JP2001159665A

JP2001159665A - 集積回路デバイスの波形による精査のための二パルス利用型光干渉計

Info

Publication number: JP2001159665A
Application number: JP2000288647A
Authority: JP
Inventors: Kenneth R Wilsher; アール．ウィルシャーケネス; William K Lo; ケイ．ローウィリアム
Original assignee: Schlumberger Technologies Inc
Current assignee: Schlumberger Technologies Inc
Priority date: 1999-09-24
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2001-06-12
Anticipated expiration: 2020-09-22
Also published as: TW571108B; KR20010050610A; DE10047136A1; JP4644342B2; US6496261B1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】半導体ＩＣデバイス（ＤＵＴ）の機械的振動
および温度誘発の動きに影響されずしかもＤＵＴ上の活
性領域近傍で基準点を定める必要のない波形プローブの
ための干渉計式の方法を提供する。【解決方法】半導体集積回路デバイス（ＤＵＴ６４
０）に繰り返し印加する電気的テストパターン信号の各
反復サイクル期間中に、プローブ光パルスおよび基準光
パルスを供給して、ＤＵＴ上の電気的波形をサンプリン
グするように同一光路を導く。これらプローブパルスの
パルス幅は上記テストパターンの最大周波数成分信号の
周期に比べて短くし、テストパターン波形の広帯域計測
ができるようにする。基準パルスをテストパターンに対
して固定の時間位置で供給する。一連のテストパターン
サイクルの期間中にテストパターンのプローブパルス６
０９による走査をＤＵＴ波形の再構成のために等価時間
サンプリングと垂直になるように行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路デバ
イスの光学式試験に関し、とくに集積回路の電気的活動
度の光干渉計式の精査に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】半導体集積回路内部の
電気的活動度は、半導体ダイオード接合におけるバイア
ス電圧変動およびキャリア密度に誘発される屈折率およ
び吸収係数の変化を精査することによって光学的に監視
できる。例えば、半導体材料の屈折率および吸収係数の
変化はダイオード接合で反射される光ビームの強度の変
化で明確に示される。

【０００３】ここに参照してこの明細書に組み入れるPa
nicciaほか名義の米国特許第５，８７２，３６０号は半
導体集積回路の活性化領域における電界の検出を記載し
ている。一つの実施例では、シリコンなどの半導体のバ
ンドギャップ近傍の波長のレーザビームを生じさせる。
こ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（ダイオード）接合に半導体基板の
裏側から集束させる。そのビームはその接合を透過し、
酸化物界面および接合の背後の金属層で反射し、接合を
経てシリコン表面に戻る。接合内の電界に変調をかける
と、電気駆動による吸収および屈折によって上記反射光
に振幅変調成分が生ずる。

【０００４】ここに参照してこの明細書に組み入れるWi
lsherほか名義の米国特許第5,905,577号は集積回路のデ
ュアルレーザビーム精査を記載している。検査対象の集
積回路デバイス（ＤＵＴ）への波形をそのＤＵＴに加え
るテストパターン信号の各サイクル期間ごとにサンプリ
ングするのにプローブビームを用いる。そのプローブビ
ームによるサンプリングの対象と同じ物理的位置でＤＵ
Ｔをサンプルするのに基準レーザビームも併せて用い
る。この基準レーザビームによるサンプリング測定を上
記テストパターンに対し固定の時間位置で行い、そのサ
ンプリング測定でテストパターンを等価時間サンプリン
グと垂直になるように行い波形を再構成できるようにす
る。各検査サイクルについて、雑音によるプローブ測定
値の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。

【０００５】ＤＵＴ内部の電気的活動度による屈折率お
よび吸収係数の変動はＤＵＴ内部の透過光線又は反射光
線の位相変調でも明示される。位相変調の精査のほうが
反射率の精査よりもＤＵＴ内の電気的活動度に対する感
度が高い。ここに参照してこの明細書に組み入れるHein
richほか名義の米国特許第4,758,092号は活性状態の半
導体デバイスによる光ビームの位相変調の干渉計式の測
定方法を記載している。光ビームを二つに分割してＤＵ
Ｔに集束させる。片方のビームを活性領域に集束させ屈
折率変調に伴う位相変調にかけ、他方のビームを基準提
供のために非活性領域に集束させる。これらビームの反
射出力を再び合流させて干渉させる。この干渉出力の強
度変調は精査対象における電気的活動度によるプローブ
ビームの位相変調に起因する。

【０００６】通常、この干渉計式の方法は機械的振動お
よび温度変化に極めて影響されやすい。上記米国特許第
4,578,092号の方法では、互いに干渉する二つのビーム
の間の相対位相はＤＵＴの機械的振動およびビーム軸沿
いの温度誘発の動きには通常影響されにくい。しかし、
高密度集積回路デバイスでは、基準ビームをあてるのに
適当な点を見出すことは難しい。しかも、レーザビーム
の軸と垂直な方向の動きには影響されやすい。

【０００７】したがって、ＤＵＴの機械的振動および温
度誘発の動きに影響されずしかもＤＵＴ上の活性領域近
傍で適当な基準点を見出す必要のない集積回路デバイス
の波形プローブのための干渉計式の方法が求められてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】半導体デバイスの内部の
電気的活動度の検出をそのデバイスに反復的な電気的テ
ストパターン信号を加えながら行う方法であって、前記
電気的テストパターン信号の各反復の期間の中で選ばれ
た時間位置で第１のプローブ光パルスを生ずる過程と、
前記電気的テストパターン信号の各反復の期間の中であ
って前記第１のプローブ光パルスを生じた前記選ばれた
時間位置からずれた時間位置で第１の基準光パルスを生
ずる過程とを含む検出方法をこの発明は提供する。前記
第１のプローブ光パルスおよび前記第１の基準光パルス
を、少なくとも第２のプローブ光パルスおよび第２の基
準光パルスを生ずるようにそれぞれ分割する。これら第
１のプローブ光パルスおよび第１の基準光パルスを前記
半導体デバイスの一つの領域に導く。

【０００９】前記第１のプローブ光パルスと前記第１の
基準光パルスとが半導体デバイスと相互作用したあと、
第１のプローブ光パルスと第２のプローブ光パルスとを
両者が空間的および時間的に重なるように合成し、第１
の基準光パルスと第２の基準光パルスとを両者が空間的
および時間的に重なるように合成する。このように重ね
合わせたプローブ光パルスを検出してプローブ干渉信号
を生じ、同様に重ね合わせた基準光パルスを検出して基
準干渉信号を生ずる。上記選ばれた時間位置は電気的テ
ストパターンの反復とともに変化させる。プローブ干渉
信号と基準干渉信号との比は電気的テストパターンの中
の複数の選ばれた時間位置で算定する。

【００１０】この発明に伴う装置には、第１のプローブ
光パルスの供給源、第１の基準光パルスの供給源、ビー
ムスプリッタ、半導体デバイスの支持体、ビーム合成
器、検出器システムおよび前記プローブ干渉信号と前記
基準干渉信号との比を算定するプロセッサなどがある。

【００１１】

【発明の実施の形態】半導体集積回路の精査を光干渉計
を用いて行う。検査対象の半導体集積回路デバイス（Ｄ
ＵＴ）に繰り返し印加する電気的テストパターン信号の
各反復サイクル期間中に、プローブ光パルスおよび基準
光パルスを供給して、ＤＵＴ上の電気的波形をサンプリ
ングするように同一光路を導く。これらプローブパルス
のパルス幅は上記テストパターンの最大周波数成分信号
の周期に比べて短くし、テストパターン波形の広帯域計
測ができるようにする。基準パルスのパルス幅はプロー
ブパルスよりも通常長くしてある。基準パルスをテスト
パターンに対して固定の時間位置で供給する。一連のテ
ストパターンサイクルの期間中にテストパターンのプロ
ーブパルスによる走査をＤＵＴ波形の再構成のために等
価時間サンプリングと垂直になるように行う。

【００１２】これらプローブパルスの各々および基準パ
ルスの各々の一部を分割し検出して、ＤＵＴへの入射パ
ルスのエネルギーを特徴づけられるようにする。また、
プローブパルスを干渉計で分割して少なくとも第１のプ
ローブパルスおよび第２のプローブパルスを生じ、干渉
パルスを干渉計で分割して少なくとも第１の基準パルス
および第２の基準パルスを生ずる。これら第１のプロー
ブパルスおよび第１の基準パルスで、ＤＵＴ上の空間的
には同一の物理的位置であり時間的にはプローブパルス
によるテストパターンの走査に伴い変動する遅延分だけ
ずれた位置で、ＤＵＴ上の波形をサンプリングする。上
記第２のプローブパルスおよび第２の基準パルスは干渉
計の遅延アームの中の互いに同一の経路を進行する。

【００１３】第１のプローブパルスはＤＵＴとの相互作
用ののち第２のプローブパルスと再合成されて検出器で
プローブ干渉信号を生ずる。同様に、第１の基準パルス
はＤＵＴとの相互作用ののち第２の基準パルスと再合成
されて検出器で基準干渉信号を生ずる。このプローブ干
渉信号は、プローブパルスが時間領域でテストパターン
を走査するに伴いＤＵＴ内部の電気的活動度の時間的変
動により時間的に変動し、第１のプローブパルスがＤＵ
Ｔと相互作用する際に第１のプローブパルスの光位相を
変調する。プローブ干渉信号はＤＵＴの機械的変形、温
度変動、および振動に起因する雑音、およびプローブパ
ルス光源出力の変動に起因する入射プローブパルスの振
幅雑音によっても時間変動する。基準干渉信号はＤＵＴ
の機械的変形、温度変動および機械的動きに起因する雑
音、および入射基準光パルスへの振幅雑音によって時間
変動する。基準パルスはテストパターンに対して固定し
た時間位置で供給されるので、基準干渉信号にはＤＵＴ
内の電気的活動に起因する時間変動はない。

【００１４】基準干渉信号は、機械的振動または変形に
起因するＤＵＴの光軸沿いの動きを補償するように干渉
計の遅延アームの光路長を高速調節することによって、
安定化される（ほぼ一定になる）。第２のプローブパル
スと第２の基準パルスはともに干渉計の遅延アーム沿い
の同じ光軸を通るので、干渉計遅延アームの光路長を基
準干渉光安定化達成のために調節すると、ＤＵＴの光軸
沿いの動きに起因するプローブ干渉信号の雑音も消去さ
れる。

【００１５】入射プローブパルスの振幅雑音に起因する
プローブ干渉信号の雑音は、入射プローブパルスエネル
ギー測定値によるプローブ干渉信号の正規化、例えばプ
ローブ反射率比の算出によって消去される。入射プロー
ブパルスの振幅雑音は反射率比で消去される。入射プロ
ーブパルスの振幅雑音は反射率比で消去される。すなわ
ち、振幅雑音はプローブ干渉信号にも入射プローブパル
スエネルギー測定にも等しく含まれるからである。同様
に、入射基準パルスの雑音に起因する基準干渉信号中の
雑音は、基準反射率比を生ずるように入射基準パルスエ
ネルギーにより基準干渉信号を正規化することによって
消去される。

【００１６】ＤＵＴの光軸を横切る方向の温度変化およ
び動きはプローブ反射率比および基準反射率比に等しく
影響を与える。供給源からの雑音はプローブ反射率比お
よび基準反射率比の比を算出することによって消去され
る。プローブ反射率比および基準反射率比の比の残余の
変動分がＤＵＴ内の電気的活動度を表す。

【００１７】図１は２パルス光干渉計システム６００の
概略図である。慣用のレーザ取付台６０４の上に配置し
たモード同期レーザ６０２がレーザパルス列６０６を出
力する。一つの実施例では、このモード同期レーザはLi
ghtwave Electronics社製１３１−２００型モード同期
Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、すなわちパルス幅３５ピコ秒（ｐ
ｓ）以下、繰返し周波数１００MHz、波長１０６４ｎｍ
の光パルス列を生ずるレーザで構成する。レーザパルス
列６０６は光変調器６０８を透過し、この光変調器６０
８がＤＵＴに反復的に加えられるテストパターンの各サ
イクルにつき６１０に示すとおりパルス列６０６からプ
ローブパルス６０９を選択する。光変調器６０８は、例
えばConoptics社製３６０−８０型電気光学変調器とCon
optics社製２５Ｄ型駆動装置との組合せで構成できる
が、音響光学素子など上記以外の光変調器も使用でき
る。一つの実施例では、光変調器６０８はパルス列中の
不要パルスをより完全に抑止するように互いに直列に配
置した二つの光変調器を備える。

【００１８】レーザ取付台６０４に同様に配置した連続
波レーザ６１２は連続振幅レーザビーム６１４を光変調
器６１６に出力する。一つの実施例では、この連続波レ
ーザ６１２はCoherent, Inc.製Compass１０６４−５０
０型連続波Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、すなわち波長１０６４
ｎｍの連続波レーザ光を生ずるレーザで構成する。光変
調器６１６もConoptics３６０−８０型電気光学変調器
で構成できるが、それ以外の光変調器も採用できる。一
つの実施例では、光変調器６１６は互いに直列に配置し
た二つの光変調器を備える。光変調器６１６は、ＤＵＴ
に印加されるテストパターンの各サイクルにつき幅１０
ｎｓもの幅狭の基準パルス６１８を生ずるようにビーム
６１４を変調する。一つの実施例では、基準パルスは幅
１５０ナノ秒（ｎｓ）であり、基準パルスとプローブパ
ルスとはＤＵＴへの電気的テストパターンに応じて約
１．５マイクロ秒（μｓ）乃至約１ミリ秒（ｍｓ）の遅
延時間だけ時間的に隔てられている。

【００１９】これらプローブパルスおよび基準パルス
を、必要に応じて反射鏡６２２など偏向光学系を用いCV
I Laser Corporation製ＢＳ１−１０６４−１０−１０
２５−４５Ｐ型高エネルギービームスプリッタなどで構
成したビーム合成器６２０に導く。ビーム合成器６２０
はこれらプローブパルスおよび基準パルスを偏光器６２
３から光ファイバカップラ６２４、すなわち上記プロー
ブパルスおよび基準パルスを偏光維持可能な単一モード
光ファイバ６２６に結合するカップラ６２４に至る同一
線上の光路沿いに導く。ビーム合成器６２０の分割比
は、この合成器６２０によりプローブパルス光路および
基準パルス光路を同一線状にしたのち基準パルスのエネ
ルギーがプローブパルスのエネルギーにほぼ等しくなる
ように選択する。偏光器６２３はプローブパルスおよび
基準パルスを同一偏光状態にする。

【００２０】上記プローブパルスおよび基準パルスの両
方を単一のモード同期レーザなど同じ光源から供給する
こともできる。一つの実施例では、一つの出力パルスを
ビームスプリッタでプローブパルスと基準パルスとに分
割する。可変長光遅延線でプローブパルスと基準パルス
との間に遅延を生じさせる。もう一つの実施例では、プ
ローブパルスと基準パルスとを同一レーザの別々の光パ
ルス出力から抽出する。モード同期レーザ以外のレーザ
や発光ダイオードほかの非コヒーレント光源もプローブ
パルスおよび基準パルス供給用の光源として他の実施例
では用いる。

【００２１】光ファイバ６２６はプローブパルスおよび
基準パルスを光ファイバカップラ６２８に導き、このカ
ップラ６２８はこれら光パルスを走査システム６３０に
結合し、この走査システム６３０で偏光ビームスプリッ
タ６３２に入射させる。光ファイバ６２６はそれ自体に
本来備わっている機能によりプローブパルスおよび基準
パルスを空間的にフィルタ処理し、これらパルスの空間
的モード構成をほぼ整合させる。プローブパルスおよび
基準パルスの各々の直線偏光部分は偏光ビームスプリッ
タ６３２経由でビーム分割光学系６３４に伝達され、こ
の光学系６３４からこれら光パルスを干渉計６９９に導
く。干渉計６９９に至るパルス光路を光ビーム６３５で
示す。一つの実施例では、走査システム６３０は検査対
象の半導体デバイスの画像化にも用いる共焦点レーザ走
査顕微鏡で構成する。

【００２２】図２は干渉計６９９とそれに伴う制御用電
子回路とを詳細に示す。干渉計６９９は反射鏡７０５、
四分の一波長板７１０、開口７１２、レンズ７１５およ
び反射鏡７２０で形成される遅延アームと、四分の一波
長板６３９、対物レンズ６３６およびＤＵＴ６４０を含
むＤＵＴアームとを備える。一つの実施例では、ＤＵＴ
６４０を慣用のｘ−ｙステージで支持し、固定のＤＵＴ
に対して動かす。光ビーム６３５の中のプローブパルス
６０９および基準パルス６１８を無偏光ビームスプリッ
タ７０１に入射させ、これによって各入射光パルスを二
つのパルスに分割する。ビームスプリッタ７０１によっ
てＤＵＴアームを透過してきた各プローブパルス６０９
部分をこの明細書では第１のプローブパルス６０９ａと
呼び、干渉計６９９の遅延アームに光路変更された各プ
ローブパルス部分は第２のプローブパルス６０９ｂと呼
ぶ。同様に、ビームスプリッタ７０１によってＤＵＴア
ームを透過してきた各基準パルス６１８部分を第１の基
準パルス６１８ａと呼び、干渉計６９９の遅延アームに
光路変更された各基準パルス部分は第２の基準パルス６
１８ｂと呼ぶ。

【００２３】第１のプローブパルス６０９ａおよび第１
の基準パルス６１８ａは四分の一波長板、すなわち通常
はパルスの偏光を直線偏光から円偏光に変換する向きに
保持してある四分の一波長板を透過する。円偏光となっ
た第１のプローブパルス６０９ａと基準パルス６１８ａ
とを対物レンズ６３６によってＤＵＴ６４０の活性化領
域６３８の共通点に集束させる。これらパルスの各々の
一部はＤＵＴで反射して対物レンズ６３６に戻り、この
レンズ６３６で再び平行光線化されて四分の一波長板６
３９に導かれる。四分の一波長板６３９はこれらパルス
の偏光を円偏光からもとの直線偏光に垂直な直線偏光に
変換する。四分の一版長板６３９を透過したのち、第１
のプローブパルスおよび第１の基準パルスの上記反射成
分の各々の一部はビームスプリッタ７０１を透過し、ビ
ーム光路６３５経由で走査システム６３０に入射する。

【００２４】第２のプローブパルス６０９ｂおよび第２
の基準パルス６１８ｂはビームスプリッタ７０１により
シャッタ７０３および干渉計遅延アームビーム光路７０
４の方向に分けられる。シャッタ７０３はこのシステム
に干渉計測定動作をさせるときに開く。第２のプローブ
パルス６０９ｂおよび第２の基準パルス６１８ｂは四分
の一波長板７１０および開口７１２を通過してレンズ７
１５に到達し、このレンズ７１５によってこれらパルス
光を反射鏡７２０に集束させる。圧電アクチュエータ７
２５に取り付けた反射鏡７２０の位置を、上記パルス光
の入射光路沿いに反射させるように調節する。反射され
たパルスはレンズ７１５、開口７１２、および四分の一
波長板７１０を経て反射鏡７０５に戻り、この反射鏡７
０５によって光パルスをシャッタ７０３経由でビームス
プリッタ７０１に戻す。四分の一波長板７１０は、上記
反射パルスが四分の一波長板７１０を２回透過したのち
もとの偏光方向と垂直で第１のプローブパルスおよび第
１の基準パルスの反射成分と同じ方向の直線偏光を受け
るような向きに保持してある。開口７１２はＤＵＴアー
ムの中のプローブビームおよび基準ビームの反射成分の
直径に整合するように遅延アームの中のプローブビーム
および基準ビームの反射成分の直径を調節する。

【００２５】第２のプローブパルスおよび第２の基準パ
ルスの反射成分の各々の一部はビームスプリッタ２０１
により分割されて、ビーム光路６５沿いに第１のプロー
ブパルスの反射成分および第１の基準パルスの反射成分
の一部とともに走査システム６３０に戻る。すなわち、
ビームスプリッタ７０１はビーム合成器としても作用す
る。一つの実施例では、ビームスプリッタ７０１の分割
比を、ＤＵＴ６４０からの通常の反射信号について第１
の基準パルスの反射成分（ＤＵＴ６４０から反射）と第
２の基準パルスの反射成分（反射鏡７２０から反射）と
のエネルギー比が干渉計からの出射点で約１：３になる
ように選ぶ。さらにもう一つの実施例では、基準パルス
反射成分のエネルギー比を遅延アーム光路に中性密度フ
ィルタなどの電力減衰器を挿入することにより調節す
る。

【００２６】反射鏡７２０の位置を、第１のプローブパ
ルスおよび第２のプローブパルスの反射成分がビーム光
路６３５沿いに走査システム６３０に戻る際に空間的に
も時間的にも重なるように、調節する。したがって、第
１および第２の基準パルスの反射成分もビーム光路６３
５沿いに走査システム６３０に戻る際に空間的および時
間的に重なる。プローブパルスはごく短い（幅狭、すな
わち３５ピコ秒（ｐｓ）以下）ので、干渉計遅延アーム
の長さ（遅延光路長）は上記パルスの重なりを達成する
には干渉計ＤＵＴの長さを等しく、またはほぼ等しくし
なければならない。一つの実施例では、反射鏡７２０、
圧電アクチュエータ７２５およびレンズ７１５を遅延光
路長粗調整用の滑動部に取り付ける。

【００２７】図１を再び参照すると、反射したパルスビ
ームは光路６３５沿いにビーム分割光学系６３４に戻
り、この光学系６３４によって反射光ビームを偏光ビー
ム分割器６３２に導く。これら反射したパルスは当初の
直線偏光と垂直な方向の直線偏光を伴って偏光ビームス
プリッタ６３２により反射鏡６４２に導かれ、この反射
鏡６４２により反射パルスを光ファイバカップラ６４４
に向けて反射させる。光ファイバカップラ６４４は反射
したパルスをマルチモード光ファイバ６４６に導き、こ
の光ファイバ６４６により光パルスを光ファイバカップ
ラ６４８に導く。光ファイバカップラ６４８は反射した
光パルスを信号処理サブシステム６５２の中の反射ビー
ム光検出器６５０にも結合する。

【００２８】反射してきた第１および第２のプローブパ
ルスは上述のとおり空間的にも時間的にも重なってお
り、光検出器６５０内に干渉電気信号、すなわちこれら
二つのプローブパルスの間の光位相差で定まる振幅を有
する干渉電気信号を同様に発生する。光検出器６５０
は、反射したプローブパルス対の各々および反射した基
準パルス対の各々につき、インピーダンス変換増幅器６
５４の入力端子に電流パルスを出力する。

【００２９】インピーダンス変換増幅器６５４は光検出
器６５０からのこの電流パルスを出力電圧パルスに変換
し、この出力電圧パルスを高速作動スイッチ６５６によ
りプローブパルス干渉信号用エネルギー分析器６５８お
よび基準パルス干渉信号用エネルギー分析器６６０に交
互に供給する。プローブ光パルスおよび基準光パルス
は、互いに区別できるように、インピーダンス変換増幅
器６５４の限られた帯域幅に起因する通常６００ｎｓの
パルス幅の出力電圧パルスについて時間的に十分に分離
されている。出力電圧パルスの電圧時間積分は対応の干
渉信号のエネルギーの尺度である。エネルギー分析器６
５８および６６０の各々は通常積分器およびＡ−Ｄ変換
器を備え、プローブ干渉信号および基準干渉信号として
エネルギーの１４ビットディジタル表示をそれぞれ出力
する。

【００３０】光ファイバ６２６および光ファイバカップ
ラ６２８から走査システム６３０に入射する入射プロー
ブパルスおよび入射基準パルスの一部は偏光ビームスプ
リッタ６３２により反射鏡６６２に導き、この反射鏡６
６２によりこれら光パルスを光ファイバカップラ６６４
に導く。光ファイバカップラ６６４は光パルスをマルチ
モード光ファイバ６６６に結合し、この光ファイバ６６
６は光パルスを光ファイバカップラ６６８に導く。光フ
ァイバカップラ６６８は入射光パルスを信号処理サブシ
ステム６５２内の入射ビーム光検出器６７０に結合す
る。

【００３１】光検出器６７０は検出した入射光の各々に
つきインピーダンス変換増幅器６７２の入力端子に電流
パルスを出力する。インピーダンス変換増幅器６７２は
光検出器６７０からの電流パルスを出力電圧パルスに変
換し、それら電圧パルスは高速作動スイッチ６７４によ
り入射プローブパルス信号用のエネルギー分析器６７６
および入射基準パルス信号用のエネルギー分析器６７８
に結合される。これらエネルギー分析器６７６および６
７８は通常は積分器およびＡ−Ｄ変換器を含み、プロー
ブパルスの検出出力と基準パルスの検出出力との中のエ
ネルギーの１４ビットディジタル表示をそれぞれ出力す
る。

【００３２】一つの実施例では、光検出器６５０および
６７０はFermionics社製ＦＤ３００型インジウムガリウ
ム砒素（InGaAs）ＰＩＮフォトダイオードで構成し、イ
ンピーダンス変換増幅器６５４および６７２、高速スイ
ッチ６５６および６７４、並びにパルスエネルギー分析
器６５８、６６０、６７６および６７８は上記米国特許
第5,907,577号明細書記載のとおり構成する。

【００３３】タイミング信号発生器６８０は２パルス光
干渉計システム６００の動作のタイミングを制御する。
タイミング信号発生器６８０は試験ベクトル源６８２、
モード同期レーザ６０２、光変調器６０８、光変調器６
１６、信号処理システム６５２、干渉計６９９、および
データ処理および制御装置６９７に接続してある。一つ
の実施例では、タイミング信号発生器６８０はデュアル
レーザプローブシステムのタイミング信号制御用の上記
米国特許第5,905,577号明細書記載のタイミング信号発
生器で構成する。

【００３４】データ処理および制御装置６９７はデータ
表示装置および慣用の高速データ捕捉・ディジタル信号
処理回路ボード付きのプログラム可能な汎用ディジタル
コンピュータで通常構成する。

【００３５】一つの実施例では、試験ベクトル源６８２
はSchlumberger社製ＩＴＳ９０００型ロジック試験シス
テムで構成する。単純なデータ発生器など上記以外の試
験ベクトル源もクロックが十分に高精度であり安定であ
れば採用できる。試験ベクトル源６８２は試験ベクトル
系列（テストパターン）を複合配線６８４経由でＤＵＴ
６４０に繰返し出力する。テストパターンは継続して反
復する。すなわち、試験ベクトル源６８２はテストパタ
ーンの最後のベクトルを送出すると最初のベクトルにル
ープバックし、そのテストパターンを再び送出し始め
る。テストパターンの長さは通常数マイクロ秒から数ミ
リ秒である。

【００３６】一つの実施例では、モード同期レーザ６０
２の出力パルス列６０６と試験ベクトル源６８２からの
テストパターンループとは位相同期している。これは個
々のレーザパルスの光の位相のことを述べているのでは
なく、周期的パルス列の周期的テストパターンループの
位相に対する位相を述べていることはもちろんである。
パルス列とテストパターンループとを位相同期させるに
は、一つのテストパターンループ期間がモード同期レー
ザパルス周期の整数倍でなければならない。例えば、モ
ード同期レーザパルス繰返し周波数１００MHzの場合
は、テストパターンループ期間が１０ｎｓ周期の整数倍
でなければならない。

【００３７】一つの実施例では、タイミング信号発生器
６８０は試験ベクトル源６８２からクロック信号６８８
を受け、周知の位相同期ループ手法により正しい周波数
のクロック信号６８９を抽出し、そのクロック信号６８
９をテストパターンループに位相同期したモード同期レ
ーザ６０２の駆動用とする。代わりの手法では、タイミ
ング信号発生器６８０によって、モード同期レーザ６０
２へのクロック信号６８９および試験ベクトル源６８２
へのクロック信号６８８の両方を発生して供給する。

【００３８】ベクトル源６８２はテストパターンループ
の各サイクルの初めに配線６８６にスタート信号を出力
する。配線６８６上のスタート信号はタイミング信号発
生器６８０でタイミング系列を開始するのに用いる。配
線６８６上で開始パルスを受けて所定時間経過した時点
でタイミング信号発生器６８０は制御信号を配線６９３
経由で光変調器６１６に送る。光変調器６１６は配線６
９３にこの制御信号を受けると、連続波レーザ６１２か
らの連続振幅ビーム６１４を約１５０ｎｓ通過させるこ
とによって基準光パルス６１８を区画する。同様に、タ
イミング信号発生器６８０は配線６８６に開始パルスを
受けて所定時間経過した時点で制御信号を配線６９５経
由で光変調器６０８に送る。光変調器６０８は配線６９
５にこの制御信号を受けると、パルス列６０６の中のパ
ルス１個を通過させることによってプローブ光パルス６
１０を区画する。また、開始パルスを配線６８６に受け
て所定時間経過した時点でタイミング信号発生器６８０
は制御信号を配線６９１経由で信号処理サブシステム６
５２に送り、高速スイッチ６５６および６７６がそれに
応答して適切に切換を行いインピーダンス変換増幅器６
５４および６７２の出力端子からの電圧パルスを上述の
とおりパルスエネルギー分析器６５８、６６０、６７６
および６７８に導くようにする。配線６８９、６９１、
６９３および６９５への制御信号のタイミングは、通常
利用者のプログラムしたデータ処理および制御装置によ
り設定し、配線６９０上の制御信号でタイミング信号発
生器６８０に伝達する。

【００３９】信号処理サブシステム６５２からの四つの
１４ビットディジタル出力信号をデータ処理および制御
装置６９７に送る。すなわち、テストパターンの各サイ
クルについてデータ処理および制御装置６９７は入射プ
ローブパルスエネルギー、入射基準パルスエネルギー、
プローブ干渉信号エネルギーおよび基準干渉信号エネル
ギーをそれぞれ表す四つのデータ入力信号を受ける。

【００４０】データ処理および制御装置６９７は、配線
６８６上の開始信号に対して一定の時間位置に基準パル
スを維持する一方、プローブパルスを等価的時間サンプ
リングの手法で配線６８６上の開始パルスに対して一連
の固定時位置を通じて動かしながら上記四つのパルスエ
ネルギー分析器からのデータを集めることによってＤＵ
Ｔ６４０上で電気信号を取り込む。通常は５００もの互
いに異なるタイミング位置を用いる。プローブ反射率比
および基準反射率比の比をプローブタイミング位置の各
々について算出し、テストパターン波形対応のＤＵＴ６
４０上の電圧変化を表すものと解釈する。

【００４１】一つの実施例では、一連のタイミング位置
を通じたプローブパルスの反復を１回だけ行う。この反
復の期間中にプローブパルスはテストパターン数千サイ
クルにわたり各タイミング位置に留まり、収集データの
平均化ほかの処理により波形雑音の低減ができるように
する。もう一つの実施例では、一連のタイミング位置を
通じた約１０乃至約１０００反復を行う。これら反復の
期間中プローブパルスはテストパターンの約１０乃至約
１００サイクルにわたり各タイミング位置に留まる。

【００４２】光変調器６０８はモード同期レーザ出力パ
ルス列６０６の中の不要パルスを完全には阻止しない。
残留モード同期パルスが光変調器６０８から漏洩し、光
検出器６５０および６７０にオフセット信号を生ずる。
一つの実施例では上記米国特許第5,905,577号記載の方
法、すなわちオフセット信号の大きさを算定してプロー
ブ干渉信号および基準干渉信号から減算する方法を用い
る。

【００４３】プローブ干渉信号および基準干渉信号の大
きさは干渉計６９９の中のＤＵＴアームと遅延アームと
の間の光路長の差に非常に影響されやすい。したがっ
て、干渉信号は入射プローブパルスおよび基準パルスで
定まる光軸沿いのＤＵＴ６４０の位置に非常に影響され
やすい。光軸沿いのＤＵＴ６４０の位置をこの明細書で
はＤＵＴ６４０のＺ位置と呼ぶ。

【００４４】ＤＵＴ６４０のＺ位置に対する干渉信号の
感度を次の例で示す。ＤＵＴ６４０で反射した基準パル
スビーム、すなわち第１の基準パルスの反射成分を検討
の対象としそれをビームＡと呼ぶ。また、干渉計遅延ア
ーム反射鏡７２０から反射してきた基準パルスのビー
ム、すなわち反射した第２の基準パルスを検討の対象と
しそれをビームＢと呼ぶ。反射鏡７２０の位置を、反射
してきた第１の基準パルスおよび第２の基準パルスの対
の光検出器６５０における時間的および空間的重なりを
最大にするように調節したものと仮定する。ビームＡの
電力はＤＵＴ６４０のＺ位置によって変化せずビームＢ
の電力は反射鏡７２０の位置によっては変化しないとす
ると、ＤＵＴ６４０のＺ位置が光の四分の一波長の距離
を動くに伴い、光検出器６５０が干渉信号の中で検出す
る電力の総計はビームＡおよびＢの電力値の和を中心と
して変動する。基礎光学理論から、Ｚ位置の範囲内で強
め合う干渉条件および弱め合う干渉条件にそれぞれ対応
する電力最大値および電力最小値はそれぞれ（Ａ１／２
＋Ｂ１／２）２および（Ａ１／２−Ｂ１／２）２で与え
られる。電力平均値はＡ＋Ｂである。例えば、ビームＡ
の電力が１マイクロワット（μＷ）であって、ビームＢ
の電力が３μＷである場合は、検出電力最大値は７．４
６μＷ、最小値は０．５３６μＷ、平均値は４μＷであ
る。光パルスの波長を１０６４ｎｍとしたときのＺ位置
沿いの光検出器出力の変動を図３に正弦曲線８３０で示
す。例えばＤＵＴ６４０の小さい振幅変動に対応する１
ミクロンのＺ位置変動が電力検出値に非常に大きい変動
を生じさせることがこの図から理解されよう。

【００４５】図２に示した実施例では、ＤＵＴ６４０の
Ｚ位置によって干渉信号が大きく変動する傾向は反射鏡
７２０の位置に閉ループ制御を施すことによって改善さ
れる。反射鏡７２０の位置はＤＵＴ６４０の動きに伴う
光検出器６５０における基準干渉信号をほぼ一定に保つ
ように制御する。代替の実施例では、例えば支持ステー
ジ６４１の一部として高速アクチュエータをＤＵＴ６４
０に同様に設け、ＤＵＴ６４０の動きをその源で消去す
るように制御する。

【００４６】図１および図２を参照すると、画像上の干
渉パターン阻止のためにシャッタ７０３を閉じた状態で
ＤＵＴ６４０全体をビーム操作光学系６３４でプローブ
ビームまたは基準ビームによりラスタ走査してＤＵＴ６
４０を画像化する。次に、プローブパルスおよび基準パ
ルスの入射ビームをビーム操作光学系６３４によりＤＵ
Ｔ６４０上の対象領域に位置合わせしてシャッタ７０３
およびスイッチ７４０を開く。データ処理および制御装
置６９７は制御信号を配線６８５経由でＤ−Ａ変換器７
４５に送り、これによってＤ−Ａ変換器７４５はその出
力端子に電圧を生じそれによって抵抗器７８５に電流を
生ずる。増幅器７３５は抵抗器７８５および７９０から
入力端子への電流の和に比例する電圧を出力端子に生ず
る。増幅器７３５の出力電圧は反射鏡７２０に取り付け
た圧電アクチュエータ７２５に供給する。アクチュエー
タ７２５は増幅器７３５の出力電圧の変動約１００ボル
トに対して約６ミクロンの範囲にわたって反射鏡７２０
を動かす。

【００４７】スイッチ７４０が開いた状態では抵抗器７
９０を通る電流は零であり、増幅器７３５の出力信号は
Ｄ−Ａ変換器７４５の出力信号で制御される。データ処
理および制御装置６９７はＤ−Ａ変換器７４５の出力端
子の一連の電圧をセットし、これによってアクチュエー
タ７２５に反射鏡７２０を駆動させるとともに遅延アー
ムの光路長を変動させ、パルスエネルギー分析器６６０
のディジタル出力の表す基準干渉信号を記録する。

【００４８】ＤＵＴ６４０の任意のＺ位置について反射
鏡７２０の位置は半波長範囲に、すなわち光検出器６５
０における基準干渉信号電力検出値を基準干渉信号電力
範囲の中心に与える半波長範囲に見出される。上述の例
では、この電力レベルは４μＷである。この中心点電力
を表す電圧はデータ処理および制御装置６９７によりＤ
−Ａ変換器７７５の出力にセットされ、差増幅器７７０
への基準入力として使われる。パルスエネルギー分析器
６６０で発生し基準干渉信号の大きさを表すアナログ信
号６６１は差増幅器７７０へのもう一つの入力として使
われる。データ処理および制御装置６９７は、Ｄ−Ａ変
換器７４５の出力信号を増幅器７３５の出力を約５０ボ
ルトにセットする中間目盛りにセットする。

【００４９】次に、データ処理および制御装置６９７は
スイッチ７４０を閉じて積分増幅器７５０の出力端子か
らの電流を抵抗器７９０経由で増幅器７３５の入力端子
に通す。ＤＡＣ７７５からの基準信号とパルスエネルギ
ー分析器６６０からのアナログ出力信号６６１との差が
差増幅器７７０の出力端子に現れる。タイミング信号発
生器６８０は制御信号を配線６９３経由で単安定回路７
８０に送るとともに、上述のとおり光変調器６１６に送
る。単安定回路７８０は約１００μｓよりも長い間隔で
約５μｓにわたりスイッチ７６５を閉じる。差増幅器７
７０の出力信号がスイッチ閉の状態で０ボルトでない場
合は、電流を抵抗器７６０経由で積分増幅器７５０に送
り、増幅器７５０の出力端子の電圧および抵抗器７９０
経由の電流を増幅器７３５および圧電アクチュエータ経
由で変化させ、反射鏡７２０の位置を変える。

【００５０】増幅器７７０、７５０および７２５は反射
鏡７２０の位置を制御する負帰還ループを形成する。Ｄ
ＵＴ６４０のＺ位置の変動に伴い、この負帰還ループは
基準干渉信号の検出出力をその電力範囲の中心（上述の
例では４μＷ）に維持するように反射鏡７２０の位置を
変える。反射鏡７２０は質量が小さいので、上記負帰還
ループはＤＣから約２００Hz以上の周波数範囲にわたっ
てＤＵＴ６４０の振動に追従できる。反射鏡７２０の位
置は圧電アクチュエータ７２５またはムービングコイル
式電磁デバイスで制御できる。上述のとおり、このフィ
ードバックをＤＵＴ６４０上の類似のアクチュエータに
かけて振動発生源に対処することもできる。しかし、こ
の手法はＤＵＴ６４０の質量が反射鏡７２０よりも通常
大きいのでより難しい。

【００５１】干渉計ＤＵＴアームと干渉計遅延アームと
の間の光路長不整合の関数としての基準干渉信号電力も
図３のグラフの曲線８３０で示す。Ｄ−Ａ変換器７７５
の発生する基準レベルは線８０５で示してある。帰還ル
ープがイネーブルされた状態で、基準干渉信号電力８３
０が基準レベル８０５に等しい反射鏡安定位置（負帰
還）および反射鏡不安定位置（正帰還）がいくつかある
ことがこの図から理解されよう。これらの位置は図３の
点８１０、８２０、８４０および８５０で示してある。
ＤＵＴ６４０に振動がない場合は、反射鏡７２０の位置
は不安定点から離れた安定点の一つに向かうように駆動
され、安定点の一つにほぼ正確に落ち着く。これら安定
点および不安定点の位置を逆にできるように帰還ループ
の利得を反転する電子回路を設けることもできる。通常
のＤＵＴ振動がある場合に動作点をこの安定点の近傍に
維持するのに十分な効果を帰還系が発揮することが重要
であり、その効果が不十分な場合は帰還系は新たな安定
動作点をサーチし続ける。この技術分野で周知のとお
り、帰還系の効果は部分的に増幅器７３５、７５０およ
び７７０の利得および帯域幅で定まり、また、反射鏡７
２０を取り付けた圧電アクチュエータの応答時間および
増幅器７７０の出力にしたがってアナログ信号６６１の
サンプリングのためのスイッチ７６５の閉じる周波数に
よっても定まる。

【００５２】一つの実施例では、タイミング信号発生器
６８０を、試験ベクトル源６８２からのテストパターン
出力の各サイクルにつき１回以上配線６９３に制御信号
を出力するように変形する。このようにして基準パルス
６１８を確定し、スイッチ７６５をテストパターン１サ
イクルあたり２回以上閉じて帰還系によるアナログ信号
６６１のサンプリングの繰返し周波数を高める。

【００５３】プローブ光パルスと基準光パルスとの間の
波長差はプローブ干渉パターンと基準干渉パターンを変
化させる。プローブ光パルス源のレーザの出力光波長が
例えば基準光パルス源のレーザの出力光波長よりも短い
場合は、ＤＵＴアームと遅延アームとの間の光路長の不
整合の関数としてのプローブ干渉信号検出出力は図３の
曲線８３０と同じ波形で短い波長の正弦曲線で表され
る。したがって、上記光路長の不整合が十分に大きい場
合は、ＤＵＴ６４０の動きに起因するプローブ干渉信号
の変動は、基準干渉信号の安定化をもたらす反射鏡７２
０の動きでは補償されない。規格波長１０６４ｎｍのレ
ーザの波長が例えば約０．５ｎｍだけ異なると、ＤＵＴ
アームと遅延アームとの間の光路差の不整合は約５０μ
ｍ以下になろう。

【００５４】ＤＵＴ６４０にプローブパルスおよび基準
パルスのビームを導くのに共焦点顕微鏡を用いた場合
は、ＤＵＴ６４０の振動が反射パルスの振動だけでなく
光波位相をも変化させ得る。したがって、反射鏡７２０
の動きの一部を反射光の位相変化でなく反射光の振幅変
化の補償に用いる。ＤＵＴ６４０は対物レンズ６３６の
焦点に位置づけてあるので、これらの振幅変化は対象の
焦点範囲にわたり通常±１０％以下で十分に小さいと予
測され、反射鏡のごく小さい動きだけで補償できる。

【００５５】入射基準パルスの振幅変動は反射鏡７２０
に誤った補償用の動きを生じさせ得る。一つの実施例で
は、そのような誤った動きは帰還ループを基準パルス干
渉信号でなく基準パルス反射率比で駆動することによっ
て回避する。しかし、基準パルス振幅変動は通常５％以
下であり、したがって反射鏡７２０の誤った動きに起因
する誤差は無視できるほど小さくなる。

【００５６】上述の説明は例示を意図するものであって
限定を意図するものではない。この明細書の記載から上
記以外の変形が当業者には自明であり、それら変形は添
付特許請求の範囲の請求項に含めることを意図するもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の装置の概略図。

【図２】図１の装置の一部を詳細に示す図。

【図３】図１の装置の動作を説明する干渉信号の図。

【符号の説明】

６００２パルス光干渉計システム６０２モード同期レーザ６０４レーザ取付台６０６レーザパルス列６０８，６１６光変調器６０９プローブパルス６１０光変調出力６１２連続波レーザ６１４連続振幅レーザビーム６１８基準パルス６２０ビーム合成器６２２反射鏡６２３偏光器６２４，６２８カップラ６２６単一モード光ファイバ６３０走査システム６３２偏光ビームスプリッタ６３４ビーム分割光学系６３５光ビーム６３６対物レンズ（プローブ形成光学系）６３８活性化領域６３９四分の一波長板６４０検査対象の半導体デバイス（ＤＵ
Ｔ）６４１ｘ−ｙステージ６４２，６６２反射鏡６４４，６４８，６６４，６６８光ファイバカッ
プラ６４６，６６６マルチモード光ファイバ６５０反射ビーム光検出器６５２信号処理サブシステム６５４，６７２インピーダンス変換増幅器６５６，６７４スイッチ６５８，６６０，６７６，６７８パルスエネルギ
ー分析器６７０入射ビーム光検出器６８０タイミング信号発生器６８２試験ベクトル源６８４複合配線６９７データ処理および制御装置６９９光干渉計７０１ビームスプリッタ７０３シャッタ７０５，７２０反射鏡７２５圧電アクチュエータ７３０ビームダンプ７３５，７５０，７７０増幅器７４５Ｄ−Ａ変換器７７５基準信号Ｄ−Ａ変換器８０５基準レベル８３０基準干渉信号電力

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年１月５日（２００１．１．５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

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）Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｇ０１Ｒ 31/28 Ｌ (72)発明者ウィリアムケイ．ローアメリカ合衆国カリフォルニア州 95131 サンホゼ，ミッションスプリングスサークル 1588

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体デバイスの内部の電気的活動度をそ
の半導体デバイスに反復的な電気的テストパターンを加
えながら検出する方法であって、前記電気的テストパターンの反復の各々の期間の中で選
ばれた時間位置で第１のプローブ光パルスを生じその第
１のプローブ光パルスを分割して少なくとも第２のプロ
ーブ光パルスを生ずる過程と、前記電気的テストパターンの反復の各々の期間の中であ
って前記第１のプローブ光パルスの生ずる前記選ばれた
時間位置からずれた時間位置で第１の基準光パルスを生
じその第１の基準光パルスを分割して少なくとも第２の
基準光パルスを生ずる過程と、前記第１のプローブ光パルスおよび前記第１の基準光パ
ルスを前記半導体デバイスに導く過程と、前記第１のプローブ光パルスおよび前記第１の基準光パ
ルスの前記半導体デバイスとの相互作用のあと、前記第
１のプローブ光パルスと前記第２のプローブ光パルスと
の合成および前記第１の基準光パルスと前記第２の基準
光パルスとの合成を、前記第１のプローブ光パルスおよ
び前記第２のプローブ光パルスが空間的および時間的に
重なり前記第１の基準光パルスおよび前記第２の基準パ
ルスが空間的および時間的に重なるように行う過程と、プローブ干渉信号を生ずるように前記重なったプローブ
光パルスを検出する過程と、基準干渉信号を生ずるように前記重なった基準光パルス
を検出する過程と、前記プローブ干渉信号および前記基準干渉信号の関数を
算定する過程とを含む方法。
【請求項２】前記プローブ干渉信号および前記基準干渉
信号の前記関数を前記電気的テストパターンの期間内の
複数の前記選ばれた時間位置で算定するように、前記選
ばれた時間位置を前記電気的テストパターンの反復とと
もに変動させる過程をさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項３】前記第１のプローブ光パルスがレーザ光パ
ルスである請求項１記載の方法。
【請求項４】モード同期レーザ光パルスのパルス列から
前記レーザ光パルスを選ぶ過程をさらに含む請求項３記
載の方法。
【請求項５】前記モード同期レーザ光パルスのパルス列
と前記電気的テストパターンの反復とを位相同期させる
過程をさらに含む請求項４記載の方法。
【請求項６】前記第１の基準光パルスがレーザ光パルス
である請求項１記載の方法。
【請求項７】前記レーザ光パルスを生ずるようにレーザ
ビームを変調する過程をさらに含む請求項６記載の方
法。
【請求項８】前記プローブ光パルスおよび前記基準光パ
ルスが実質的に等しい波長を有する請求項１記載の方
法。
【請求項９】前記電気的テストパターンの反復の各々の
期間中に前記第１の基準光パルスを生ずる時間位置を前
記テストパターンについて固定する過程をさらに含む請
求項１記載の方法。
【請求項１０】前記第１のプローブ光パルスおよび前記
第１の基準光パルスを同一光路経由で前記半導体デバイ
スに導く過程をさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項１１】前記第２のプローブ光パルスが前記第１
のプローブ光パルスと合成され前記第２の基準光パルス
が前記第１の基準光パルスと合成される前に前記第２の
プローブ光パルスおよび前記第２の基準光パルスを遅延
光路沿いに導く過程をさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項１２】前記半導体デバイスの動きを補償するよ
うに前記遅延光路の長さを制御する帰還制御を施す過程
をさらに含む請求項１１記載の方法。
【請求項１３】前記帰還制御を施す過程が前記基準干渉
信号を安定化させる請求項１２記載の方法。
【請求項１４】前記プローブ干渉信号を増幅する過程
と、前記プローブ干渉信号を積分する過程と、前記プロ
ーブ干渉信号をディジタル化する過程とをさらに含む請
求項１記載の方法。
【請求項１５】前記基準干渉信号を増幅する過程と、前
記基準干渉信号を積分する過程と、前記基準干渉信号を
ディジタル化する過程とをさらに含む請求項１記載の方
法。
【請求項１６】前記重なったプローブ光パルスを検出す
ることおよび前記重なった基準光パルスを検出すること
が、検出信号を生ずるように前記重なったプローブ光パ
ルスおよび前記重なった基準光パルスを検出すること
と、プローブ干渉信号を生ずるように前記検出器信号の
一部を積分するとともにディジタル化すること、基準干
渉信号を生ずるように前記検出器信号の一部を積分する
とともにディジタル化することとを含む請求項１記載の
方法。
【請求項１７】前記プローブ干渉信号および前記基準干
渉信号の振幅雑音を消去する過程をさらに含む請求項１
記載の方法。
【請求項１８】前記振幅雑音を消去する過程が、プロー
ブ光パルスエネルギーの一部を検出することと、基準光
パルスエネルギーの一部を検出することと、前記プロー
ブ干渉信号を前記プローブ光パルスエネルギーの前記一
部で正規化することと、前記基準干渉信号を前記基準光
パルスエネルギーの前記一部で正規化することとを含む
請求項１７記載の方法。
【請求項１９】半導体デバイスの内部の電気的活動度を
その半導体デバイスに反復的な電気的テストパターンを
加えながら検出する装置であって、前記電気的テストパターンの反復の各々の期間の中で選
ばれた時間位置で第１のプローブ光パルスを出力する第
１のプローブ光パルス源と、前記第１のプローブ光パルスの生ずる前記選ばれた時間
位置からずれた時間位置で第１の基準光パルスを出力す
る第１の基準光パルス源と、前記第１のプローブ光パルスおよび前記第１の基準光パ
ルスの入射を受け、少なくとも第２のプローブ光パルス
および第２の基準光パルスを生ずるビームスプリッタ
と、前記第１のプローブ光パルスおよび前記第１の基準光パ
ルスの入射を受ける前記半導体デバイスを支持する支持
体と、前記第１のプローブ光パルスおよび前記第１の基準光パ
ルスの前記半導体デバイスとの相互作用のあと、前記第
１のプローブ光パルスと前記第２のプローブ光パルスと
の合成および前記第１の基準光パルスと前記第２の基準
光パルスとの合成を行うように配置したビーム合成器
と、プローブ干渉信号を出力するように前記第１のプローブ
光パルスおよび前記第２のプローブ光パルスを検出する
とともに、基準干渉信号を出力するように前記第１の基
準光パルスおよび前記第２の基準光パルスを検出するよ
うに配置した検出器と、前記プローブ干渉信号および前記基準干渉信号の関数を
算定するように前記検出器に接続したプロセッサとを含
む装置。
【請求項２０】前記プローブ干渉信号および前記基準干
渉信号の関数を前記電気的テストパターンの中の複数の
前記選ばれた時間位置で算定するように、前記選ばれた
時間位置を前記電気的テストパターンの反復とともに変
動させる請求項１９記載の装置。
【請求項２１】前記第１のプローブ光パルスの供給源が
第１のレーザを含み、前記第１の基準光パルスの供給源
が第２のレーザを含む請求項１９記載の装置。
【請求項２２】前記第１のプローブ光パルスの供給源と
前記第１の基準光パルスの供給源とが同一のレーザを含
む請求項１９記載の装置。
【請求項２３】前記第１のプローブ光パルスの供給源が
レーザである請求項１９記載の装置。
【請求項２４】前記レーザがモード同期レーザであり、
そのモード同期レーザからの出力光パルス列から前記第
１のプローブ光パルス列を選ぶように配置した光変調器
をさらに含む請求項２３記載の装置。
【請求項２５】前記モード同期レーザ光パルスのパルス
列と前記電気的テストパターンの反復とを位相同期させ
てある請求項２４記載の装置。
【請求項２６】前記第１の基準光パルスの供給源がレー
ザである請求項１９記載の装置。
【請求項２７】光変調器をさらに含み、前記第１の基準
光パルスを生ずるようにレーザの出力ビームをその光変
調器で変調する請求項２６記載の装置。
【請求項２８】前記プローブ光パルスおよび前記基準光
パルスが実質的に等しい波長を有する請求項１９記載の
装置。
【請求項２９】前記電気的テストパターンの反復の各々
の期間中に前記第１の基準光パルスを生ずる時間位置を
前記テストパターンについて固定してある請求項１９記
載の装置。
【請求項３０】前記第１のプローブ光パルスおよび前記
第１の基準光パルスを同一光路経由で前記半導体デバイ
スに導く請求項１９記載の装置。
【請求項３１】前記第２のプローブ光パルスおよび前記
第２の基準光パルスを導く遅延光路をさらに含む請求項
１９記載の装置。
【請求項３２】前記遅延光路に結合した帰還ループをさ
らに含み、前記半導体デバイスの動きを補償するように
前記遅延光路の長さを制御する請求項３１記載の装置。
【請求項３３】前記帰還ループが前記基準干渉信号を安
定化させる請求項３２記載の装置。
【請求項３４】前記検出器が、前記第１のプローブ光パ
ルスおよび前記第２のプローブ光パルスを検出しプロー
ブ干渉信号を出力するように配置した光検出器と、前記
プローブ干渉信号を受けるように結合した増幅器と、増
幅された前記プローブ干渉信号を受けるように結合され
た積分器と、積分された前記プローブ干渉信号を受ける
ように結合されたディジタル化回路とを含む請求項１９
記載の装置。
【請求項３５】前記検出器が、前記第１の基準光パルス
および前記第２の基準光パルスを検出し基準干渉信号を
出力するように配置した光検出器と、前記基準干渉信号
を受けるように結合した増幅器と、増幅された前記基準
干渉信号を受けるように結合された積分器と、積分され
た前記基準干渉信号を受けるように結合されたディジタ
ル化回路とを含む請求項１９記載の装置。
【請求項３６】プローブ光パルスの一部を光路変更する
ように配置したビームスプリッタと、前記プローブ光パ
ルスの前記一部を検出して光検出器信号を出力するよう
に配置した光検出器と、前記光検出器信号を受けるよう
に結合した増幅器と、増幅された前記光検出器信号を受
けるように結合した積分器と、積分された前記光検出器
信号を受けるように結合したディジタル化回路とをさら
に含む請求項１９記載の装置。
【請求項３７】基準光パルスの一部を光路変更するよう
に配置したビームスプリッタと、前記基準光パルスの前
記一部を検出して光検出器信号を出力するように配置し
た光検出器と、前記光検出器信号を受けるように結合し
た増幅器と、増幅された前記光検出器信号を受けるよう
に結合した積分器と、積分された前記光検出器信号を受
けるように結合したディジタル化回路とをさらに含む請
求項１９記載の装置。