JPH0812229B2 - 電位測定方法および装置 - Google Patents
電位測定方法および装置Info
- Publication number
- JPH0812229B2 JPH0812229B2 JP5102050A JP10205093A JPH0812229B2 JP H0812229 B2 JPH0812229 B2 JP H0812229B2 JP 5102050 A JP5102050 A JP 5102050A JP 10205093 A JP10205093 A JP 10205093A JP H0812229 B2 JPH0812229 B2 JP H0812229B2
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- Japan
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- sensor
- semiconductor circuit
- voltage
- measuring
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- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を利用して、
半導体回路の配線電位を測定する方法および装置に関す
る。
半導体回路の配線電位を測定する方法および装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年の半導体を利用する回路基板等の半
導体回路においては、集積度の大規模化につれて、回路
動作チェックや、不良解析の必要性がますます強くなっ
ている。このような回路解析の用途では、回路素子への
影響を最小限にすること、及び、測定を簡便に行うため
に、回路内の配線電位を、非接触に測定できることが測
定法として強く求められている。
導体回路においては、集積度の大規模化につれて、回路
動作チェックや、不良解析の必要性がますます強くなっ
ている。このような回路解析の用途では、回路素子への
影響を最小限にすること、及び、測定を簡便に行うため
に、回路内の配線電位を、非接触に測定できることが測
定法として強く求められている。
【０００３】その中でレーザ光を利用する電位測定方法
として、電界印加による蛍光体の強度変化を利用する方
法が、特開平２−２９８８７１号公報に報告されてい
る。この方法によれば、半導体回路素子の表面に蛍光体
を塗布し、その上に透明電極を形成した状態で、レーザ
光を蛍光体に照射しながら、配線に電気信号を与えて、
蛍光体からの蛍光強度の変化を観測することで、配線電
位を測定できること、並びに、電子ビームを利用する電
位測定方法に比べ、真空装置が不要なため、装置構成が
簡便かつ安価にでき、かつ高いＳ／Ｎ比で配線電位を測
定できることが報告されている。
として、電界印加による蛍光体の強度変化を利用する方
法が、特開平２−２９８８７１号公報に報告されてい
る。この方法によれば、半導体回路素子の表面に蛍光体
を塗布し、その上に透明電極を形成した状態で、レーザ
光を蛍光体に照射しながら、配線に電気信号を与えて、
蛍光体からの蛍光強度の変化を観測することで、配線電
位を測定できること、並びに、電子ビームを利用する電
位測定方法に比べ、真空装置が不要なため、装置構成が
簡便かつ安価にでき、かつ高いＳ／Ｎ比で配線電位を測
定できることが報告されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、蛍光を
利用する方法では、測定の時間分解能が蛍光寿命によっ
て制限を受けるために、実時間の時間分解能は、高々２
ｎｓ程度が限界となる欠点がある。また、用いる蛍光体
の励起波長がほぼ可視の赤色領域に限定されるため、安
価な半導体レーザの使用が困難で装置全体が大型になり
かつ高価となる欠点がある。
利用する方法では、測定の時間分解能が蛍光寿命によっ
て制限を受けるために、実時間の時間分解能は、高々２
ｎｓ程度が限界となる欠点がある。また、用いる蛍光体
の励起波長がほぼ可視の赤色領域に限定されるため、安
価な半導体レーザの使用が困難で装置全体が大型になり
かつ高価となる欠点がある。
【０００５】本発明の目的は、従来の蛍光強度の変化に
基づき配線電位を測定する手法の欠点である、応答速
度、および、励起光源の選択の幅を大幅に広げることが
でき、かつ、高いＳ／Ｎ比で配線電位を測定することの
できる優れた電位測定方法および装置を提供することに
ある。
基づき配線電位を測定する手法の欠点である、応答速
度、および、励起光源の選択の幅を大幅に広げることが
でき、かつ、高いＳ／Ｎ比で配線電位を測定することの
できる優れた電位測定方法および装置を提供することに
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体回路の
配線の電位状態を測定する電位測定方法において、半導
体回路表面に、近接して、電圧感受性媒体を含む板状の
センサを配置した状態で、レーザ光をセンサに照射し、
センサから発生した第２高調波を分離してその強度を測
定することにより、基板上の配線の電位を測定すること
を特徴とする。
配線の電位状態を測定する電位測定方法において、半導
体回路表面に、近接して、電圧感受性媒体を含む板状の
センサを配置した状態で、レーザ光をセンサに照射し、
センサから発生した第２高調波を分離してその強度を測
定することにより、基板上の配線の電位を測定すること
を特徴とする。
【０００７】また本発明は、半導体回路の配線の電位状
態を測定する電位測定装置において、前記半導体回路の
表面に近接して配置され、電圧感受性媒体を含む板状の
センサと、このセンサにレーザ光を照射し、発生した第
２高調波光を検出する照射光学系と、検出した第２高調
波光の強度を測定する手段と、を備えることを特徴とす
る。
態を測定する電位測定装置において、前記半導体回路の
表面に近接して配置され、電圧感受性媒体を含む板状の
センサと、このセンサにレーザ光を照射し、発生した第
２高調波光を検出する照射光学系と、検出した第２高調
波光の強度を測定する手段と、を備えることを特徴とす
る。
【０００８】
【作用】本発明の原理は、無電界時には、分子構造の対
称性のために、ＳＨＧ（第２高調波）活性でなく、電界
印加により分子の双極子モーメントに偏りが生じ、ＳＨ
Ｇ活性となる電位感受性媒体をセンサとして用い、レー
ザ光照射により、生じたＳＨＧ光を入射レーザ光と分離
して測定することにより配線電位を測定することであ
る。
称性のために、ＳＨＧ（第２高調波）活性でなく、電界
印加により分子の双極子モーメントに偏りが生じ、ＳＨ
Ｇ活性となる電位感受性媒体をセンサとして用い、レー
ザ光照射により、生じたＳＨＧ光を入射レーザ光と分離
して測定することにより配線電位を測定することであ
る。
【０００９】本発明によれば、電界測定の時間応答は、
ＳＨＧ応答がｐｓ以下の高速応答性を持つことから、電
位感受性媒体の双極子モーメントの偏りを生じる時間に
よって制限されるが、通常この双極子モーメントの偏り
もｐｓ程度の応答は十分可能と予想される。また、検出
感度は、電界印加のない状態ではＳＨＧ発生が起こらな
いことから、受光するＳＨＧ光にバイアス的な光成分が
含まれず、蛍光法のように、無電界時と、電界印加時の
蛍光強度の差から信号を取り出す必要がない。その結
果、発生するＳＨＧ光強度をそのまま検出するだけでＳ
／Ｎ比を極めて高く取れる利点がある。
ＳＨＧ応答がｐｓ以下の高速応答性を持つことから、電
位感受性媒体の双極子モーメントの偏りを生じる時間に
よって制限されるが、通常この双極子モーメントの偏り
もｐｓ程度の応答は十分可能と予想される。また、検出
感度は、電界印加のない状態ではＳＨＧ発生が起こらな
いことから、受光するＳＨＧ光にバイアス的な光成分が
含まれず、蛍光法のように、無電界時と、電界印加時の
蛍光強度の差から信号を取り出す必要がない。その結
果、発生するＳＨＧ光強度をそのまま検出するだけでＳ
／Ｎ比を極めて高く取れる利点がある。
【００１０】また、使用するレーザ光源の波長の制限要
因は、基本波波長及びＳＨＧ光の波長において、電位感
受性媒体の吸収がないことだけなので、例えば、電位感
受性媒体の一種である生体神経細胞の電気パルス応答測
定に用いられる電位感受性色素を用いた場合、その吸収
波長は、赤色域にあるので、高速変調の可能な近赤外半
導体レーザを励起源として、青色域のＳＨＧをマイクロ
チャンネルプレートで観測する構成を適用することが可
能で、その場合、感度が高くかつ、安価な光源・検出器
の組合せが可能となり、実用性の高い装置を構成するこ
とができる。
因は、基本波波長及びＳＨＧ光の波長において、電位感
受性媒体の吸収がないことだけなので、例えば、電位感
受性媒体の一種である生体神経細胞の電気パルス応答測
定に用いられる電位感受性色素を用いた場合、その吸収
波長は、赤色域にあるので、高速変調の可能な近赤外半
導体レーザを励起源として、青色域のＳＨＧをマイクロ
チャンネルプレートで観測する構成を適用することが可
能で、その場合、感度が高くかつ、安価な光源・検出器
の組合せが可能となり、実用性の高い装置を構成するこ
とができる。
【００１１】
【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
【００１２】図１は、本発明の方法を実施する電位測定
装置の一例の概略図である。この電位測定装置は、半導
体回路２を保持するホルダー３と、半導体回路２を動作
させるテスト信号を発生するテストパターン発生ユニッ
ト５と、ＳＨＧ光の波形観測のためのオシロスコープ１
２と、半導体回路上においたセンサ１と、このセンサ１
の上に、センサ１の位置を観察すると同時に電位観測の
ためにレーザ光を照射し、発生したＳＨＧ光を検出する
照射光学系と、レーザ光の照射位置を半導体回路２の表
面上で移動させるためのＸ−Ｙステージ４とからなって
いる。
装置の一例の概略図である。この電位測定装置は、半導
体回路２を保持するホルダー３と、半導体回路２を動作
させるテスト信号を発生するテストパターン発生ユニッ
ト５と、ＳＨＧ光の波形観測のためのオシロスコープ１
２と、半導体回路上においたセンサ１と、このセンサ１
の上に、センサ１の位置を観察すると同時に電位観測の
ためにレーザ光を照射し、発生したＳＨＧ光を検出する
照射光学系と、レーザ光の照射位置を半導体回路２の表
面上で移動させるためのＸ−Ｙステージ４とからなって
いる。
【００１３】照射光学系は、半導体レーザ光を供給する
レーザ光源１４と、照明光源１３と、レーザ光に照明光
源１３からの光を合成する第１のハーフミラー１５と、
この合成光を反射させる第２のハーフミラー７と、反射
光光路に配置された対物レンズ６とを有し、半導体回路
２にレーザ光を５μｍ径に集光し、照射する。第２のハ
ーフミラー７は、センサ１で発生したＳＨＧ光を励起光
（レーザ光）と分離するために用いる。レーザ光源１４
は波長０．８μｍの半導体レーザである。照射光学系
は、さらに、ダイクロミラー８，光検出器１１，フィル
ター９，カメラ１０，ＴＶ２５を有している。センサ１
で発生したＳＨＧ光は、レンズ６、第２のハーフミラー
７を通過し、ＳＨＧ光を選択的に通過するダイクロミラ
ー８を通って、応答時間０．４ｎｓの光電子増倍管から
成る光検出器１１に入射する。光検出器１１の出力はオ
シロスコープ１２につながれ、テストパターン発生ユニ
ット５からのタイミング信号によりオシロスコープ１２
のトリガを取る構成となっている。ダイクロミラー８で
反射された光は、入射レーザ光をフィルター９で除去し
た後、カメラ１０で電気信号に変換され、ＴＶ２５で半
導体回路の配線形状を観察できる構成となっている。
レーザ光源１４と、照明光源１３と、レーザ光に照明光
源１３からの光を合成する第１のハーフミラー１５と、
この合成光を反射させる第２のハーフミラー７と、反射
光光路に配置された対物レンズ６とを有し、半導体回路
２にレーザ光を５μｍ径に集光し、照射する。第２のハ
ーフミラー７は、センサ１で発生したＳＨＧ光を励起光
（レーザ光）と分離するために用いる。レーザ光源１４
は波長０．８μｍの半導体レーザである。照射光学系
は、さらに、ダイクロミラー８，光検出器１１，フィル
ター９，カメラ１０，ＴＶ２５を有している。センサ１
で発生したＳＨＧ光は、レンズ６、第２のハーフミラー
７を通過し、ＳＨＧ光を選択的に通過するダイクロミラ
ー８を通って、応答時間０．４ｎｓの光電子増倍管から
成る光検出器１１に入射する。光検出器１１の出力はオ
シロスコープ１２につながれ、テストパターン発生ユニ
ット５からのタイミング信号によりオシロスコープ１２
のトリガを取る構成となっている。ダイクロミラー８で
反射された光は、入射レーザ光をフィルター９で除去し
た後、カメラ１０で電気信号に変換され、ＴＶ２５で半
導体回路の配線形状を観察できる構成となっている。
【００１４】図２は、センサ１の構造を示す模式図で、
センサ１はガラス板１９の下に、上から順に透明導電膜
（ＩＴＯ）１８、電位感受性色素のスチリル色素をポリ
マーに分散した厚み１０μｍのフィルム層１７と、発生
したＳＨＧ光を９０％以上反射して入射光光路に戻す高
反射膜２０が積層されている。センサ１の４つの端部の
下には半導体回路との距離を一定に保つために高さ１０
μｍのスペーサ１６が設けられている。センサ１の大き
さは、配線電位の測定箇所全体に渡ってカバーできる３
×３ｃｍである。なお、ＩＴＯ膜１８からの引出し線１
８′は、半導体回路２の接地端子につながっており、半
導体回路２の配線と、ＩＴＯ膜の間に電界が効果的に印
加される構成としている。また電位感受性色素として
は、シアニン系色素、メロシアニン系色素、ローダミン
系色素、オキソノール系色素などである。
センサ１はガラス板１９の下に、上から順に透明導電膜
（ＩＴＯ）１８、電位感受性色素のスチリル色素をポリ
マーに分散した厚み１０μｍのフィルム層１７と、発生
したＳＨＧ光を９０％以上反射して入射光光路に戻す高
反射膜２０が積層されている。センサ１の４つの端部の
下には半導体回路との距離を一定に保つために高さ１０
μｍのスペーサ１６が設けられている。センサ１の大き
さは、配線電位の測定箇所全体に渡ってカバーできる３
×３ｃｍである。なお、ＩＴＯ膜１８からの引出し線１
８′は、半導体回路２の接地端子につながっており、半
導体回路２の配線と、ＩＴＯ膜の間に電界が効果的に印
加される構成としている。また電位感受性色素として
は、シアニン系色素、メロシアニン系色素、ローダミン
系色素、オキソノール系色素などである。
【００１５】以上の構成の電位測定装置において、実際
の動作を説明する。レーザ光源１４からのレーザ光の照
射位置を半導体回路２上の所望の電位測定場所になるよ
うＸ−Ｙステージを動かす。次にレーザ光の照射を行い
ながらテストパターン発生ユニット５からテストを信号
を半導体回路２に供給し、発生したＳＨＧ光を光検出器
１１で検出し、ＳＨＧ光の時間変化波形をオシロスコー
プ１２で観測する。立ち上がり１ｎｓ、パルス幅２ｎ
ｓ、繰り返し周波数１６０ＭＨｚのクロックパルスを観
測したところ、クロックパルスと同じ立ち上がり時間１
ｎｓの、電気パルスに追従するＳＨＧ出力波形が得ら
れ、高速な時間応答を確認することができた。また、実
時間波形観測において、雑音レベルは５ｍＶ相当と小さ
く、通常の半導体回路の動作振幅５Ｖに対し十分高いＳ
／Ｎ比が得られた。
の動作を説明する。レーザ光源１４からのレーザ光の照
射位置を半導体回路２上の所望の電位測定場所になるよ
うＸ−Ｙステージを動かす。次にレーザ光の照射を行い
ながらテストパターン発生ユニット５からテストを信号
を半導体回路２に供給し、発生したＳＨＧ光を光検出器
１１で検出し、ＳＨＧ光の時間変化波形をオシロスコー
プ１２で観測する。立ち上がり１ｎｓ、パルス幅２ｎ
ｓ、繰り返し周波数１６０ＭＨｚのクロックパルスを観
測したところ、クロックパルスと同じ立ち上がり時間１
ｎｓの、電気パルスに追従するＳＨＧ出力波形が得ら
れ、高速な時間応答を確認することができた。また、実
時間波形観測において、雑音レベルは５ｍＶ相当と小さ
く、通常の半導体回路の動作振幅５Ｖに対し十分高いＳ
／Ｎ比が得られた。
【００１６】以上述べた実施例では、半導体回路上の配
線の一点の時間波形を観測する例について述べたが、レ
ーザ光源１４からの出射光を、複数の配線にまたがって
一括して照射し、発生したＳＨＧ光の像をマイクロチャ
ンネルプレートなどの面型光検出器に結像させて、特定
時間タイミングでの配線上の電位分布像を測定すること
が可能なことは言うまでもない。
線の一点の時間波形を観測する例について述べたが、レ
ーザ光源１４からの出射光を、複数の配線にまたがって
一括して照射し、発生したＳＨＧ光の像をマイクロチャ
ンネルプレートなどの面型光検出器に結像させて、特定
時間タイミングでの配線上の電位分布像を測定すること
が可能なことは言うまでもない。
【００１７】図３は本発明におけるセンサ部の保持方法
が異なる別の実施例におけるセンサ部の構造を示す図で
ある。図３において、センサ１は、支持台２２から張り
出した上下移動機構２１に保持され、半導体回路２上に
近接して浮かせた状態に保つことができる。高さの調整
は、上下移動機構２１の下に設けた圧電センサ２３によ
り、半導体回路２と、センサ１の接触を検知し、接触す
る高さから１０μｍ上方になるよう上下移動機構２１の
付属のモータ２４を動かすことによって行う。この方法
によれば、測定中は半導体回路とセンサの接触がないの
でセンサの位置を半導体回路の表面上の任意の場所に移
動でき、測定箇所を広く取ることができる利点がある。
が異なる別の実施例におけるセンサ部の構造を示す図で
ある。図３において、センサ１は、支持台２２から張り
出した上下移動機構２１に保持され、半導体回路２上に
近接して浮かせた状態に保つことができる。高さの調整
は、上下移動機構２１の下に設けた圧電センサ２３によ
り、半導体回路２と、センサ１の接触を検知し、接触す
る高さから１０μｍ上方になるよう上下移動機構２１の
付属のモータ２４を動かすことによって行う。この方法
によれば、測定中は半導体回路とセンサの接触がないの
でセンサの位置を半導体回路の表面上の任意の場所に移
動でき、測定箇所を広く取ることができる利点がある。
【００１８】またセンサ部に使用する電位感受性媒体と
しては、分子固有の電気的双極子モーメントの対称性が
電界によって崩れ易い結晶性有機分子等でも本発明が適
用可能なことは言うまでもない。
しては、分子固有の電気的双極子モーメントの対称性が
電界によって崩れ易い結晶性有機分子等でも本発明が適
用可能なことは言うまでもない。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、実応答時間がｎｓ以下
と極めて短く、かつ、電界の有無による信号強度の変化
が大きいことから、微小な電位変化も高感度に検出で
き、さらに、光源と電位感受性媒体の組合せの制限が少
ないことから、安価な光源や検出器を使用可能な利点が
あり、その結果、実用性の高い安価な装置を提供するこ
とができる電位測定方法および装置が得られる。
と極めて短く、かつ、電界の有無による信号強度の変化
が大きいことから、微小な電位変化も高感度に検出で
き、さらに、光源と電位感受性媒体の組合せの制限が少
ないことから、安価な光源や検出器を使用可能な利点が
あり、その結果、実用性の高い安価な装置を提供するこ
とができる電位測定方法および装置が得られる。
【図１】本発明の一実施例の概略的構成図である。
【図２】本発明におけるセンサ部の構成を示す模式図で
ある。
ある。
【図３】本発明におけるセンサ部の第２の構成を示す模
式図である。
式図である。
１ センサ ２ 半導体回路 ３ ホルダー ４ Ｘ−Ｙステージ ５ テストパターン発生ユニット ６ レンズ ７ 第２のハーフミラー ８ ダイクロミラー ９ フィルター １０ カメラ １１ 光検出器 １２ オシロスコープ １３ 照明光源 １４ レーザ光源 １５ 第１のハーフミラー １６ スペーサ １７ フィルム層 １８ ＩＴＯ １９ ガラス板 ２０ 高反射膜 ２１ 上下移動機構 ２２ 支持台 ２３ 圧電センサ ２４ モータ ２５ ＴＶ
Claims (4)
- 【請求項１】半導体回路の配線の電位状態を測定する電
位測定方法において、 半導体回路表面に、近接して、電圧感受性媒体を含む板
状のセンサを配置した状態で、レーザ光をセンサに照射
し、センサから発生した第２高調波を分離してその強度
を測定することにより、基板上の配線の電位を測定する
ことを特徴とする電位測定方法。 - 【請求項２】前記電圧感受性媒体として、電位感受性色
素をポリマーに分散させたフィルムを用いることを特徴
とする請求項１記載の電位測定方法。 - 【請求項３】半導体回路の配線の電位状態を測定する電
位測定装置において、 前記半導体回路の表面に近接して配置され、電圧感受性
媒体を含む板状のセンサと、 このセンサにレーザ光を照射し、発生した第２高調波光
を検出する照射光学系と、 検出した第２高調波光の強度を測定する手段と、を備え
ることを特徴とする電位測定装置。 - 【請求項４】前記センサは、 ガラス基板と、 このガラス基板上に形成された透明導電膜と、 この透明導電膜上に形成され、前記電圧感受性媒体であ
るフィルム層と、 このフィルム層上に形成され、発生した第２高調波を前
記レーザ光の入射光光路に戻す高反射膜と、を有するこ
とを特徴とする請求項３記載の電位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5102050A JPH0812229B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 電位測定方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5102050A JPH0812229B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 電位測定方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06308203A JPH06308203A (ja) | 1994-11-04 |
| JPH0812229B2 true JPH0812229B2 (ja) | 1996-02-07 |
Family
ID=14316943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5102050A Expired - Lifetime JPH0812229B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 電位測定方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0812229B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5109123B2 (ja) * | 2007-03-08 | 2012-12-26 | 国立大学法人東京工業大学 | 電界分布又はキャリア分布を高次高調波の強度に基づいて検出する検出装置及びその検出方法 |
-
1993
- 1993-04-28 JP JP5102050A patent/JPH0812229B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06308203A (ja) | 1994-11-04 |
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