特許 6039681 ＤＣＳＱＵＩＤベースのＲＦ磁気計を用いた電子デバイスにおけるオープン欠陥の位置測定のための方法およびシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6039681

(24)【登録日】2016年11月11日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】ＤＣＳＱＵＩＤベースのＲＦ磁気計を用いた電子デバイスにおけるオープン欠陥の位置測定のための方法およびシステム

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/035 20060101AFI20161128BHJP

【ＦＩ】

   G01R33/035

【請求項の数】19

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2014-541025(P2014-541025)

(86)(22)【出願日】2011年11月14日

(65)【公表番号】特表2014-533362(P2014-533362A)

(43)【公表日】2014年12月11日

(86)【国際出願番号】US2011060603

(87)【国際公開番号】WO2013074068

(87)【国際公開日】20130523

【審査請求日】2014年11月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】514094070

【氏名又は名称】ネオセラ リミテッド ライアビリティ カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】特許業務法人 谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】アントニオ オロスコ

(72)【発明者】

【氏名】ウラディーミル ブイ．タラノフ

(72)【発明者】

【氏名】アルフレッド ベンジャミン カーソン ザ サード

(72)【発明者】

【氏名】ニコラス エリック ガリオーロ

【審査官】 永井 皓喜

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０２０６３７６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−０５２９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２５７２３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ３３／０３５

Ｇ０１Ｒ ３３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子デバイスにおけるオープン欠陥を位置測定するための方法であって、
（ａ）直流（ＤＣ）超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）ベースの磁気計を、２００ＭＨｚ以上の無線周波数（ＲＦ）帯域幅で動作するように適合させるステップと、
（ｂ）ＲＦ電力を、差動フィードライン構成によって、調査対象の電子デバイスに結合するステップと、
（ｃ）前記ＤＣ ＳＱＵＩＤベースのＲＦ磁気計を前記調査対象の電子デバイスにわたって走査するステップと、
（ｄ）前記調査対象の電子デバイスにおける伝導路レイアウトにおいて生じた電流の画像を取得するステップと、
（ｅ）前記電流画像を前記伝導路レイアウトの画像と位置合わせするステップと、
（ｆ）前記伝導路レイアウトに相関する前記電流画像上の電流消失の位置でオープン欠陥の正確な位置を示すステップと
を含むことを特徴とする方法。

【請求項2】

前記ステップ（ｄ）の前に、
（ｇ）前記ＤＣ ＳＱＵＩＤベースのＲＦ磁気計の先端と前記調査対象の電子デバイスとの間の相対配置の関数として前記調査対象の電子デバイスから生じる磁場のＲＦ画像を取得するステップと、
（ｈ）前記ＲＦ磁場画像を前記電流画像に変換するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ＲＦ帯域幅は、１０ＭＨｚから２００ＭＨｚまでの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記ＲＦ帯域幅は、２００ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記ＲＦ電力は、０．００１ｍＷから１０ｍＷまで、またはそれ未満の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記ＤＣ ＳＱＵＩＤの先端と前記電子デバイスの間の距離は、１０μｍから２０００μｍまでの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記調査対象の電子デバイスは、マイクロストリップ送信線を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記調査対象の電子デバイスは、集積回路（ＩＣ）パッケージであり、前記ステップ（ｂ）において、前記ＲＦ電力が前記ＩＣの２つの末端において前記ＩＣに結合されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記ステップ（ｂ）において、前記ＲＦ電力が、シングルエンドフィードライン構成によって前記調査対象の電子デバイスに結合されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項10】

前記差動フィードライン構成において差動チャネル間で振幅不均衡を作り出すステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項11】

前記差動フィードライン構成において差動チャネル間で位相差を作り出すステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項12】

前記ステップ（ａ）において、
（ｉ）前記調査対象の電子デバイスから生じ、低周波変調磁束

【数2】

上に重ね合わせられたＲＦ磁束

【数1】

をＤＣ ＳＱＵＩＤに誘導結合するステップであって、
Φｍ、ωｍおよび

【数3】

は、それぞれ、前記変調磁束の振幅、周波数、および位相であり、ΦＲＦ、ωＲＦ、および

【数4】

は、それぞれ、前記調査対象の電子デバイスから受けた前記ＲＦ磁束の振幅、周波数、および位相であるステップと、
（ｊ）前記ＤＣ ＳＱＵＩＤの出力において、前記周波数ωｍで０°と１８０°の間で二相変調された出力ＲＦ電圧を取得するステップと、
（ｋ）前記出力ＲＦ電圧をＲＦ信号成分と低周波信号成分に多重分離するステップと、
（ｌ）前記二相変調された出力ＲＦ電圧の前記ＲＦ信号成分を、それぞれ前記周波数ωＲＦおよび前記周波数ωｍを基準とする第１の復調ユニットおよび第２の復調ユニットにおいて逐次的に復調し、それにより前記第２の復調ユニットの出力において、前記調査対象の電子デバイスから生じる前記ＲＦ磁束を表す出力信号が得られるステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項13】

前記ステップ（ｋ）の後に、前記低周波信号成分を磁束ロックループ回路に供給し、フィードバック磁束を生成するステップと、
前記ＤＣ ＳＱＵＩＤを準静的磁束ｎΦ０、ｎ＝０、１、２、…（ここで、Φ０は磁束量子である）においてロックするステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記ステップ（ｌ）の後に、前記第２の復調ユニットを前記磁束ロックループ回路に結合し、前記低周波変調磁束を制御するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

電子デバイスにおけるオープン欠陥を検出するためのシステムであって、
無線周波数（ＲＦ）帯域幅で動作する直流（ＤＣ）超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）ベースのＲＦ磁気計であって、ＳＱＵＩＤ先端を含むＤＣ ＳＱＵＩＤベースのＲＦ磁気計と、
調査対象の電子デバイスを支持するステージと、
前記ステージおよび前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ先端の間の相対配置を制御可能に変更するコンピュータユニットと、
前記調査対象の電子デバイスに、差動フィードラインを介して、結合されたＲＦ電力の電源と、
前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ磁気計に結合され、前記調査対象の電子デバイスの伝導路レイアウトにおいて生じた電流の画像を取得するデータ取得ユニットと、
前記データ取得ユニットに結合されたデータ分析ユニットであって、前記データ分析ユニットは前記電流画像を前記伝導路レイアウトの画像に相関させ、前記データ取得ユニットおよび前記データ分析ユニットは、前記コンピュータユニットに結合されている、データ分析ユニットと、
前記データ分析ユニットに結合され、前記電流画像が電流消失を示す前記伝導路レイアウトの領域におけるオープン欠陥位置に対応する信号を出力する出力ユニットと
を含むことを特徴とするシステム。

【請求項16】

前記ＤＣ ＳＱＵＩＤベースのＲＦ磁気計が、
ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路と、
前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路の入力に誘導結合される低周波変調磁束

【数5】

であって、Φｍは前記変調磁束の振幅であり、ωｍは前記変調磁束の周波数であり、

【数6】

は前記変調磁束の位相である、低周波変調磁束の電源と、
前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路の前記入力に誘導結合されるＲＦ磁束

【数7】

を生じ、ΦＲＦ（ｔ）は前記ＲＦ磁束の振幅であり、ωＲＦは前記ＲＦ磁束の周波数であり、

【数8】

は前記ＲＦ磁束の位相である、前記調査対象の電子デバイスであって、
前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路に結合された前記ＲＦ磁束および前記低周波変調磁束に応答して、前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路は０°と１８０°の間の前記周波数ωｍで二相変調された出力ＲＦ電圧を生成する前記調査対象の電子デバイスと、
前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路の出力に結合され、前記出力ＲＦ電圧をＲＦ信号成分と低周波信号成分に分離する多重分離回路と、
前記二相変調された出力ＲＦ電圧の前記ＲＦ信号成分を受信し、前記ＲＦ信号成分を前記周波数ωｍおよび前記周波数ωＲＦでダブルロックし、前記調査対象の電子デバイスから生じる前記ＲＦ磁束を表す出力信号を生成するＲＦ復調回路であって、前記周波数ωＲＦを基準とする第１の復調ユニットと、前記周波数ωｍを基準とし、前記第１の復調ユニットの出力に結合された第２の復調ユニットとを含むＲＦ復調回路と
を含むことを特徴とする請求項１５に記載のシステム。

【請求項17】

前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路の前記入力および前記出力の間に結合され、前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路の前記入力にフィードバック磁束ｎΦ０、ｎ＝０、１、２、…（ここで、Φ０は磁束量子である）を誘導結合する磁束ロックループ（ＦＬＬ）回路をさらに含み、
前記ＦＬＬ回路は、前記多重分離回路の出力に結合され、前記多重分離回路の出力から前記低周波信号成分を受信し、前記低周波信号成分は、前記ＦＬＬ回路において処理され、前記フィードバック磁束ｎΦ０を生成し、
前記第２の復調ユニットは、前記ＦＬＬ回路に結合され、前記低周波変調磁束を制御することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。

【請求項18】

前記第１の復調ユニットは、周波数ωＲＦを基準とするＲＦロックイン増幅器、またはＲＦミキサー／乗算回路を含み、
前記第２の復調ユニットは、前記周波数ωｍを基準とする中間周波数（ＩＦ）ロックイン増幅器、または乗算回路を含み、
前記磁束ロックループ（ＦＬＬ）回路は、前記周波数ωｍを基準とするＦＬＬロックイン増幅器、または乗算ユニットを含み、
低周波変調磁束の前記電源は、前記磁束ロックループ回路および前記第２の復調ユニットに結合される前記低周波変調磁束を生成する関数発生器を含み、
前記システムが、前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路に近接して配置され、前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路に誘導結合され、前記低周波変調磁束および前記フィードバック磁束を前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路に結合する変調コイルと、前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路に近接して配置され、前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路に誘導結合され、ＲＦ磁束の前記電源から生じる前記ＲＦ磁束を前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路に結合するＲＦコイルとをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載のシステム。

【請求項19】

前記周波数ωｍ≪前記周波数ωＲＦであり、
前記周波数ωｍが、前記第１の復調ユニットの出力帯域幅の範囲内であり、
前記周波数ωＲＦが、２００ＭＨｚ以上までであることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本研究はＮＳＦ−ＳＢＩＲ契約第ＩＩＰ−０９２４６１０号により資金提供を受けた。米国政府は本発明に対して一定の権利を有する。

【0002】

本発明は、多数の金属層および複雑な配線路を含み得るフリップチップ、マルチチップモジュールおよび積層ダイなどの複雑なパッケージにおける欠陥の非破壊的単離（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）のための磁気測定に関する。本発明は詳細には、ＤＣ（直流）超伝導量子干渉デバイス（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ）（ＳＱＵＩＤ）ベースのＲＦ（無線周波数）磁気計を用いて行われる、電子デバイスにおける磁気電流画像化に関する。

【0003】

さらに、本発明は、２００ＭＨｚ以上までのコヒーレント磁場を感知可能なＤＣ ＳＱＵＩＤベースのＲＦ磁気計による、「電流不通（ｄｅａｄ）」で抵抗性のオープン欠陥の非破壊的検出に関する。

【0004】

加えて、本発明は、調査対象のデバイス（サンプル）（集積回路、電子パッケージ等）から生じるＲＦ磁束がＳＱＵＩＤ低周波変調磁束上に重ね合わされ、ＳＱＵＩＤの出力において二相変調されたＲＦ電圧を生成し、それがダブルロックイン技術を使用してさらに復調され（変調磁束の周波数ω_mにおいて、およびＲＦ磁束の周波数ω_RFにおいて）、測定されたＲＦ磁場の振幅と位相に関する情報を保持する出力信号を生成する、２００ＭＨｚ（以上）帯域幅で動作するＤＣ ＳＱＵＩＤベースのＲＦ磁気計の適用による電子デバイスにおけるオープン欠陥の非破壊的位置測定に関する。

【0005】

全体的な基本的原則によって、本発明は、走査型ＤＣ ＳＱＵＩＤベースのＲＦ磁気計の適用により取得された磁場（磁気電流）画像において検出されたＲＦ磁場（またはＲＦ磁気電流）が実質的に消失する位置の近傍にあるオープン欠陥の非破壊的位置測定のための技術に関する。

【背景技術】

【0006】

磁気電流画像化は、集積回路（ＩＣ）および電子パッケージ化されたデバイスにおいて埋没した電流（ｂｕｒｉｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔｓ）をそれらの磁場を検出することにより画像化するための技術である（例えば、非特許文献１および非特許文献２参照）。

【0007】

検出された磁場は、フーリエ逆変換（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｂａｃｋ−ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）技術を使用することによりデバイスにおける電流をマッピングするのに使用される（例えば、非特許文献１および非特許文献３参照）。結果として得られた電流マップは回路図、光学／赤外線画像または無故障部品設計（ｎｏｎ−ｆａｉｌｉｎｇ ｐａｒｔ ｄｅｓｉｇｎ）と比較され、不良箇所（ｆａｕｌｔ）の位置を測定する。

【0008】

ＤＣ ＳＱＵＩＤおよび低周波ＳＱＵＩＤ顕微鏡法（例えば、非特許文献４、非特許文献５、および非特許文献６参照）は、短絡および高抵抗欠陥の位置測定をするのに今日一般的に使用されており、パッケージレベルの不良箇所の単離のための主流ツール（例えば、非特許文献７参照）およびダイレベルの不良箇所の単離のための有効なツール（例えば、非特許文献８および非特許文献９参照）となっている。

【0009】

しかしながら、ＤＣ信号または低周波信号は欠陥トレース（ｄｅｆｅｃｔｉｖｅ ｔｒａｃｅｓ）に沿って伝播することができず、したがって「オープン（ｏｐｅｎ）」欠陥を有する回路において電流を生じないため、ＤＣ ＳＱＵＩＤおよび低周波ＳＱＵＩＤ顕微鏡法はオープン欠陥には適用されていない。

【0010】

電気的オープンは、それらが電流を伝導しないため、特に単離するのが困難である。オープンとは異なり、短絡は熱画像化技術または電流画像化技術、およびＸ線を用いた画像によって単離され得る。しかしながら、ひび割れた金属トレース、剥離したバイア、Ｃ４乾燥欠陥（ｎｏｎ−ｗｅｔ ｄｅｆｅｃｔｓ）、めっきスルーホール（Ｐｌａｔｅｄ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｈｏｌｅ）（ＰＴＨ）きず、および任意のその他のパッケージ欠陥または相互接続構造欠陥のいずれかであり得るオープン回路故障は、デバイスを使用不能にする電気的オープン信号線につながる。

【0011】

現在、オープン回路欠陥を位置測定するための主な手法は、時間領域反射率測定法（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）（ＴＤＲ）（例えば、非特許文献１０、非特許文献１１および非特許文献１２参照）である。

【0012】

ＴＤＲでは短い電気パルスを調査対象のデバイスに送り、反射を受け取るまでの時間を監視する。反射された信号を非欠陥部品のそれと比較することにより、５００μｍまでの位置測定精度で欠陥を位置測定することが可能である。実際的には、１〜２ｍｍが典型的なＴＤＲ位置測定精度であり、これは調査対象のパッケージング中の配線路の複雑な性質により制限される。

【0013】

ＴＤＲの他に、オープン欠陥を位置測定するための唯一の方法は、光学顕微鏡下の物理的検査と組み合わせた沿層（ｌａｙｅｒ ｂｙ ｌａｙｅｒ）脱処理（ｄｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）である。この手順には数週間かかることがあり、多くの回数、欠陥は光学的検査で見逃され得るか、または機械的脱処理において実際に失われることがある。

【0014】

現在の故障解析の実践では、短絡が欠陥のおよそ２０％を占め、高抵抗短絡が欠陥の１０〜１５％、そしてオープンはパッケージにおいて起こる欠陥の６０〜７０％である。ダイレベルでは、短絡とオープンはおよそ等しい確率で起こる。

【0015】

したがって、半導体製造業界からの強い関心が、電子デバイスにおけるオープン回路故障の非破壊的位置測定のためのさらなる技術にある。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0016】

【非特許文献1】Ｅ．Ｆ． Ｆｌｅｅｔ， ｅｔ ａｌ．， ”Ｈｉｇｈ−Ｔc ｓｃａｎｎｉｎｇ ｓｑｕｉｄ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ｏｆ ａｃｔｉｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔｓ” ｉｎ ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ， ９（２）：４１０３， １９９９

【非特許文献2】Ｌ． Ａ． Ｋｎａｕｓｓ， ｅｔ ａｌ．， ”Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｓｈｏｒｔｓ ｆｒｏｍ ｆｒｏｎｔ ａｎｄ ｂａｃｋｓｉｄｅ ｏｆ ＩＣ ｐａｃｋａｇｅｓ ｕｓｉｎｇ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｓｑｕｉｄ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ” Ｉｎ Ｐｒｏｃ． Ｏｆ ｔｈｅ ２５th Ｉｎｔ’ｌ Ｓｙｍｐ． Ｏｎ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｆａｉｌｕｒｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ， ｐａｇｅ １１， Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ， ＣＡ， Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９９９

【非特許文献3】Ｊ． Ｐ． Ｗｉｋｓｗｏ， ”ＳＱＵＩＤ Ｓｅｎｓｏｒｓ： Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ， Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ” ｉｎ ｃｈａｐｔｅｒ ”Ｔｈｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｐｒｏｂｌｅｍ ｆｏｒ ＮＤＥ”， ｐａｇｅｓ ６２９−６９５． Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ， Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ， １９９６

【非特許文献4】Ｌ．Ａ． Ｋｎａｕｓｓ， ｅｔ ａｌ．， ”Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｓｑｕｉｄ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ｆｏｒ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｍａｇｉｎｇ” ｉｎ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ， ４１： １２１１−１２２９， １９９１

【非特許文献5】Ｈ． Ｗｅｉｎｓｔｏｃｋ， ｅｄｉｔｏｒ， ”ＳＱＵＩＤ Ｓｅｎｓｏｒｓ： Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ， Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ” ｉｎ Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ， Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ， １９９６

【非特許文献6】Ｔ． Ｖａｎ Ｄｕｚｅｒ， ｅｔ ａｌ．， ”Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ” ｉｎ Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ， ２nd ｅｄｉｔｉｏｎ， １９９９

【非特許文献7】Ｒ． Ｄｉａｓ， ｅｔ ａｌ．， ”Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｑｕｉｄ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ｉｎｔｏ ＦＡ ｆｌｏｗ” Ｉｎ Ｐｒｏｃ． Ｏｆ ｔｈｅ ２７th Ｉｎｔ’ｌ Ｓｙｍｐ． Ｏｎ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｆａｉｌｕｒｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ，” Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ， ＣＡ， Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２００１

【非特許文献8】Ｄ．Ｐ， Ｖａｌｌｅｔ， ” Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｓｑｕｉｄ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ｆｏｒ ｄｉｅ ｌｅｖｅｌ ｆａｕｌｔ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ” Ｉｎ Ｐｒｏｃ． Ｏｆ ｔｈｅ ２８th Ｉｎｔ’ｌ Ｓｙｍｐ． Ｏｎ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｆａｉｌｕｒｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ， ｐａｇｅｓ ３９１−３９６， Ｐｈｏｅｎｉｘ， ＡＺ， Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２００２

【非特許文献9】Ｌ． Ａ． Ｋｎａｕｓｓ， ｅｔ ａｌ．， ”Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｓｑｕｉｄ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ｆｏｒ ｄｉｅ−ｌｅｖｅｌ ａｎｄ ｐａｃｋａｇｅ−ｌｅｖｅｌ ｆａｕｌｔ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ” ｉｎ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ， ４３： １６５７−１６６２， ２００３

【非特許文献10】Ｄ． Ｓｅａｒｌｓ， ｅｔ ａｌ．， ”Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ ａｓ ａ ｄｅｖｉｃｅ ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｌｅｖｅｌ ｆａｉｌｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｆａｉｌｕｒｅ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｏｏｌ” ｉｎ Ｐｒｏｃ． Ｏｆ ｔｈｅ １６th Ｉｎｔ’ｌ Ｓｙｍｐ． Ｏｎ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｆａｉｌｕｒｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ， ｐａｇｅｓ ２８５−２９１， Ｂｅｌｌｅｖｕｅ， ＷＡ， Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２０００

【非特許文献11】Ｄ．Ａ． Ｓｍｏｌｙａｎｓｋｙ， ”Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐａｃｋａｇｅ ｆａｉｌｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｕｓｉｎｇ ＴＤＲ” ｉｎ Ｐｒｏｃ． Ｏｆ ｔｈｅ ２６th Ｉｎｔ’ｌ Ｓｙｍｐ． Ｏｎ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｆａｉｌｕｒｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ， ｐａｇｅｓ ２７７−２８３， Ｂｅｌｌｅｖｕｅ， ＷＡ， Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２０００

【非特許文献12】Ｔ． Ｋ． Ｌｏｎｇ， ｅｔ ａｌ．， ”Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｆａｉｌｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ” ｉｎ Ｐｒｏｃ Ｏｆ ｔｈｅ ３０th Ｉｎｔ’ｌ Ｓｙｍｐ． Ｏｎ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｆａｉｌｕｒｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ， ｐａｇｅｓ ６１−６２２， Ｗｏｒｃｅｓｔｅｒ， ＭＡ， Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２００４

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0017】

したがって、本発明の目的は、電子デバイスにおけるオープン位置測定のための非破壊的技術を提供することである。

【0018】

本発明の別の目的は、高感度ＤＣ ＳＱＵＩＤベースの磁気計を利用するオープン欠陥位置測定のための技術、特に２００ＭＨｚ以上までの帯域幅において動作可能なＤＣ ＳＱＵＩＤベースのＲＦ磁気計を提供することである。

【0019】

本発明のさらなる目的は、ＤＣ ＳＱＵＩＤベースのＲＦ（またはマイクロ波周波数）磁気計を利用して調査対象の電子デバイスについてのＲＦ磁場（またはＲＦ電流）画像が取得され、オープン欠陥がＲＦ磁場（ＲＦ電流）消失の位置で正確な位置を示される、オープン位置測定技術を提供することである。

【0020】

加えて、本発明の目的は、電子デバイスにおけるオープン欠陥位置測定における適用のために、ＤＣ ＳＱＵＩＤベースの磁気計をＲＦ／マイクロ波周波数帯域幅（２００ＭＨｚ以上まで）における動作に適合させることである。

【発明が解決しようとする課題】

【0021】

一態様において、本発明はオープン欠陥を検出する方法を構成する。オープン欠陥の検出は以下のステップを通して行われる：
ＤＣ ＳＱＵＩＤベースの磁気計を２００ＭＨｚ以上までの無線周波数（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）（ＲＦ）帯域幅で動作するように適合させるステップと、
前記ＤＣ ＳＱＵＩＤの先端を調査対象の電子デバイスにわたって走査するステップと、
ＲＦ作動させたときの前記調査対象の電子デバイス中の伝導路において生じた磁場の画像を取得するステップ。

【0022】

前記調査対象の電子デバイスから生じる磁場のＲＦ画像は、まず前記ＤＣ ＳＱＵＩＤの前記先端と前記調査対象の電子デバイスとの間の相対配置の関数として取得され、高速フーリエ変換技術によって電流画像に変換され得る。

【0023】

この手順は、前記ＲＦ電流画像を前記電子デバイスの配線（伝導路）レイアウトの光学画像に重ね合わせるステップと、前記電流画像が電流消失を示す前記配線レイアウト上の位置でオープン欠陥の正確な位置を示すステップとに続く。

【0024】

本主題検出方法は、１０ＭＨｚから２００ＭＨｚ以上までの範囲にあるＲＦ帯域幅で適用可能である。

【0025】

ＲＦ電力は、シングルエンド（ｓｉｎｇｌｅ−ｅｎｄｅｄ）フィードライン（ｆｅｅｄｌｉｎｅ）構成または差動フィードライン構成のいずれかにおいて前記調査対象の電子デバイスに印加され得る。

【0026】

前記差動フィードライン構成では、差動チャネル間の振幅不均衡、ならびに差動チャネル間の位相差が導入され得る。

【0027】

ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路を無線周波数での動作に適合させるためには、前記ＳＱＵＩＤ回路を室温電子機器に結合する送信線における遅延、ならびに近接場カップリングによる帯域幅限界を克服しなければならない。これは、前記調査対象の電子デバイスから生じるＲＦ磁束

【0028】

【数1】

【0029】

の、低周波変調磁束

【0030】

【数2】

【0031】

上への重ね合わせ、および両磁束を前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路に誘導結合するステップを通して主題システムにおいて達成され、ここで、Φ_m、ω_mおよび

【0032】

【数3】

【0033】

は、それぞれ、前記変調磁束の振幅、周波数、および位相であり、Φ_RF、ω_RF、および

【0034】

【数4】

【0035】

は、それぞれ、前記ＲＦ磁束の振幅、周波数、および位相である。

【0036】

その結果、前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路は周波数ω_mで０°と１８０°の間で二相変調された出力ＲＦ電圧を生成する。前記ＳＱＵＩＤの電圧は、ＲＦ信号成分と低周波信号成分に分離される。前記ＳＱＵＩＤ回路により生成された前記二相変調された出力ＲＦ電圧の前記ＲＦ信号成分は、それぞれ前記周波数ω_RFおよび前記周波数ω_mを基準とする第１の復調ユニットおよび第２の復調ユニットにより逐次的に復調され、前記第２の復調ユニットの出力において、対象の前記ＲＦ磁束を表す出力信号を得る。

【0037】

前記低周波信号成分は磁束ロックループ（ｆｌｕｘ−ｌｏｃｋｅｄ ｌｏｏｐ）回路に供給され、フィードバック磁束を生成し、前記ＤＣ ＳＱＵＩＤを準静的磁束ｎΦ₀、ｎ＝０、１、２、…（ここで、Φ₀は磁束量子である）においてロックし、前記ＳＱＵＩＤ回路の前記ＲＦ応答（出力ＲＦ電圧）を線形化する。

【0038】

前記第２の復調ユニットは前記磁束ロックループ回路に結合され、前記ＳＱＵＩＤ回路に対する前記低周波変調磁束を制御する。

【0039】

本発明の別の態様において、ＲＦ帯域幅（２００ＭＨｚ以上）で動作するＤＣ ＳＱＵＩＤベースのＲＦ磁気計の使用を通じて、電子デバイスにおけるオープン欠陥の非破壊的検出のためのシステムを構成する。

【0040】

本主題システムは、Ｘ−Ｙ−Ｚステージが、調査対象の電子デバイスを支持し、前記ステージおよび前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ先端に効果的に結合され、それらの間の相対配置を制御可能にかつ選択的に変更するコンピュータユニットにより制御可能に動作されるように設計されている。

【0041】

前記ＤＣ ＳＱＵＩＤベースのＲＦ磁気計において、ＳＱＵＩＤ ＲＦおよびＡＣ電子ユニットが前記ＳＱＵＩＤ回路に結合され、前記生成された出力ＲＦ ＳＱＵＩＤ電圧を処理して、前記調査対象の電子デバイスから生じる測定された磁場に対応する出力信号（「ＩＦ信号」）を生成する。同時に、前記ＳＱＵＩＤ ＲＦおよびＡＣ電子ユニットは、ＳＱＵＩＤ動作の磁束ロックループレジームを制御し、前記ＳＱＵＩＤ回路と読み出し電子機器の間の送信線遅延、ならびに前記測定システムの様々な部品間の近接場「クロストーク」と関連した帯域幅限界を克服するように設計される。前記帯域幅限界は、本主題システムにおいて、前記調査対象の電子デバイスから生じる前記ＲＦ磁束を前記低周波変調磁束上に重ね合わせ、二相変調されたＲＦ電圧を前記ＳＱＵＩＤ回路の出力において生成することにより、克服される。これは、前記ＳＱＵＩＤ ＲＦおよびＡＣ電子ユニットにおいて処理される。

【0042】

詳細には、前記ＳＱＵＩＤ ＲＦおよびＡＣ電子ユニットにおいて、低周波変調磁束の電源

【0043】

【数5】

【0044】

（ここで、Φ_mは前記変調磁束の振幅であり、ω_mは前記変調磁束の周波数であり、

【0045】

【数6】

【0046】

は前記変調磁束の位相である）
が、前記調査対象の電子デバイスから生じ、前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路の入力に誘導結合されるＲＦ磁束

【0047】

【数7】

【0048】

（ここで、Φ_RF（ｔ）は前記ＲＦ磁束の振幅であり、ω_RFは前記ＲＦ磁束の周波数であり、

【0049】

【数8】

【0050】

は前記ＲＦ磁束の位相である）
と共に前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路の前記入力に誘導結合される。

【0051】

前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路に結合された前記ＲＦ磁束および前記低周波変調磁束に応答して、前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路は０°と１８０°の間の周波数ω_mで二相変調された出力ＲＦ電圧を生成する。

【0052】

前記ＳＱＵＩＤ ＲＦおよびＡＣ電子ユニットは、前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路の前記出力に結合され、前記出力ＲＦ電圧をＲＦ信号成分と低周波信号成分に分離する多重分離回路と、前記二相変調された出力ＲＦ電圧の前記ＲＦ信号成分を受信するＲＦ復調回路とを含む。前記ＲＦ復調回路は、前記ＲＦ信号成分を前記周波数ω_mおよび前記周波数ω_RFでダウンコンバートし、前記調査対象の電子デバイスから生じる前記ＲＦ磁束を表す出力信号を生成する。前記ＲＦ復調回路は、前記周波数ω_RFを基準とする第１の復調ユニットと、前記周波数ω_mを基準とし、前記第１の復調ユニットの出力に結合された第２の復調ユニットとを含む。

【0053】

前記ＳＱＵＩＤ ＲＦおよびＡＣ電子ユニットは、前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路の前記入力および前記出力の間に結合され、前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路の前記入力にフィードバック磁束を誘導結合する磁束ロックループ（ＦＬＬ）回路をさらに含む。前記ＦＬＬ回路は、前記多重分離回路の出力に結合され、前記多重分離回路の出力から前記低周波信号成分を受信する。前記低周波信号成分は、前記ＦＬＬ回路において処理され、前記フィードバック磁束を生成する。前記第２の復調ユニットは、前記ＦＬＬ回路に結合され、前記低周波変調磁束を制御する。

【0054】

前記第１の復調ユニットは、周波数ω_RFを基準とするＲＦロックイン増幅器、またはＲＦミキサー／乗算回路を含み得る。前記第２の復調ユニットは、前記周波数ω_mを基準とする中間周波数（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）（ＩＦ）ロックイン増幅器、または乗算回路を含み得る。前記磁束ロックループ（ＦＬＬ）回路は、前記周波数ω_mを基準とするＦＬＬロックイン増幅器、または乗算ユニットを含み得る。

【0055】

低周波変調磁束の前記電源は、前記磁束ロックループ回路および前記第２の復調ユニットに結合される前記低周波変調磁束を生成する関数発生器を含み得る。

【0056】

ＲＦ電源が、シングルエンドフィードライン構成または差動フィードライン構成を介して前記電子デバイスに結合される。変調コイルが、前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路に近接して配置され、前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路に誘導結合され、前記低周波変調磁束および前記フィードバック磁束を前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路に結合する。ＲＦコイル（前記変調コイルから分離されているか、または単一の構成にある）が、前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路に近接して配置され、前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路に誘導結合され、前記調査対象の電子デバイスから生じる前記ＲＦ磁束を前記ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路に結合する。

【0057】

データ取得ユニットが、前記ＳＱＵＩＤ ＲＦおよびＡＣ電子ユニットに効果的に結合され、前記調査対象の電子デバイスの伝導路において生じた磁場または磁気電流の画像を取得する。前記データ取得ユニットはコンピュータ制御下で動作する。

【0058】

データ分析ユニットは、前記コンピュータユニットおよび前記データ取得ユニットに効果的に結合され、前記取得された電流画像を前記伝導路レイアウトの光学画像上に重ね合わせるように機能する。

【0059】

さらに、出力ユニットが前記データ分析ユニットに結合され、前記電流画像が電流消失を示す前記伝導路レイアウトの領域におけるオープン欠陥位置に対応する信号を出力する。

【0060】

本発明のこれらの特徴および利点そしてその他の特徴および利点が、添付の特許図面と併せて、以下の本発明の詳細な説明から明らかになろう。

【図面の簡単な説明】

【0061】

【図1】オープン近くの欠陥性伝導トレースにおいて形成されたＲＦ定在波のスナップショットの概略図である。

【図2】電子デバイスにおけるオープン欠陥の位置測定のための本発明の走査型ＤＣ ＳＱＵＩＤベースのＲＦ磁気計システムの簡略化されたブロック図である。

【図3】調査対象のマイクロチップのシングルエンドにＲＦ電力が供給された状態の、ＲＦマイクロストリップ中のオープン欠陥の画像である。

【図4】図３のマイクロストリップ画像に対応するＲＦ磁場画像である。

【図5】図４のＲＦ磁場画像に対応するＲＦ電流画像である。

【図6】検出されたオープン欠陥の位置で拡大されたスケールにとったＲＦ電流画像である。

【図7】同相サンプル励起構成におけるマイクロストリップの２つの末端にＲＦ電力が供給された状態の、マイクロストリップ線中のオープン欠陥の画像である。

【図8】図７に対応するＲＦ磁場画像である。

【図9】図８の磁場画像に対応するＲＦ電流画像である。

【図10】オープン欠陥を有するＩＣパッケージの図である。

【図11】図１０に示されるＩＣパッケージから検出された磁場画像である。

【図12】図１１の磁場画像に対応するＲＦ電流画像である。

【図13】本発明のＤＣ ＳＱＵＩＤベースのＲＦ磁気計システムの代替的実施形態を表す電気ブロック図である。

【図14】本発明のＤＣ ＳＱＵＩＤベースのＲＦ磁気計システムの代替的実施形態を表す電気ブロック図である。

【図15】本発明のＤＣ ＳＱＵＩＤベースのＲＦ磁気計システムの代替的実施形態を表す電気ブロック図である。

【図16】本発明のＤＣ ＳＱＵＩＤベースのＲＦ磁気計システムの代替的実施形態を表す電気ブロック図である。

【図17】本発明のＤＣ ＳＱＵＩＤベースのＲＦ磁気計システムの代替的実施形態を表す電気ブロック図である。

【図18】本発明のＤＣ ＳＱＵＩＤベースのＲＦ磁気計システムの代替的実施形態を表す電気ブロック図である。

【図19】矩形波変調を有するＳＱＵＩＤ ＲＦ電圧に対する二相変調の原則を説明するＶ−Φ図である。

【発明を実施するための形態】

【0062】

本発明は、ＤＣ ＳＱＵＩＤベースの磁気計を採用して、電子デバイスにおけるオープン欠陥を位置測定するという目標を追求する。

【0063】

電気的プロービングにおいて通常使用されるＤＣ周期信号および／または低周波（数ＫＨｚ）周期信号は、オープン欠陥の場合に回路欠陥トレースを通して正味電流を効果的に搬送しないことが知られている。オープン欠陥は、デバイスを使用不能にする電気的オープン信号線につながるひび割れた金属トレース、剥離したバイア、Ｃ４乾燥欠陥、めっきスルーホール、きず、および任意のその他のパッケージ欠陥または相互接続構造欠陥の形態であり得る。

【0064】

しかしながら、回路に供給された信号の周波数が、伝導トレースに沿って伝播するＲＦ／マイクロ波範囲、例えば１０ＭＨｚから１００ＧＨｚまでとなったとき、図１に示されるそのような定在波１０の電流場／磁場ノードは、調査対象の電子デバイス１８中の絶縁層１６の上面上に延在する伝導トレース１４において形成されたオープン１２と一致する。定在波１０のスナップショットである図１に示されるように、フィードライン２０の特性インピーダンスおよび調査対象の伝導トレース１４が一致すると仮定して、定在波１０の振幅は最大かつ正である。

【0065】

走査型ＤＣ ＳＱＵＩＤベースのＲＦ磁気計によるオープン１２近傍の定在波１０により生じる磁場の画像化、定在波のプロファイルの回復を可能にし、オープンを位置測定する。図１に示されるように、磁場、ならびに伝導トレース１４中に流れる電流はオープン１２の位置でかなり弱い。しかしながら、磁場、ならびに電流は、ＳＱＵＩＤベースのＲＦ顕微鏡を電子デバイス１８にわたって走査することにより、ＳＱＵＩＤ磁気計が高感度を有するために、鮮明に画像化され得る。

【0066】

オーミック接続２２が、ＲＦ／マイクロ波フィードライン２０と調査対象の電子デバイス１８の間に形成される。フィードライン２０は、その後の段落において提示されるように、シングルエンド構成または差動構成であり得る。ＲＦ／マイクロ波フィードライン２０は、ＲＦ電力またはマイクロ波電力を調査対象の電子デバイス１８に供給して、ＲＦ電流を伝導路において生成するのに役立つ。

【0067】

電子デバイスに供給されたＲＦ電力（例えば０．００１〜１０ｍＷまたはそれ未満の範囲内であり得る）およびＳＱＵＩＤ−デバイス距離（例えば１０〜２０００ミクロンの範囲内であり得る）に応じて、本発明のＳＱＵＩＤベースのＲＦ磁気計の感度は、オープン（ノード）から数ミクロンの近さの磁場を検出するのに十分な程度高くなる。オープン１２近くの定在波１０におけるＲＦ電流振幅を、伝導トレース１４に沿った位置Ｘに対して、

【0068】

【数9】

【0069】

として推定することができる。
上式中、Ｐ_RFはＲＦ電力であり、Ｚ₀はフィードライン特性インピーダンスであり、λはトレースにより形成された送信線における放射波長である。典型的な集積回路については、ＲＦ周波数において、ｘ≪λであることが考慮される。

【0070】

図２を参照すると、電子デバイス１８におけるオープン欠陥を位置測定するためのシステム３０は、超伝導ループにおいて接続される２つのジョセフソントンネル接合で構成されるＳＱＵＩＤ回路３２を含む。電流は、臨界電流Ｉ_cの最大値まで電圧降下なしにジョセフソン接合に存在する。ＳＱＵＩＤがジョセフソン接合の臨界電流Ｉ_cを超える定電流Ｉ_bでバイアスをかけられたとき、ＳＱＵＩＤループを貫通する（ｔｈｒｅａｄｉｎｇ）磁束Φにおける変化が、ＳＱＵＩＤにわたる電圧降下における変化を生じる。

【0071】

ＳＱＵＩＤ磁気計は、エネルギー分解能が量子限界に接近している、磁場の最も高感度な検出器である。ＹＢＣＯ ＳＱＵＩＤセンサを使用した走査型ＳＱＵＩＤ磁気計は、２０ｐｔの小ささの磁場を測定することが可能である。ＳＱＵＩＤセンサは、ＳＱＵＩＤセンサから約１００マイクロメートルの距離で１０ｎＡの小ささの電流を搬送するワイヤを検出するのに十分な程度感度が高い。

【0072】

磁気計は、調査対象のサンプルを室温および空気中にあることを可能にするものの、ＳＱＵＩＤセンサは、真空下にあり、かつクライオクーラ（ｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒ）を使用して８０ｋ未満に冷却しなければならない。空気中の室温サンプルの非接触非破壊的画像化の間、システムは、ＳＱＵＩＤ先端３４を電流から隔てる距離に対応する生の処理されていない空間分解能を達成し得る。

【0073】

図１〜２に示されるように、ＳＱＵＩＤの感知部、すなわちＳＱＵＩＤ先端３４は、真空室内部に調査対象の電子デバイス１８の表面から予め定めた距離に保持され得る。ＳＱＵＩＤ回路３２は、クライオクーラ３６内の真空室中に保持される。

【0074】

調査対象の電子デバイス１８は、コンピュータシステム４０の制御下でステージの３次元の動作を提供して、ＳＱＵＩＤ先端と調査対象の電子デバイスの間の相対配置を水平方向ならびに垂直方向に変化させることができる、Ｘ−Ｙ−Ｚステージ３８上に配置され、それにより支持される。

【0075】

ＲＦ／マイクロ波電源４２（以下の段落において提示されるように、ＲＦおよびＡＣ電子ユニット４４の一部であり得る）が、フィードライン２０を介してシングルエンド構成または差動構成において調査対象の電子デバイス１８に結合される。

【0076】

調査対象の電子デバイス１８をＲＦ（またはマイクロ波）エネルギーにより作動させたとき、結果として伝導路から生じる磁場をもたらす電流が電子デバイスの伝導路において生じる。ＳＱＵＩＤ回路３２は、電子デバイス１８にわたって走査中であり、伝導路から生じる場の磁場画像を取得する。

【0077】

ＳＱＵＩＤ回路３２は、磁場を感知すると、ＳＱＵＩＤループを貫通する磁束の周期的な非線形関数であるＲＦ電圧を生成する。

【0078】

【数10】

【0079】

上式中、Ｒはジョセフソン接合の通常抵抗であり、Ｉ_bはＳＱＵＩＤバイアス電流であり、Ｉ_cはジョセフソン臨界電流であり、ΦはＳＱＵＩＤ磁束であり、

【0080】

【数11】

【0081】

は換算プランク定数

【0082】

【数12】

【0083】

および電子電荷ｅを有する磁束量子である。

【0084】

Ｖ_SQUIDは、図１３〜１９と併せて詳細に提示されるＳＱＵＩＤ ＲＦおよびＡＣ電子ユニット４４に供給される。ＳＱＵＩＤ ＲＦおよびＡＣ電子ユニット４４は、ＳＱＵＩＤ回路を最適レジームにおいて動作させ、出力ＳＱＵＩＤ電圧を線形化し、雑音（例えば、スプリアス信号）を含まない、線形形式の電子デバイスから生じる磁束を表す出力信号ＩＦを生成する手段としての役割を果たす。

【0085】

磁場代表的な信号ＩＦは、次に、データの走査に伴い磁場の値を収集し、電子デバイスにわたるまたは伝導路に沿った先端３４位置のＸ、Ｙおよび／またはＺ座標に相関する磁場画像を生成するデータ取得ユニット４６に供給される。

【0086】

データ取得ユニット４６からの磁場画像は、高速フーリエ変換技術を使用して、磁場画像を対応する調査対象の集積回路またはプリント回路基板の伝導路における電流画像に変換し得る、データ分析ユニット４８に転送される。得られた電流マップは、次に回路図の光学画像、例えばＣＡＤファイル５０と比較され（重ね合わせられ）、不良箇所の位置の正確な位置を示し得る。

【0087】

データ取得ユニット４６およびデータ分析ユニット４８の機能は、コンピュータシステム４０の制御下に実行され、任意の所望の様式において互換可能である。

【0088】

電流画像は電流密度画像、ならびに電流ピーク画像の形式で提示され得る。電流密度画像は、電流の大きさを与え、一方電流ピーク画像は、±３μｍの分解能で電流路を明らかにする。

【0089】

システム３０は、磁場強度または電流の大きさ（処理後）対電子デバイス上の位置の画像を、ディスプレイユニット５２上に、例えば、光学、電子、デジタル、または印刷可能などの何らかの形式で出力する。

【0090】

本システムおよび方法において、オープン欠陥位置は電流消失の位置で検出される。ＲＦマイクロストリップにおけるオープンの検出を示す図３〜６を参照すると、２００ＭＨｚの周波数および１ｍＷの電力のＲＦ場が、５０Ωマイクロ波ストリップ線に供給され得、ここでオープン欠陥５４がストリップ線５６を横切って示されている。図４に示される観察された磁場は、入口点において強く、オープン欠陥５４の位置に向かって徐々に消失する。図５および拡大されたスケールで図６に示される磁場の電流への反転は、電流振幅がオープン位置で実質的にゼロ（雑音レベル）まで減少することを確認する。検出された磁場のマップ、ならびにＲＦ電流が伝導路レイアウトと位置合わせされるので、電流の消失の位置は、電子デバイスにおけるオープンの位置と相関し得る。

【0091】

図７〜９を参照すると、ＲＦ電力がマイクロストリップ線の両端に同相に供給され、オープンの反対側でＲＦ電流を生成し、任意の所与の時間で反対の方向に流れ込む、５０オームマイクロストリップ線におけるオープンの検出の原則が示されている。図７は、オープン欠陥５４が送信線であるストリップ線５６を横切っている状態のストリップ線５６に供給されたＲＦ電力（２００ＭＨｚ、１ｍＷ）の画像化結果を示す。オープンの位置で減少したＲＦ磁場が図８に示されている。オープンの位置は図９において、電流の消失の位置で明瞭に判別し得る。

【0092】

ＩＣ（集積回路）パッケージにおけるオープンの検出を提示する図１０〜１２を参照すると、走査型ＳＱＵＩＤ ＲＦ磁気計が実際のＩＣパッケージ６０におけるオープンを検出する能力を調査するために、１０マイクロメートル幅のレーザーカットオープンがＩＣパッケージにおいて作成された。３ｄＢ電力スプリッタを使用してＩＣの両端において１ｍＷの電力が供給され、サンプルを２００ＭＨｚの周波数で作動させた。図１１に示されるＲＦ磁場の振幅は、入口点において強いが、オープン位置に向かって徐々に減衰する。図１２に示される、電流画像への磁場の反転は、電流がオープン位置でゼロ（雑音レベル）まで減少することを確認する。蛇行構造は画像化するのがかなり難しい構造であるが（隣接トレースによる磁場キャンセレーション（ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ）のために）、１１マイクロメートルより優れた空間分解能でオープンの位置が得られた。

【0093】

サンプル形状およびオープン位置に応じて、シングルエンドフィードライン構成または差動フィードライン構成のいずれかが、ＲＦ電力をオープン伝導トレースに送り込むのに使用され得る。図１および３に示されるようなシングルエンドフィードライン構成の場合、フィードライン信号ワイヤ７０はオープントレース１４（または図３におけるストリップ線５６）に結合される。図１に示されるアース線７２は、浮いたまま放置されるかサンプル接地板７４に結合されるかのいずれかであり得る。差動結合の場合、ワイヤの１つ、例えば、高（または低）ワイヤであるワイヤ７６が、オープントレースに結合され、低（または高）ワイヤである別のワイヤ７８が、浮いたまま放置されるか接地板に結合される。差動接地端子は浮いたまま放置される。

【0094】

ＲＦ電力を発生器から２つのチャネルに分割し、オープントレースの両側でそれらを結合することによって、図７に示されるようにＲＦ電力をオープンの両側に同時に送り込むことも可能である。各チャネルは、上で提示したように、シングルエンド結合構成または差動結合構成のいずれかにおいて結合され得る。２つのチャネル間に振幅不均衡、ならびに位相差、例えば１８０度カプラ１７６を使用することによる図１８に提示される０から１８０度など、を導入することが可能である。

【0095】

本発明の最終的な目標は、ＤＣ ＳＱＵＩＤベースのＲＦ磁気計を採用して調査対象の電子デバイス１８におけるオープン欠陥を検出することである。

【0096】

ＤＣ ＳＱＵＩＤの使用は、電子デバイスにおける磁場（または磁気電流）の高感度な測定を実行することを可能にする。ＤＣ ＳＱＵＩＤベースの磁気計の、ＲＦ（さらにマイクロ波周波数でも）領域で動作する能力は、ＤＣ信号または低周波信号は「オープン」欠陥により遮断される伝導路に沿って伝播できないため、ＤＣ域（ｄｉａｐａｓｏｎ）または低周波域で動作するＤＣ ＳＱＵＩＤベースの磁気計には可能でなかった、「オープン」欠陥の位置測定を可能にする。

【0097】

２００ＭＨｚ以上の帯域幅におけるコヒーレント磁場を検出することが可能で、電子デバイスにおけるオープン欠陥位置測定に適用可能である、ＤＣ ＳＱＵＩＤをベースにしたＲＦ磁気計が開発された。

【0098】

図２に概略的に示される主題システム３０において、ＳＱＵＩＤ回路３２は調査対象の電子デバイス１８から生じる磁場を検出し、（式２）において提示されたＳＱＵＩＤ電圧を生成する。

【0099】

Ｖ_SQUIDに対応する信号がＳＱＵＩＤ回路３２から、図１３〜１８に詳細に提示されるＳＱＵＩＤ ＲＦおよびＡＣ電子ユニット４４に供給される。ユニット４４の機能は、対象の電子デバイスから生じるＲＦ磁場の尺度である、後でさらに論じられる出力ＩＦ信号を作り出すことである。出力ＩＦ信号は、ＳＱＵＩＤ先端３４が電子デバイス１８にわたって走査されるときに複数の磁場値を得るために、コンピュータシステム４０に供給される。データは、ＦＦＴ変換によって処理し、電流画像（図５、９、および１２に示される）をデバイス設計レイアウト５０の光学画像と位置合わせするために、データ分析ユニット４８に供給される。このことが、電流画像が電流の消失を示す、すなわち、電流の値が実質的に「０」（雑音レベル）に減少するレイアウトの位置でオープン欠陥の正確な位置を示す。伝導路レイアウトの光学画像（ＣＡＤファイル）と重ね合わせられたＲＦ電流画像は、任意の出力形式で（光学、デジタルなど）、ディスプレイ５２に出力され、オープン欠陥の位置を示す。

【0100】

図１３〜１８を参照すると、システム３０のＳＱＵＩＤ ＲＦおよびＡＣ電子ユニット４４は、超伝導ループ９２において接続される２つのジョセフソントンネル接合９０で構成されたＤＣ ＳＱＵＩＤ回路３２を利用する。ＳＱＵＩＤ回路３２が接合の臨界電流を超える定電流でバイアスをかけられたとき（電流は、臨界電流の最大値まで電圧降下なしに接合に存在する）、ＳＱＵＩＤループを貫通する磁束Φにおける変化が、本明細書においてさらにＳＱＵＩＤ応答と称される、ＳＱＵＩＤにわたる電圧降下における変化を生じる。

【0101】

ＳＱＵＩＤ応答を線形化し、その動的範囲を増加させるために、ＳＱＵＩＤ磁気計を磁束ロックループ（ＦＬＬ）レジームにおいて動作させる。このレジームにおいて、磁束ロックループ（ＦＬＬ）回路９４は多重分離回路９６を介してＳＱＵＩＤ回路３２に結合される。

【0102】

ＦＬＬ回路９４は、定電流Ｉ_bを生じ、ＳＱＵＩＤ回路３２にバイアスをかける電流源９８（本明細書において「バイアス」とも称される）と、デカップリングコンデンサ１００と、昇圧器（ｓｔｅｐ ｕｐ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）１０２と、低雑音増幅器１０４と、ＦＬＬロックイン増幅器１０６と、フィードバック抵抗器１１０と、電流加算器１１２と、ＳＱＵＩＤ回路３２に近接して配置され、変調磁束とフィードバック磁束をＳＱＵＩＤ回路３２に誘導結合する変調コイル１１４とを含む。

【0103】

図１９および図１３〜１８を参照すると、約Φ₀／４の振幅を有するω_mの周波数で振動する磁束が、ＳＱＵＩＤ回路３２に近接して配置され誘導結合される変調コイル１１４によってＳＱＵＩＤ回路３２に適用される。変調周波数ω_mは、１００Ｈｚから１０ＭＨｚまでの範囲内であり得る。

【0104】

周波数ω_mを基準とするＦＬＬロックイン増幅器１０６は、ＳＱＵＩＤ出力電圧を復調し、その出力は積分器１０８によって積分され、反転され、フィードバック抵抗器１１０および電流加算器１１２を介して変調コイルにフィードバックされる。

【0105】

ＳＱＵＩＤの準静的磁束がｎΦ₀、ｎ＝０、１、２、…、であるとき、ＳＱＵＩＤの電圧が基本波を含まないため、ＦＬＬロックイン増幅器１０６のロックイン出力はゼロである。準静的磁束がｎΦ₀より大きいまたは小さい場合、ＦＬＬロックイン増幅器１０６の出力はそれぞれ、正または負であり、フィードバック信号は準静的磁場Φ_DCに比例する。

【0106】

変調磁束

【0107】

【数13】

【0108】

が変調コイル１１４を介してＳＱＵＩＤ回路に適用され、ＳＱＵＩＤ準静的磁束は、ｎΦ₀で「ロック」される。ＤＣ ＳＱＵＩＤ回路３２が、変調磁束

【0109】

【数14】

【0110】

（これはＶ−Φ関数の最小ｎΦ₀に「ロック」される）
を有するＦＬＬ回路９４に組み込まれたことを考慮すると、ＳＱＵＩＤに対するＲＦ磁束

【0111】

【数15】

【0112】

の適用は、ＳＱＵＩＤループを貫通する総磁束を等しくする。

【0113】

【数16】

【0114】

Φ_RF（ｔ）＜Φ₀／４およびΦ_m〜Φ₀／４であれば、ＳＱＵＩＤは、０度（

【0115】

【数17】

【0116】

に対して）と１８０度（

【0117】

【数18】

【0118】

に対して）の間で、周波数ω_mで二相変調されたＲＦ電圧を出力する。例えば、図１９に示される矩形波変調は、ＳＱＵＩＤに各半周期についてＶ−Φ関数の最大勾配でバイアスをかけるであろう。矩形波１１６は、ＦＬＬに対して誤り（フィードバック）信号を提供するのに使用される低周波変調磁束である。最初の半周期の間、変調磁束は１．２５Φ／Φ₀の値を有し、効果的にＳＱＵＩＤにＶ−Φ曲線１１８の最大正勾配でバイアスをかける。変調磁束１１６が０．７５Φ／Φ₀である第２の半周期の間にも、同じことが起こる。しかしながら、ＳＱＵＩＤはＶ−Φ曲線１１８の最大負勾配でバイアスをかけられる。

【0119】

ＲＦ磁束１２０が変調磁束１１６の上に重ね合わせられた場合、ＳＱＵＩＤは、ＲＦ磁束１２０の振幅を掛けた１．２５Φ／Φ₀または（０．７５Φ／Φ₀）でＶ−Φ曲線の勾配に比例する振幅を有するＲＦ電圧（「ＳＱＵＩＤ電圧」）１２２を出力する。すなわち、ＲＦ磁束観点からは、ＳＱＵＩＤは、変調の第１の半周期および第２の半周期の間にそれぞれ１．２５Φ／Φ₀および０．７５Φ／Φ₀で「バイアスをかけられた」ように見える。

【0120】

さらに、ＳＱＵＩＤ ＲＦ電圧１２２は、０度と１８０度の間で変調周波数ω_mで二相変調さる。ＲＦ電圧は、変調の第１の半周期の間、０度相を有し（正勾配のために）、変調の第２の半周期の間、１８０度相を有する（負勾配のために）。

【0121】

図１３〜１８を再び参照すると、多重分離回路９６において多重分離した後、ＳＱＵＩＤ電圧１２６は、低周波信号成分１２８とＲＦ周波数信号成分１３０に分離される。多重分離回路９６は、ＳＱＵＩＤの出力ＲＦ電圧１２６に対してハイパスフィルタリングを実行する単一バイアスＴ回路１３２（図１４に提示されるように）、または二重バイアスＴ回路１３２（図１３および１５〜１８に示されるように）を実装され得る。

【0122】

出力されたＳＱＵＩＤのＲＦ電圧１２６からの単離後、ＲＦ周波数信号成分１３０はＲＦ復調回路１３４により処理され、ここでＲＦ周波数信号成分１３０が、平衡低雑音増幅器（ＬＮＡ）（複数可）１３６によりまず増幅され、図１３および１５〜１８に提示される実施形態に示されるように、１８０度カプラ１３８により差動信号からシングルエンド信号に変換される。

【0123】

カプラの出力は、周波数ω_RFを基準とするＲＦロックイン増幅器１４０により復調され、この出力は、増幅器１４２を介して、周波数ω_mを基準とする中間周波数（ＩＦ）ロックイン増幅器１４４に供給される。適切な動作のために、ＲＦロックイン増幅器１４０の出力帯域幅は、周波数ω_mより大きい、すなわち、周波数ω_mはＲＦロックイン増幅器１４０の出力帯域幅の範囲内にある。

【0124】

以下の段落において提示するように、ＩＦロックイン増幅器１４４の同相出力Ｘ_IF（ＩＦ信号）はＲＦ磁場の振幅および位相の両方に比例する。

【0125】

【数19】

【0126】

上式中、Ｇ_totはシステムの総利得である。

【0127】

同時に、バイアスＴ回路１３２のＤＣ出力（低周波信号成分１２８）が、ＦＬＬ回路９４に供給され、このフィードバックがＳＱＵＩＤの静的磁束の従来の尺度をもたらす。

【0128】

周波数ω_RF≫周波数ω_mにより、ＲＦロックイン増幅器１４０およびＩＦ復調回路（ＩＦロックイン増幅器）１４４は、それぞれお互いに影響することなく同時に動作する。ＲＦロックイン増幅器１４０からの変調磁束出力は、ＲＦ磁束に対するＡＣバイアスおよびＦＬＬ回路９４に対する変調磁束の両方として役割を果たす。

【0129】

図１３〜１８に示されるように、復調回路（ＩＦロックイン増幅器）１４４（または乗算器１５８）はＦＬＬ回路９４に結合され、変調レジームを決定する。例えば、矩形波変調の場合には（図１９に示されるように）、ＳＱＵＩＤ回路３２は、各半周期についてそれぞれＶ−Φ関数の最大勾配（正および負）でバイアスをかけられるであろう。ＳＱＵＩＤループの外で生じるスプリアスＲＦ信号は相変調を有さないので、それらはダブルロックイン技術により効率的に排除される。

【0130】

図１３〜１４に示すように、ＲＦ電力が、ＲＦロックイン増幅器１４０から可変減衰器１４８を介して電子デバイス１８に供給される。本実施形態では、ＲＦ周波数の範囲は、１ＭＨｚから２００ＭＨｚまでであり得る。

【0131】

図１４に示される本発明のＲＦ磁気計の代替的実施形態において、単一バイアスＴ回路１３２、単一デカップリングコンデンサ１００、および単一ＲＦ ＬＮＡ１３６を有するシングルエンド構成が、ＲＦ復調回路１３４において使用される。本実施形態では、図１３の１８０度カプラ１３８は省略され、ＲＦ周波数帯域幅は、およそ１ＭＨｚから２００ＭＨｚまでの範囲であり得る。

【0132】

図１３、１４および１８に示されるＲＦロックイン増幅器１４０は、図１５〜１７に示されるように、ＲＦミキサー／乗算器１５０により置き換えられてもよい。この場合、ＲＦ電源１５２からのＲＦ電力は、カプラ１５４を介してミキサー１５０の局部発振器１５６および電子デバイス１８に送達される。本実施形態では、ＲＦ周波数の範囲は、およそ１ＭＨｚから２００ＧＨｚまで延長し得る。

【0133】

図１５および１８に示されるように、バンドパスフィルタ１６６が、ＲＦロックイン増幅器１４０（またはＲＦミキサー１５０）と増幅器１４２の間に結合され得る。

【0134】

図１５に提示されたスキームの追加の版を示す図１６を参照すると、ＩＦロックイン増幅器１４４が乗算器１５８で置き換えられている。本実施形態では、関数発生器１６０が変調信号をＦＬＬ回路９４に、基準信号の周波数ω_mを局部発振器ＬＯを介して乗算器１５８に供給する。

【0135】

図１６に示されたスキームの別の実施形態を示す図１７を参照すると、ＦＬＬロックイン増幅器１０６は乗算器１６２で置き換えられている。

【0136】

ユニット４４のさらなる代替的実施形態を提示する図１８を参照すると、測定スキームは、これを介してＲＦロックイン増幅器１４０により生成されたＲＦ信号が、低温装置１７４内に封入されたＳＱＵＩＤ回路３２に結合される差動接続線１６８を含む。ローパスＲＦフィルタ１６９は、フィルタリングされたＲＦ信号を減衰器１４８に通過させる。信号はさらに１８０度カプラ１７６において分割され差動信号になり、これは一対のバイアスＴ回路１７０に供給され、ここで差動ＲＦ信号はＦＬＬ回路９４から来る変調信号およびフィードバック信号と組み合わされる。重ね合わせられた信号は、変調コイル１７２を介してＳＱＵＩＤ回路３２に誘導結合される。減衰器１４８設定を変更することにより、ＲＦ磁束の関数としてのＩＦ信号の依存性を得ることができる。
ロックインシミュレーション
本発明のダブルロックイン手法を分析的にモデル化するために、式（１）をＩ_b＞２Ｉ_cについて以下のように概算することができる。

【0137】

【数20】

【0138】

約Φ＝ｎΦ₀（ｎ＝０、１、２、…）では、（式５）は

【0139】

【数21】

【0140】

のように展開され得る。
ここで、

【0141】

【数22】

【0142】

は、Φ＝（ｎ＋０．２５）Φ₀におけるＳＱＵＩＤ利得である。
以下の磁束がＳＱＵＩＤに適用される：
ＲＦ磁束

【0143】

【数23】

【0144】

変調磁束

【0145】

【数24】

【0146】

およびＦＬＬ欠点（ｉｍｐｅｒｆｅｃｔｉｏｎｓ）Φ_offによるｎΦ₀からの寄生の静的オフセット。

【0147】

ＲＦロックイン増幅器１４０の入力におけるコヒーレントスプリアスＲＦ電圧は、

【0148】

【数25】

【0149】

である。

【0150】

バイアスＴ回路１３２のハイパスフィルタリング効果を考慮に入れると、ＲＦロックイン増幅器１４０により観察される総電圧は：

【0151】

【数26】

【0152】

である。
上式中、Ｇ_LNAはＬＮＡ１３６電圧利得である。

【0153】

（式６）にＲＦロックイン標準Ｇ_RFｓｉｎ（ω_RFｔ）を掛け、ＤＣ項および低周波項のみを保有することで、ＲＦロックイン同相出力が得られる：

【0154】

【数27】

【0155】

上式中、Ｇ_RFはＲＦロックインの総利得である。

【0156】

寄生のＤＣオフセットおよびスプリアスＲＦ電圧と関連した信号は、式９においてＤＣ項として現れるため、それらはＩＦロックイン増幅器１４４の後に除去される。（式９）にＩＦロックイン標準Ｇ_IFｓｉｎ（ω_mｔ）を掛けることにより、ＩＦロックイン同相出力、すなわちＩＦ信号が得られる：

【0157】

【数28】

【0158】

上式中、Ｇ_IFはＩＦロックイン増幅器１４４の総利得である。

【0159】

【数29】

【0160】

を選択することにより、ＩＦ信号は最大化され得る：

【0161】

【数30】

【0162】

上式中、Ｇ_TOT＝０．５Ｇ_IFＧ_RFＧ_LNAＧ_SQUIDは全システムの純利得である。

【0163】

（式１１）の右辺中のＧ_TOTおよびΦ_mの両方が固定されており周知である。
実験設定
３２ｘ３２μｍ²の有効ループ面積を有するバイクリスタル（ｂｉ−ｃｒｙｓｔａｌ）ＳｒＴｉＯ₃基板上の商業用ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ₇ＤＣ ＳＱＵＩＤおよび単一変調コイルを、オープン欠陥検出のために使用した。１ｘ１ｍｍの大きさのＳＱＵＩＤ洗浄器を、先細になったサファイアロッドの端面に接着した。ＳＱＵＩＤの臨界電流は１１μＡであり、通常接合抵抗は３オームであり、接触抵抗は１オーム未満であり、自己インダクタンスは２００ｐＨであった。測定は、遮蔽なしに７７．４Ｋにおいて液体窒素浴中で行われた。

【0164】

すべての電子機器４４は、室温で動作させ、３つの主なセクション：同期ＲＦ復調器（ＲＦロックイン増幅器）１４０（またはＲＦミキサー１５０）、同期ＩＦ復調器（ＩＦロックイン増幅器）１４４（または乗算器１５８）、およびＦＬＬ回路９４を含んでいた（図１３〜１８に示される）。

【0165】

図１８に示される、差動信号伝達は、低レベルＲＦ信号および低レベルＡＣ信号について、ＳＱＵＩＤ回路３２および変調コイル１７２端子を２対の５０Ωステンレススチール同軸ケーブルの内部導体にワイヤボンディングすることにより実装された。この手法は、コモンモード雑音、図１８に示される差動接続線１６８を排除しながら、それぞれ自然にバランスのとれた電源および負荷であるＳＱＵＩＤと変調コイルの双方を利用する。これはまた、ＳＱＵＩＤとＲＦ電子機器の間のインピーダンス不整合の問題を解決し、これにより広帯域システムにつながる。

【0166】

ＲＦ復調器は、２対の平衡超低雑音増幅器（ＬＮＡ）１３６と、１８０度ハイブリッドカプラ１３８と、２００ＭＨｚＲＦ帯域幅を有するＲＦロックイン増幅器１４０［ＳＲＳ８４４］とを含む。ＬＮＡ１３６による前増幅の後に、ＲＦ信号は、１８０度カプラ１３８により差動からシングルエンドに変換され、周波数ω_RFを内部基準とするＲＦロックイン増幅器１４０に供給された。ＲＦ磁場のレベルに応じて、ＲＦロックイン増幅器１４０の純利得は１０³から１０⁵へと変化した。試験設定における最良の達成可能なＲＦロックイン感度は、１００μＶ（１０⁵ＲＦロックイン純利得）であり、スプリアスＲＦ信号により制限された。ＲＦロックインは、１００μｓの最小時定数を有したので、最大変調周波数ω_mは２ｋＨｚで制限された。

【0167】

周波数ω_mを中心としたアクティブ低雑音バンドパスフィルタ１６６を通過した後、ＲＦロックインの出力は、周波数ω_mを内部基準とするＩＦロックイン増幅器１４４に供給された。ＩＦロックイン純利得は１０であり、時定数は１００から５００ｍｓまでであった。ＳＱＵＩＤ回路３２と１８０度カプラ１３８の間に形成された定在波は、周波数２ω_mで振幅変調されたスプリアスＲＦ信号を生じた。スプリアスＲＦ信号は、周波数ω_mを基準とするＩＦロックイン増幅器１４４により拒絶された。

【0168】

図２〜１８のユニット（ＩＦロックイン増幅器）１４４において利用されるダブルロックイン技術（ＲＦロックインおよびＩＦロックイン）は、ＳＱＵＩＤを同軸ケーブルに接続する配線ループによるコヒーレントピックアップ（ｐｉｃｋ−ｕｐ）、設定全体の励起アームと検出アームの間の近接場カップリング（クロストーク）、バイアスＴのＤＣからＲＦポートへのＲＦピックアップの漏洩、ならびにＬＯ（局部発振器）からＲＦロックインのＲＦポートへのＲＦ漏洩によるスプリアスＲＦ信号を排除する。

【0169】

２ｋＨｚ正弦波変調および１００Ｈｚ帯域幅を有するＦＬＬ回路９４を、容量結合された入力変換器である昇圧器１０２、差動超低雑音前置増幅器１０４、周波数ω_mを外部基準とするＦＬＬロックイン増幅器１０６、積分器１０８、および電流加算器１１２で設計した。２オーム入力のフィードバック抵抗器１１０が室温にある状態で、前置増幅器１０４は、１０⁵の利得および２ｋＨｚにおいて＜０．５ｎＶ／√Ｈｚの電圧雑音密度を有した。

【0170】

５０から２００ＭＨｚ以上までのコヒーレント磁場を検出することが可能なＤＣ ＳＱＵＩＤベースのＲＦ磁気計が、電子デバイスにおけるオープン欠陥の位置測定のために実証された。システムは、２００ＭＨｚにおける磁束雑音密度が４μΦ₀／√Ｈｚ未満である４桁を超えるＲＦ動的範囲を提供する。

【0171】

読み出し電子機器における送信線遅延により帯域幅が制限される既存のＳＱＵＩＤ ＦＬＬとは異なり、本主題ＲＦ磁気計における上限周波数はＲＦロックイン帯域幅のみにより制限され、ディスクリート乗算器（ミキサー）を使用することによりＧＨｚ範囲にまで延長され得、ディスクリート乗算器（ミキサー）は変調周波数を増加させることも可能にする。キャリア／位相回収モジュールの実装は、未知の位相を有する調波ＲＦ信号を感知する一助となり得る。

【0172】

本発明を、その特定の形式および実施形態と関連して記載してきたが、添付の特許請求の範囲において定義される本発明の精神または範囲から逸脱することなく、上で論じたもの以外の様々な改変が用いられ得ることが理解されよう。例えば、同等の要素が具体的に示され記載されたものを置換してもよく、特定の特徴をその他の特徴と独立して使用してもよく、ある場合には、要素の特定の位置を逆にしても割り込ませてもよく、これらはすべて添付の特許請求の範囲において定義される本発明の精神または範囲から逸脱することなく行われる。

【符号の説明】

【0173】

１０ 定在波
１２ オープン
１４ 伝導トレース
１６ 絶縁層
１８ 電子デバイス
２０ フィードライン
２２ オーミック接続
３２ ＳＱＵＩＤ回路
３４ ＳＱＵＩＤ先端
３６ クライオクーラ
３８ Ｘ−Ｙ−Ｚステージ
４０ 動作制御を有するコンピュータ
４２ ＲＦ電力
４４ ＲＦおよびＡＣ電子機器
４６ データ取得
４８ データ分析
５０ ＣＡＤファイル
５２ ディスプレイ
５４ オープン欠陥
５６ ストリップ線
６０ ＩＣパッケージ
７０ 信号ワイヤ
７２ アース線
７４ 接地板（任意選択）
７６、７８ ワイヤ
９０ ジョセフソントンネル接合
９２ 超伝導ループ
９４ 磁束ロックループ（ＦＬＬ）回路
９６ 多重分離回路
９８ バイアス
１００ デカップリングコンデンサ
１０２ 昇圧器（ｓｔｅｐ ｕｐ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）
１０４ 前置増幅器
１０６ ＦＬＬロックイン増幅器
１０８ 積分器
１１０ フィードバック抵抗器
１１２ 電流加算器
１１４、１７２ 変調コイル
１１６ 変調磁束
１１８ Ｖ−Φ曲線
１２０ ＲＦ磁束
１２２、１２６ ＲＦ電圧（ＳＱＵＩＤ電圧）
１２８ 低周波信号成分
１３０ ＲＦ周波数信号成分
１３２、１７０ バイアスＴ回路
１３４ ＲＦ復調回路
１３６ 低雑音増幅器（ＬＮＡ）
１３８、１７６ １８０度カプラ
１４０ ＲＦロックイン増幅器
１４２ 増幅器
１４４ ＩＦロックイン増幅器
１４８ 減衰器
１５０ ＲＦミキサー／乗算器
１５２ ＲＦ電源
１５４ カプラ
１５６ 局部発振器
１５８、１６２ 乗算器
１６０ 関数発生器
１６６ バンドパスフィルタ
１６８ 差動接続線
１７４ 低温装置

【図1】

【図2】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】