号を電気信号に変換する。光検出器１０の出力信号
はロックイン増幅器１１で発振器８の参照信号と同期検
波され参照信号と同期の取れた成分のみが検出きれる。
２で光路を変更され、ビームスプリッタ３、凸レンズ４
、マイクロセル５を通過し、ＩＣ６の電極上に集光され
る。この電極からの反射光は再度マイクロセル５、凸レ
ンズ４を通過し平行光と成った後ビームスプリッタ３て
反射され光検出器１０に入射される。光検出器１０では
フォトダイオード、水銀カドミテルル検出器等を用いて
光信号を電気信号に変換する。光検出器１０の出力信号
はロックイン増幅器１１で発振器８の参照信号と同期検
波され参照信号と同期の取れた成分のみが検出きれる。
その結果、レーザ光源１の光強度のドリフトが除去でき
Ｓ／Ｎ比の良い信号が検出てきる。又、検出信号は周波
数変調されたレージ′光を同期検波しているので光吸収
強度の一次黴分となっている。マイクロセル５の凸レン
ズ４よりの面には導電性で光を通ず透明薄膜電極が付け
られており、この電極にＩＣ６のグランド電位を基準と
した電圧が直流増幅器７によりかけられている。直流増
幅器７の電圧はレーザ光源１の発振周波数との兼ね合で
マイクロセル５内のガスの光吸収周波数が第２図のａの
位置すなわちＩＣ６の電極の電圧の変化とロックイン増
幅器１１で出力する信号の変化が比例する位置に来るよ
うに設定されている。尚、第２図はＩＣ６の電極の電圧
に対するロックイン増幅器】１の出力信号の関係を示し
た図である。
Ｓ／Ｎ比の良い信号が検出てきる。又、検出信号は周波
数変調されたレージ′光を同期検波しているので光吸収
強度の一次黴分となっている。マイクロセル５の凸レン
ズ４よりの面には導電性で光を通ず透明薄膜電極が付け
られており、この電極にＩＣ６のグランド電位を基準と
した電圧が直流増幅器７によりかけられている。直流増
幅器７の電圧はレーザ光源１の発振周波数との兼ね合で
マイクロセル５内のガスの光吸収周波数が第２図のａの
位置すなわちＩＣ６の電極の電圧の変化とロックイン増
幅器１１で出力する信号の変化が比例する位置に来るよ
うに設定されている。尚、第２図はＩＣ６の電極の電圧
に対するロックイン増幅器】１の出力信号の関係を示し
た図である。
本発明はこのような構成を有するので特定の周波数に安
定化されたレーザ光源１の光は、ミラー２、ビームスプ
リッタ３、凸レンズ４、マイクロセル５を通りＩＣ６の
電極上に集光され、電極から反射した光は再度マイクロ
セル５、凸レンズ４を通りビームスプリッタ３で反射し
、光検出器１０で電気信号に変換され、ロックイン増幅
器１１で発振器８の参照信号と同期検波きれる。ここで
ＩＣ６上の電極の電圧が一定ならばロックイン増幅器１
１の出力は変化しないが、電圧か変化するとシュタルク
効果によりマイクロセル内のカスの光吸収周波数か変化
し、検出される光強度か変化しロックイン増幅器１］の
出力は変化する。光強度の変化を同期検波しており雑音
の少ない、即ち高感度で信号か検出できる。ガスの圧力
か低いと光吸収スペクトル形状はガウス分布曲線で表さ
れ、第２図のａ点近傍ではＩＣ６の電極の電圧に比例し
て変化する。したかって、このａ点を中心とするほぼ直
線の部分を利用することにより測定された信号強度から
正確な電極電圧を検知することか可能となる。更に、事
前に電圧変化に対する光強度変化を測定し、光強度／電
圧変換テーブルを作り、測定した強度変化を計算機内に
取り込み計算機で補正すれば更に正確な電圧波形か測定
できる。
定化されたレーザ光源１の光は、ミラー２、ビームスプ
リッタ３、凸レンズ４、マイクロセル５を通りＩＣ６の
電極上に集光され、電極から反射した光は再度マイクロ
セル５、凸レンズ４を通りビームスプリッタ３で反射し
、光検出器１０で電気信号に変換され、ロックイン増幅
器１１で発振器８の参照信号と同期検波きれる。ここで
ＩＣ６上の電極の電圧が一定ならばロックイン増幅器１
１の出力は変化しないが、電圧か変化するとシュタルク
効果によりマイクロセル内のカスの光吸収周波数か変化
し、検出される光強度か変化しロックイン増幅器１］の
出力は変化する。光強度の変化を同期検波しており雑音
の少ない、即ち高感度で信号か検出できる。ガスの圧力
か低いと光吸収スペクトル形状はガウス分布曲線で表さ
れ、第２図のａ点近傍ではＩＣ６の電極の電圧に比例し
て変化する。したかって、このａ点を中心とするほぼ直
線の部分を利用することにより測定された信号強度から
正確な電極電圧を検知することか可能となる。更に、事
前に電圧変化に対する光強度変化を測定し、光強度／電
圧変換テーブルを作り、測定した強度変化を計算機内に
取り込み計算機で補正すれば更に正確な電圧波形か測定
できる。
尚、第１図ではマイクロセル５の形状を角形で表しであ
るが、任意の形状でもよい。
るが、任意の形状でもよい。
このようにＩＣ上の電極の電圧の変化をレーザ光を用い
て、シュタルク効果による光強度の変化を同期検波によ
り求めているので、なんらＩＣ上の電極に影響を与える
事なく非接触、且つ高感度で電圧波形が測定できる。
て、シュタルク効果による光強度の変化を同期検波によ
り求めているので、なんらＩＣ上の電極に影響を与える
事なく非接触、且つ高感度で電圧波形が測定できる。
第３図は本発明の他の実施例を示す構成図である。本発
明例は前記実施例におけるレーザ光源１を変調ぜす、そ
の代りにマイクロセル５にかける電圧を変調するように
したものである。１２は加算器であり、他の構成は前述
実施例と同一である。
明例は前記実施例におけるレーザ光源１を変調ぜす、そ
の代りにマイクロセル５にかける電圧を変調するように
したものである。１２は加算器であり、他の構成は前述
実施例と同一である。
レーザ光源］の光は前述した実施例と同様特定の周波数
に安定化されている。安定化された光はミラー２て光路
を変換され、ビームスプリッタ３、凸レンズ４、マイク
ロセル５を通過し、ＩＣ６の電極上に集光される。この
電極からの反射光は再度凸レンズ４て平行光に成った後
にビームスプリッタ３で反射され、光検出器１０で電気
信号に変換され、ロックイン増幅器１１て発振器８の参
照信号と同期検波される。マイクロセル５の凸レンズ４
よりの電極には直流増幅器７の電圧と発振器８の電圧が
加算器１２で加算されかけられている。
に安定化されている。安定化された光はミラー２て光路
を変換され、ビームスプリッタ３、凸レンズ４、マイク
ロセル５を通過し、ＩＣ６の電極上に集光される。この
電極からの反射光は再度凸レンズ４て平行光に成った後
にビームスプリッタ３で反射され、光検出器１０で電気
信号に変換され、ロックイン増幅器１１て発振器８の参
照信号と同期検波される。マイクロセル５の凸レンズ４
よりの電極には直流増幅器７の電圧と発振器８の電圧が
加算器１２で加算されかけられている。
従って、光検出器１０て検出する信号には参照信号に比
例したシュタルクシフト （シュタルク変調）がかけら
れている。直流増幅器７の電圧は前述した実施例と同様
第２図のａの位置に来るように設定されている。
例したシュタルクシフト （シュタルク変調）がかけら
れている。直流増幅器７の電圧は前述した実施例と同様
第２図のａの位置に来るように設定されている。
このような構造に成っているから特定の周波数に安定化
されたレーザ光源１の光ばミラー２、ビームスプリッタ
３、凸レンズ４、マイクロセル５を通過し、ＩＣ６の電
極上に集光され、電極から反射した光は再度マイクロセ
ル５、凸レンズ４で平行光となり、ビームスプリッタ３
て反射し、光検出器１０で電気信号に変換される。電気
信号はロックイン増幅器１１で発振器８の参照信号と同
期検波される。ここでＩＣＢ上の電極の電圧が一定なら
ばロックイン増幅器１１の出力は変化しないか、電極の
電圧が変化するとシュタルク効果によりマイクロセル５
内の光吸収周波数が変化し、ロックイン増幅器１１の出
力が変化する。この変化よりＩＣ６上の電極の電圧、及
び電圧波形か求まる。
されたレーザ光源１の光ばミラー２、ビームスプリッタ
３、凸レンズ４、マイクロセル５を通過し、ＩＣ６の電
極上に集光され、電極から反射した光は再度マイクロセ
ル５、凸レンズ４で平行光となり、ビームスプリッタ３
て反射し、光検出器１０で電気信号に変換される。電気
信号はロックイン増幅器１１で発振器８の参照信号と同
期検波される。ここでＩＣＢ上の電極の電圧が一定なら
ばロックイン増幅器１１の出力は変化しないか、電極の
電圧が変化するとシュタルク効果によりマイクロセル５
内の光吸収周波数が変化し、ロックイン増幅器１１の出
力が変化する。この変化よりＩＣ６上の電極の電圧、及
び電圧波形か求まる。
ざらに、光強度の変化を同期検波しているので前述実施
例同様高感度で検出できる。両実施例ではレーザ光を空
間を通しているがレーザ光源１−ビームスプリッタ３間
、ビームスプリッタ３−凸レンズ４間、ビームスプリッ
タ３−光検出器１０間を光ファイバを用い、ざらにビー
ムスプリッタ３の代わりに光ファイバーを用いた方向性
結合器を用いてもよい。
例同様高感度で検出できる。両実施例ではレーザ光を空
間を通しているがレーザ光源１−ビームスプリッタ３間
、ビームスプリッタ３−凸レンズ４間、ビームスプリッ
タ３−光検出器１０間を光ファイバを用い、ざらにビー
ムスプリッタ３の代わりに光ファイバーを用いた方向性
結合器を用いてもよい。
更に、ＩＣ６の電極の電圧波形が周期性のある信号の場
合はロックイン増幅器１１の出力信号を加算平均をすれ
ば雑音の少ない信号が検出でき、正確な電圧波形が測定
できる。
合はロックイン増幅器１１の出力信号を加算平均をすれ
ば雑音の少ない信号が検出でき、正確な電圧波形が測定
できる。
（発明の効果）
以上説明したようにレーザ光を用いてウェーハ上に形成
されたＩＣ電極の電圧の変化をシュタルク効果により変
化するレーザ光の強度変化より求めているので非接触で
電圧波形が正確に測定できる利点がある。ざらに、光吸
収強度の変化を高Ｓ／Ｎ比で検出することが出来、また
高周波数領域でも容量負荷を与えないので正確な電圧測
定が可能である。
されたＩＣ電極の電圧の変化をシュタルク効果により変
化するレーザ光の強度変化より求めているので非接触で
電圧波形が正確に測定できる利点がある。ざらに、光吸
収強度の変化を高Ｓ／Ｎ比で検出することが出来、また
高周波数領域でも容量負荷を与えないので正確な電圧測
定が可能である。
第１図は本発明の一実施例を示すブロック構成図、第２
図は電極電圧の変化と光検出強度の関係を示す図、第３
図は本発明の他の実施例を示すブロック構成図である。 １・・・レーザ光源、２・・・ミラー、３・・・ビーム
スプリッタ、４・・・凸レンズ、５・・・マイクロセル
、６・・・ウェハー上に形成されたＩＣ，？・・・直流
増幅器、８・・・発振器、９・・・移動ステージ、１０
・・・光検出器、１１・・・ロックイン増幅器。
図は電極電圧の変化と光検出強度の関係を示す図、第３
図は本発明の他の実施例を示すブロック構成図である。 １・・・レーザ光源、２・・・ミラー、３・・・ビーム
スプリッタ、４・・・凸レンズ、５・・・マイクロセル
、６・・・ウェハー上に形成されたＩＣ，？・・・直流
増幅器、８・・・発振器、９・・・移動ステージ、１０
・・・光検出器、１１・・・ロックイン増幅器。
Claims (2)
- （１）集積回路の電極に印加された電圧を測定する装置
において、周波数安定化されたレーザ光を発生させる手
段と、シュタルク効果を有する物質を封入し、一方の面
に透明電極を設けたセルと、前記レーザ光を前記セルを
通し前記集積回路の電極上に集光させる手段と、前記集
積回路電極の電圧に比例して変化する前記物質の光吸収
特性を検出するロックイン増加器とを具備することを特
徴とするレーザ光を用いた非接触型電圧測定装置。 - （２）請求項第１項の装置において、前記透明電極に対
して変調電圧が印加されることを特徴とするレーザ光を
用いた非接触型電圧測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1141331A JPH036465A (ja) | 1989-06-02 | 1989-06-02 | レーザ光を用いた非接触型電圧測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1141331A JPH036465A (ja) | 1989-06-02 | 1989-06-02 | レーザ光を用いた非接触型電圧測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH036465A true JPH036465A (ja) | 1991-01-11 |
Family
ID=15289462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1141331A Pending JPH036465A (ja) | 1989-06-02 | 1989-06-02 | レーザ光を用いた非接触型電圧測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH036465A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109342838A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-02-15 | 国网重庆市电力公司电力科学研究院 | 一种基于斯塔克效应的高压工频电压测量方法与装置 |
-
1989
- 1989-06-02 JP JP1141331A patent/JPH036465A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109342838A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-02-15 | 国网重庆市电力公司电力科学研究院 | 一种基于斯塔克效应的高压工频电压测量方法与装置 |
| US11385273B2 (en) | 2018-12-12 | 2022-07-12 | State Grid Chongqing Electric Power Co. Electric Power Research Institute | Voltage measurement method and apparatus |
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