[發明專利]一種用于電光探測器電壓校準的方法

有效

• 申請號: 200910067242.1
• 申請日: 2009-07-03
• 公開（公告）號: CN101609134A
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發明（設計）人: 孫洪波;金如龍;衣茂斌;楊罕;趙迪
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01R35/00
• 分類號: G01R35/00;G01R31/311
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司
• 代理人: 張景林;劉喜生

技術領域

本發明屬于集成電路電光采樣技術領域，具體涉及一種對電光探測器的調制信號電壓進行校準的方法。

背景技術

隨著微電子芯片制造技術的發展，芯片的集成度和運行速度越來越高。為了改進集成電路的設計和制造工藝，提高集成電路的可靠性，需要對發生故障的集成電路芯片進行檢測分析。電光檢測是一種用光學方法對芯片內部電壓特性進行無損檢測的方法，被國內外研究者證實具有皮秒量級的時間分辨率、小于的電壓靈敏度和0.5μm的空間分辨率，一直是微電子可靠性研究領域中令人關注的課題。

由于芯片在高頻運行時存在寄生電容、分布參數不確定性等問題，集成電路芯片的內部電壓特性的檢測分析和故障診斷通常在近直流的低頻條件下進行。近二十年來有大量文章介紹電光技術在GHz及THz探測中的應用，而在故障診斷的近直流的低頻區域的電光特性研究卻沒有報道。本發明在MHz以下的近直流區域，利用電光介質的壓電共振特性提高電光檢測的電壓靈敏度。為了測定和比較集成電路芯片內部各電路結點上的電壓分布，需要對電光檢測得到的信號實現電壓定標。這個問題得不到完善的解決，就會妨礙著電光檢測技術的推廣應用。

發明內容

本發明是一種芯片內部電壓特性無損檢測技術，原理是待測的集成電路9表面存在信號電場，會引起位于集成電路9表面的電光探頭8中電光介質層21的折射率發生變化，從而使電光探頭中從集成電路9表面反射回來的探測光受到調制，進而通過對電光調制信號的分析，實現對集成電路表面電場的逐點探測。

發明通過參考電極19引入電壓幅度已知的標準信號來實現電壓定標，解決了電光檢測實用化的問題。

本發明的電光探測器的結構如圖1所示，具體可分為光學部分和電學部分，其中光學部分又可分為探測系統部分和照明系統部分。

探測系統部分：半導體激光器1發出波長為1.31μm的激光作為探測光，探測光經過球透鏡2整形為平行光束，再經過偏振分束鏡3和λ/4波片4后，由二色鏡5和二色鏡6反射進入聚焦物鏡7，探測光經過電光探頭8聚焦在待測電路9的金屬傳輸線上，經反射回來的探測光再次通過電光探頭8和聚焦物鏡7，其中10％的光經過二色鏡6、二色鏡11進入CMOS攝像頭12，最后探測光的聚焦光點在集成電路表面的位置被顯示在監視器13；經反射的探測光90％由二色鏡6反射到二色鏡5，再經過波片4由偏振分束鏡3反射進入InGaAs探測器14。

前面所述的半導體激光器1，是指光功率0～10mW可調的直流半導體激光器，發出波長為1.31μm的線偏振激光。調整半導體激光器1的方向使發出的激光的偏振方向垂直于紙面。

球透鏡2把半導體激光器1發射的發散的激光聚成平行光束。

偏振分束鏡3使偏振方向垂直于紙面的光(探測光)穿過偏振分束鏡3，而偏振方向平行于紙面的光(調制光)偏振分束鏡3被反射。

1/4波片4的光軸與探測光的偏振方向成45°角，使探測光通過波片過由線偏振光調制為圓偏振光；由待測電路9的金屬傳輸線反射回來的調制光再次穿過λ/4波片，其偏振方向由垂直于紙面方向轉化為平行于紙面方向，不能穿過偏振分束鏡3而被反射進入探測器14。

二色鏡5對1.31μm波長的探測光束45°角入射時的反射率大于99.9％，以減少探測光的損耗。

二色鏡6對1.31μm波長的探測光束45°角入射時的反射率為90％，保證監視器能清楚地觀察探測光斑的情況下，盡可能少地減少探測光的損耗。

聚焦物鏡7使探測光聚焦成3μm的光斑，聚焦在待測電路9表面的金屬傳輸線上，提高電光檢測裝置的空間分辨率。

待測電路9是電光檢測裝置的測量對象。

照明系統部分：發光管10發出1.06μm波長的光作為照明光，其一半被被二色鏡11反射，然后穿過二色鏡6、聚焦物鏡7和電光探頭8，最后照在待測電路9的表面，被金屬傳輸線反射。反射回來的照明光依次經過電光探頭8、聚焦物鏡7、二色鏡6和二色鏡11，進入CMOS攝像頭12，最后待測電路的表面圖案被顯示在監視器13。

發光管10發出1.06μm波長的光，其光功率為0～10mW可調。因為波長1.06μm和探測光波長1.31μm相近，可以防止經過多個光學元件后和探測光發生色差使得成像不清晰。

二色鏡11對1.06μm的光半透半反，使照明光從電路返回之后，能夠盡可能多的進入CMOS攝像頭12，使電路成像更清晰。

二色鏡6對1.06μm的光的透過率大于99％，減少照明光的損耗。