測定方法、スイッチ装置、および、該スイッチ装置を備える測定システム
【課題】複数種類の測定を切り替える際の待ち時間を減らす
【解決手段】
第一の導体と第一の導体を囲む第二の導体と第二の導体を囲む第三の導体とを具備する同軸線路の第一の導体に接続された被測定物の複数種類の電気的特性を、切替装置に接続された第一の測定装置および第二の測定装置を切り替えることにより測定する方法であって、切替装置により第一の測定装置が被測定物に電気的に接続されている場合に、第一の電気的特性を測定するための電圧を第一の測定装置により第一の導体に与えるとともに、第一の導体の電位と同じ電位を第二の導体に与えるステップと、切替装置により、第一の測定装置を被測定物から切り離し、第二の測定装置を被測定物に電気的に接続するステップと、被測定物の第二の電気的特性を第二の測定装置により測定するステップとを含む。
【解決手段】
第一の導体と第一の導体を囲む第二の導体と第二の導体を囲む第三の導体とを具備する同軸線路の第一の導体に接続された被測定物の複数種類の電気的特性を、切替装置に接続された第一の測定装置および第二の測定装置を切り替えることにより測定する方法であって、切替装置により第一の測定装置が被測定物に電気的に接続されている場合に、第一の電気的特性を測定するための電圧を第一の測定装置により第一の導体に与えるとともに、第一の導体の電位と同じ電位を第二の導体に与えるステップと、切替装置により、第一の測定装置を被測定物から切り離し、第二の測定装置を被測定物に電気的に接続するステップと、被測定物の第二の電気的特性を第二の測定装置により測定するステップとを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路やディスクリート部品等の被測定物の電気的特性を測定する装置に係り、構成もしくは機能が異なる複数の測定装置が統合された環境において、被測定物の複数種類の電気的特性を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路やディスクリート部品等の被測定物を測定する従来技術の例として、半導体測定装置がある。具体的な製品としては、例えば、アジレント社の製品「４０７０シリーズ」や「Ｂ１５００Ａ」などがある。半導体測定装置は、被測定物の特性を測定する、複数種の測定モジュールを備える。測定モジュールの例としては、ソース／モニタ・ユニット（Source / Monitor Unit；ＳＭＵ）や（Capacitance Measurement Unit；ＣＭＵ）などがある。これらの測定モジュールは、ＳＭＵ ＣＭＵ統合ユニット（SMU CMU Unify Unit；ＳＣＵＵ）、スイッチング・マトリックスなどのスイッチ装置、プローブ装置、ポゴピンまたは信号ケーブルなど介して、被測定物と電気的に接続される。ＳＣＵＵは、ＳＭＵやＣＭＵなどの複数種類の複数の測定モジュールを切り替えて、被測定物と接続する機能を有する。従って、ＳＣＵＵと被測定物との間には、複数種類の複数の測定モジュールが共用する信号伝送路が存在する。
【０００３】
ここで、図１を参照する。図１は、以上に説明した従来技術による測定システム１０の概略構成を示す図である。図１において、測定システム１０は、測定装置２００と、ＳＣＵＵであるスイッチ装置３００とを備える。図１において、少なくとも２つの端子を有する被測定物１００は、同軸ケーブル５１０，５２０を介して、測定装置２００と接続されている。
【０００４】
測定装置２００は、交流信号源２１０と、直流電流計２３０，２３１と、交流電流計２６０と、レベル可変の直流電圧バイアス源２２０，２５０，２５１と、バッファ２４０，２４１とを備える。図中の逆三角形は、グラウンド２７０，２７１であり、共通電位、接地またはアースを表している。なお、図１において、参照符号ＳＭＵで示される破線枠で囲まれた部分は、被測定物１００の電圧電流特性を測定するＳＭＵに対応する部分であることを表している。また、参照符号ＣＭＵで示される破線枠で囲まれた部分は、被測定物１００の容量対電圧特性を測定するＣＭＵに対応する部分であることを表している。
【０００５】
スイッチ装置３００は、１極２投スイッチ３１０，３２０，３３０，３４０を備える。スイッチ３１０〜３４０のそれぞれは、１つの共通端子（極、ポール）と、２つの選択端子（投、スロー）とを備える。各スイッチの共通端子には、参照符号ｃが付されている。また、各スイッチの選択端子は、参照符号ａまたはｂが付されている。共通端子ｃは、２つの選択端子（ａ，ｂ）のいずれか１つと電気的に接続される。スイッチ３１０の端子ａとグラウンド２７０との間には、電流計２３０とバイアス源２５０の直列回路が設けられている。電流計２３０とバイアス源２５０との間の電位と同じ電位をスイッチ３２０の端子ａに与えるように、バッファ２４０が配置されている。スイッチ３１０の端子ｂとスイッチ３２０の端子ｂとの間には、信号源２１０とバイアス源２２０の直列回路が設けられている。スイッチ３３０の端子ａとグラウンド２７１との間には、電流計２３１とバイアス源２５１の直列回路が設けられている。電流計２３１とバイアス源２５１との間の電位と同じ電位をスイッチ３４０の端子ａに与えるように、バッファ２４１が配置されている。スイッチ３３０の端子ｂとスイッチ３４０の端子ｂとの間には、電流計２６０が設けられている。また、グラウンド２７０とグラウンド２７１は、測定装置２００の内部で、電気的に接続されている。
【０００６】
同軸ケーブル５１０，５２０は、２線同軸ケーブル、すなわち、コアキシャル・ケーブルである。同軸ケーブル５１０の中心導体５１１の一端は、スイッチ３１０の端子ｃに接続され、中心導体５１１の他の一端は、被測定物１００の一端に接続されている。同軸ケーブル５１０の外部導体５１２の一端は、スイッチ３２０の端子ｃに接続されている。同軸ケーブル５２０の中心導体５２１の一端は、スイッチ３３０の端子ｃに接続され、中心導体５２１の他の一端は、被測定物１００の他の一端に接続されている。同軸ケーブル５２０の外部導体５２２の一端は、スイッチ３４０の端子ｃに接続されている。外部導体５１２の他の一端および外部導体５２２の他の一端は、スイッチ４００を介して接続されている。外部導体５１２と外部導体５２２は、スイッチ４００により、選択的に導通する。
【０００７】
以上のように説明した構成において、被測定物１００の容量対電圧特性を測定する場合には、各スイッチにおいて端子ｂが選択され、スイッチ４００がオンされる。容量対電圧特性を測定するために、交流信号源２１０が生成する交流信号を被測定物１００に印加し、その交流信号に起因して被測定物１００に流れる電流を電流計２６０で測定する。電流２６０により測定された電流測定値と、交流信号源２１０が発生する交流信号の周波数および電圧振幅値とに基づき、被測定物１００の容量値が求められる。このとき、異なるレベルの複数の直流電圧がバイアス源２２０で生成され、それらが個々に被測定物１００に印加される。そして、バイアス・レベル毎の容量値が取得される。
【０００８】
また、被測定物１００の電圧電流特性を測定する場合には、各スイッチにおいて端子ａが選択され、スイッチ４００がオフされる。電圧電流特性を測定するために、バイアス源２５０およびバイアス源２５１は、被測定物１００の端子間に電位差が生じるように、各出力電圧が設定される。そして、それらの出力電圧の差に起因して、被測定物１００に流れる電流を電流計２３０で測定する。
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−３２１３７９号公報（第７〜１０頁、第１２〜１４頁、図２、図３、図７、図８）
【特許文献２】特許３４４２８２２号公報（第３図、第４図）
【特許文献３】特開平１０−１０１７０号公報（第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここで、容量対電圧特性の測定後、電圧電流特性の測定へ切り替える際に、その切り替えに伴う待ち時間が問題となっている。例えば、容量対電圧特性を測定する際に、共通線路である同軸ケーブルにＤＣバイアスが印加され、同軸ケーブルの信号線（中心導体）とガード（外側導体）との間の容量に電荷が蓄積される。電圧電流特性の測定では、この蓄積された電荷が測定誤差となるため、蓄積された電荷が、測定精度上、無視しうる程度に小さくなるまで、電荷の放電を待たねばならない。例えば、共通線路である同軸ケーブルの長さが数メートル程度ある場合に、容量対電圧特性の測定のために当該同軸ケーブルに数十ボルトの直流バイアス電圧を印加した後、１ｐＡ程度の測定精度で直流電圧電流特性を測定するとき、数十秒程度の待ち時間が生じ、その長さが問題となっている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明においては、以下が提供される。すなわち、本第一の発明は、第一の導体と前記第一の導体を囲む第二の導体と前記第二の導体を囲む第三の導体とを具備する同軸線路の前記第一の導体に接続された被測定物の複数種類の電気的特性を、切替装置に接続された第一の測定装置および第二の測定装置を切り替えることにより、測定する方法であって、前記切替装置により前記第一の測定装置が前記被測定物に電気的に接続されている場合に、前記被測定物の第一の電気的特性を測定するための電圧を前記第一の測定装置により前記第一の導体に与えるとともに、前記第一の導体の電位と同じ電位を前記第二の導体に与える第一のステップと、前記切替装置により、前記第一の測定装置を前記被測定物から切り離し、前記第二の測定装置を前記被測定物に電気的に接続する第二のステップと、前記被測定物の第二の電気的特性を前記第二の測定装置により測定する第三のステップと、を含むことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本第二の発明は、本第一の発明の方法において、前記第三のステップが、前記第一の導体に対するガードとして前記第二の導体を用いて測定することを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、本第三の発明は、本第一の発明または本第二の発明の方法において、前記第一のステップが、バッファにより前記第二の導体に電位を与えることを特徴とするものである。
【００１４】
またさらに、本第四の発明は、本第一の発明または本第二の発明または本第三の発明の方法において、第一の測定装置が電気容量測定装置であり、第二の測定装置が電圧電流特性測定装置であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本第五の発明は、本第一の発明または本第二の発明または本第三の発明または本第四の発明の方法において、前記被測定物が、半導体素子であることを特徴とするものである。
【００１６】
さらに、本第六の発明は、第一の導体と前記第一の導体を囲む第二の導体と前記第二の導体を囲む第三の導体とを具備する同軸線路の前記第一の導体に接続された被測定物の複数種類の電気的特性を測定するために、第一の測定装置および第二の測定装置のうち選択した一方を前記同軸線路に電気的に接続するスイッチ装置であって、前記第一の測定装置が選択されている場合に、前記第一の測定装置が発生する、前記第一の電気的特性を測定するための電圧を前記第一の導体に与えるように、且つ、前記第一の導体の電位と同じ電位を前記第二の導体に与えるように、前記第一の測定装置を前記同軸線路に電気的に接続し、前記第二の測定装置が選択されている場合に、前記第二の測定装置を少なくとも前記第一の導体および前記第二の導体に電気的に接続することを特徴とするものである。
【００１７】
またさらに、本第六の発明は、本第五の発明の装置において、前記第二の測定装置が選択されている場合に、前記第二の測定装置が前記第二の導体を前記第一の導体に対するガードとして用いることができるように、前記第二の測定装置を前記同軸線路に電気的に接続することを特徴とするものである。
【００１８】
また、本第八の発明は、本第六の発明または本第七の発明の装置において、前記第一の測定装置が選択されている場合に、前記第二の導体に与えられる電位が、バッファを介して与えられることを特徴とするものである
【００１９】
さらに、本第九の発明は、本第六の発明または本第七の発明または本第八の発明の装置において、第一の測定装置が電気容量測定装置であり、第二の測定装置が電圧電流特性測定装置であることを特徴とするものである。
【００２０】
またさらに、本第十の発明は、本第六の発明または本第七の発明または本第八の発明または本第九の発明の装置において、前記被測定物が、半導体素子であることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本第十一の発明は、本第六の発明または本第七の発明または本第八の発明または本第九の発明または本第十の発明のスイッチ装置と、前記第一の測定装置および前記第二の測定装置とを備える測定システムである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、複数の測定装置を切り替える切替装置と被測定物との間にある信号伝送路における電荷の蓄積、例えば、信号線とガード線との間の容量や、プリント基板上に形成された同軸線路における誘電分極などによる電荷の蓄積を低減もしくは排除することができ、蓄積電荷の放電に起因する測定待ち時間を低減もしくは無くすことができる。また、本発明によれば、複数の測定装置を切り替える切替装置と被測定物との間にある信号伝送路のインピーダンスを、各測定装置に適した個別の異なる値にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施の形態を、添付の図面を参照しながら、以下に説明する。本発明の実施の形態は、測定システム２０である。ここで、図２を参照する。図２において、図１と同一の要素については、同じ参照番号を付して、詳細な説明を省略する。図２は、測定システム２０の概略構成を示す図である。図２において、測定システム２０は、少なくとも、測定装置２００とＳＣＵＵであるスイッチ装置７００とを備える。測定装置２００は、測定装置２００と同様に、被測定物１００の電圧電流特性および容量対電圧特性を測定する装置である。被測定物１００は、少なくとも２つの端子を有する。被測定物１００が有する端子のうちの２つの端子が、測定のために、同軸ケーブル９１０，９２０を介して、スイッチ装置７００と電気的に接続されている。
【００２４】
スイッチ装置７００は、切替装置であるスイッチ７１０，７２０，７２０，７４０，７５０，７６０を備える。スイッチ７１０〜７６０のそれぞれは、１つの共通端子と、２つの選択端子とを備える。各スイッチの共通端子には、参照符号ｃが付されている。また、各スイッチの選択端子は、参照符号ａまたはｂが付されている。共通端子ｃは、２つの選択端子（ａ，ｂ）のいずれか１つと選択的に電気的に接続される。スイッチ７１０の端子ａとグラウンド２７０との間には、電流計２３０とバイアス源２５０の直列回路が設けられている。電流計２３０とバイアス源２５０との間の電位と同じ電位をスイッチ７２０の端子ａに与えるように、バッファ２４０が配置されている。スイッチ７３０の端子ａは、バイアス源２５０とグラウンド２７０との間に接続されている。スイッチ７１０の端子ｂとスイッチ７３０の端子ｂとの間には、信号源２１０とバイアス源２２０の直列回路が設けられている。スイッチ７２０の端子ｂは、スイッチ７１０の端子ｂと接続されている。スイッチ７４０の端子ａとグラウンド２７１との間には、電流計２３１とバイアス源２５１の直列回路が設けられている。電流計２３１とバイアス源２５１との間の電位と同じ電位をスイッチ７５０の端子ａに与えるように、バッファ２４１が配置されている。スイッチ７６０の端子ａは、バイアス源２５１とグラウンド２７１との間に接続されている。スイッチ７４０の端子ｂとスイッチ７６０の端子ｂとの間には、電流計２６０が設けられている。スイッチ７５０の端子ｂは、スイッチ７４０の端子ｂと接続されている。
【００２５】
同軸ケーブル９１０，９２０は、３線同軸ケーブル、すなわち、トライアキシャル・ケーブルである。同軸ケーブル９１０の一端、すなわち、スイッチ装置７００側において、中心導体９１１がスイッチ７１０の端子ｃに、内部導体９１２がスイッチ７２０の端子ｃに、外部導体９１３がスイッチ７３０の端子ｃに、それぞれ接続されている。同軸ケーブル９１０の他の一端、すなわち、被測定物１００側において、中心導体９１１が被測定物１００に接続され、内部導体９１２が開放されている。同軸ケーブル９２０の一端、すなわち、スイッチ装置７００側において、中心導体９２１がスイッチ７４０の端子ｃ、内部導体９２２がスイッチ７５０の端子ｃに、外部導体９２３がスイッチ７６０の端子ｃに、それぞれ接続されている。同軸ケーブル９１０の他の一端、すなわち、被測定物１００側において、中心導体９２１が被測定物１００に接続され、内部導体９２２が開放されている。同軸ケーブル９１０および９２０の他の一端において、外部導体９２３が外部導体９１３と接続されている。
【００２６】
以上に説明した構成において、被測定物１００の容量対電圧特性は、以下の手順で測定される。まず、各スイッチにおいて端子ｂを選択する。次に、交流信号源２１０が生成する交流信号を被測定物１００に印加し、その交流信号に起因して被測定物１００に流れる電流を電流計２６０で測定する。次に、電流計２６０により測定された電流測定値と、交流信号源２１０が発生する交流信号の周波数および電圧振幅値とに基づき、被測定物１００の容量値を算出する。また、上記の容量測定過程において、必要に応じて、異なるレベルの複数の直流電圧をバイアス源２２０で生成し、それらを個々に被測定物１００に印加する。そして、バイアス・レベル毎の容量値を測定する。
【００２７】
また、被測定物１００の電圧電流特性は、以下の手順で測定される。まず、各スイッチにおいて端子ａを選択する。次に、被測定物１００の端子間に電位差が生じるように、バイアス源２５０およびバイアス源２５１の各出力電圧を設定する。次に、それらの出力電圧の差に起因して、被測定物１００に流れる電流を電流計２３０で測定する。また、上記の電流測定過程において、必要に応じて、異なるレベルの複数の電位差が被測定物１００の端子間に生じるように、バイアス源２５０およびバイアス源２５１の各出力電圧を設定する。そして、電位差レベル毎に、被測定物１００に流れる電流を電流計２３０で測定する。
【００２８】
容量対電圧特性の測定では、例えば、スイッチ７１０の端子ｂとスイッチ７１０の端子ｂが同電位であるので、中心導体９１１と内部導体９１２との電位差は、実質的にゼロとなるか、無視しうるレベルとなる。従って、中心導体９１１と内部導体９１２との間に蓄積される電荷も、実質的にゼロであるか、無視しうる量となる。この結果、容量対電圧特性の測定後に、電圧電流特性の測定を実施する場合に、トライアキシャル・ケーブル９１０，９２０に蓄積された電荷の放出を待つ必要がない。また、当該電荷が電圧電流特性の測定結果に影響を及ぼす心配もない。
【００２９】
さて、上記の実施形態において、電流計２６０の両端電位差が実質的にゼロである場合には、スイッチ７４０〜７６０および同軸ケーブル９２０を、スイッチ３３０〜３４０および同軸ケーブル５２０およびスイッチ４００と置き換えても良い。この場合、スイッチ７４０〜７６０およびスイッチ４００に係る接続や動作は、前述のとおりである。例えば、置き換えられるスイッチ４００は、同軸ケーブルの外部導体間に接続される。
【００３０】
また、上記の実施形態において、スイッチ７２０の端子ｂがスイッチ７１０の端子ｂに、スイッチ７５０の端子ｂがスイッチ７４０の端子ｂに、それぞれ接続されている。この表現は、説明の便宜のためのものであり、本発明の技術的思想がこれに限定されるべきではない。重要なことは、スイッチ７１０の端子ｂの電位と同じ電位をスイッチ７２０の端子ｂに、スイッチ７４０の端子ｂの電位と同じ電位をスイッチ７５０の端子ｂに、与えることにある。従って、例えば、スイッチ７２０の端子ｂがスイッチ７１０の端子ｂにバッファを介して接続され、スイッチ７５０の端子ｂがスイッチ７４０の端子ｂにバッファを介して接続されるようにしても良い。この場合、アクティブガードとしての機能が追加され、それによる測定精度の改善が見込まれる。
【００３１】
さらに、上記の実施形態において、同軸ケーブル９１０，９２０は、スイッチ装置７００とは独立したものとして表現されている。この表現は、説明の便宜のためのものであり、本発明の技術的思想がこれに限定されるべきではない。重要なことは、スイッチ７１０〜７６０から被測定物１００までの区間が、できるだけトライアキシャル構造を有することにある。従って、その区間に該当する限り、例えば、スイッチ装置７００の内の信号伝送路も同軸構造を有することが望ましく、そのような態様も本発明の一態様である。
【００３２】
またさらに、上記の実施形態において、スイッチ７３０およびスイッチ７６０を１極１投スイッチに置き換えることもできる。言い換えれば、スイッチ７３０およびスイッチ７６０から、それぞれの端子ａを除外することもできる。その場合、外部導体９１３とバイアス源２２０とを選択的に接続するように、かつ、外部導体９２３と電流計２６０とを選択的に接続するように、１極１投スイッチが配置される。
【実施例１】
【００３３】
次に、より詳細な本発明の実施例について説明する。ここで、図３を参照する。図３は、本発明の実施例である半導体測定システム３０の構成を示す図である。半導体測定システム３０は、測定装置１０００と接続装置２０００とを備える。測定装置１０００は、ＳＭＵ１１００と、ＳＭＵ１２００と、ＣＭＵ１３００とを備える。ＳＭＵ１１００、ＳＭＵ１２００、およびＣＭＵ１３００は、測定装置１０００もしくは測定装置１０００に接続された制御装置により、制御される。
【００３４】
ＳＭＵ１１００，１２００は、それぞれ、直流の電圧源、電流源、電圧計、電流計を具備し、それらを任意に組み合わせて測定する装置である。また、ＳＭＵ１１００，１２００は、個々に測定することができるし、それらが協働して測定することもできる。ＳＭＵ１１００は、ケルビン接続のために、センス端子Ｓ１およびフォース端子Ｆ１を備える。また、ＳＭＵ１２００は、ケルビン接続のために、センス端子Ｓ２およびフォース端子Ｆ２を備える。端子Ｓ１，Ｆ１，Ｓ２，Ｆ２のそれぞれは、トライアキシャル構造（３線同軸構造）を有する。すなわち、端子Ｓ１，Ｆ１，Ｓ２，Ｆ２のそれぞれは、中心導体と、中心導体を囲む内部導体と、内部導体を囲む外部導体とを備える。端子Ｓ１，Ｆ１，Ｓ２，Ｆ２のそれぞれにおいて、中心導体には信号が伝達され、外側シールド導体は筐体グラウンドに接続され、中心導体と外側シールド導体との間にあるガード導体には中心導体の信号と同電位に保たれたガード信号が伝達される。
【００３５】
ＣＭＵ１３００は、容量、インダクタンスおよび抵抗などのインピーダンスを測定する装置である。ＣＭＵ１３００は、Ｈｉｇｈ側の電流を出力するための端子Ｈｃと、Ｈｉｇｈ側の電圧を測定するための端子Ｈｐと、Ｌｏｗ側の電圧を測定するための端子Ｌｐと、Ｌｏｗ側の電流を出力するための端子Ｌｃとを備える。端子Ｈｃ，Ｈｐ，Ｌｐ，Ｌｃは、それぞれコアキシャル構造（２線同軸構造）を有する。すなわち、端子Ｈｃ，Ｈｐ，Ｌｐ，Ｌｃのそれぞれは、中心導体と、中心導体を囲む外部導体とを備える。各端子において、中心導体には信号が伝達され、シールドである外部導体は筐体グラウンドからフローティングされている。ＣＭＵ１３００は、接続装置２０００を制御するためのコントローラ１３１０を備える。コントローラ１３１０の制御出力は、端子１３１１に供給される。なお、コントローラ１３１０は、測定装置１０００に備えられてもよい。
【００３６】
被測定物１１０は、例えば、集積回路製造プロセスの最適条件を判定するためにシリコンウエハー上に設けられるＴＥＧ（Test Element Group）領域に形成される半導体素子や、トランジスタやキャパシタなどの個別素子である。図において、被測定物１１０は、トライアキシャル・ケーブル５０００および５０１０により、被測定物１１０が備える端子のうちの２つの端子が接続装置２０００と接続されている。なお、必要に応じて、被測定物１１０と接続装置２０００との間には、プローブ装置や、スイッチング・マトリックスが配置される。
【００３７】
トライアキシャル・ケーブル５０００および５０１０は、被測定物１１０側の端部において、それぞれの中心導体が被測定物１１０に接続され、それぞれの外部導体が電気的に接続され、それぞれの内部導体が開放されている。
【００３８】
接続装置２０００は、端子Ｓ１を接続するための端子２１００、端子Ｆ１を接続するための端子２１１０、端子Ｓ２を接続するための端子２２００、および、端子Ｆ２を接続するための端子２２１０を備える。また、接続装置２０００は、端子Ｈｃを接続するための端子２３００、端子Ｈｐを接続するための端子２３１０、端子Ｌｐを接続するための端子２３２０、端子Ｌｃを接続するための端子２３３０を備える。さらに、接続装置２０００は、被測定物１１０を接続するための端子２５００，２５１０を備える。端子２１００，２１１０，２２００，２２１０，２５００，２５１０は、それぞれ、トライアキシャル構造を有する。また、端子２３００，２３１０，２３２０，２３３０は、それぞれ、コアキシャル構造を有する。さらに、対応する端子同士は、接続３０００により接続されている。なお、接続３０００は、直接的接続でも良いし、ケーブルなどを介した接続、すなわち、間接的接続でも良い。
【００３９】
ここで、図４を参照する。図４は、接続装置２０００の内部構造を示す図である。図４において、接続装置２０００は、切替装置であるスイッチ群Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を備える。各スイッチ群において、個々のスイッチは、１極１投スイッチである。また、各スイッチ群において、個々のスイッチは、それぞれに付されたａ〜ｃの参照記号により区別される。例えば、スイッチ群Ｔ１の上側のスイッチは、Ｔ１ａとして認識される。また、例えば、スイッチ群Ｔ４の中央のスイッチは、Ｔ４ｂとして認識される。
【００４０】
端子２１００および端子２１１０の中心導体は、スイッチＴ１ｂを介して、端子２５００の中心導体に選択的に接続される。端子２１１０の内部導体は、スイッチＴ１ａを介して、端子２５００の内部導体に選択的に接続される。端子２１００および端子２１１０の外部導体は、筐体グラウンドに接続されている。
【００４１】
端子２２００および端子２２１０の中心導体は、スイッチＴ２ｂを介して、端子２５１０の中心導体に選択的に接続される。端子２２１０の内部導体は、スイッチＴ２ａを介して、端子２５１０の内部導体に選択的に接続される。端子２２００および端子２２１０の外部導体は、筐体グラウンドに接続されている。
【００４２】
端子２３００および端子２３１０の中心導体は、スイッチＴ３ｂおよびスイッチＴ３ｃを介して、端子２５００の中心導体および内部導体に選択的に接続される。端子２３００および端子２３１０の外部導体は、スイッチＴ３ａを介して、端子２５００の外部導体に選択的に接続される。端子２３３０および端子２３４０の中心導体は、スイッチＴ４ｂおよびスイッチＴ４ｃを介して、端子２５１０の中心導体および内部導体に選択的に接続される。端子２３３０および端子２３４０の外部導体は、スイッチＴ４ａを介して、端子２５１０の外部導体に選択的に接続される。なお、端子２３００，２３１０，２３２０，２３４０の外部導体は、それ自身、筐体グラウンドからフローティングされている。
【００４３】
端子２５００および端子２５１０の外部導体は、筐体グラウンドに接続されている。
【００４４】
なお、特に図では示していないが、スイッチ群Ｔ１およびＴ３と端子２５００との間の信号伝送路、および、スイッチ群Ｔ２およびＴ４と端子２５１０との間の信号伝送路は、設計が許す限り、トライアキシャル構造を有する。それらトライアキシャル構造を有する信号伝送路は、エッチング処理によりプリント基板に形成された信号線パターンや、同軸ケーブルなどで構成される。
【００４５】
スイッチ群Ｔ１は、端子２１００および端子２１１０を、端子２５００に選択的に接続する。スイッチ群Ｔ２は、端子２２００および端子２２１０を、端子２５１０に選択的に接続する。スイッチ群Ｔ３は、端子２３００および端子２３１０を、端子２５００に選択的に接続する。スイッチ群Ｔ４は、端子２３３０および端子２３４０を、端子２５１０に選択的に接続する。スイッチ群Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、コントローラ２２００の制御により、次の２状態のいずれかになる。あるときは、スイッチ群Ｔ１およびスイッチ群Ｔ２の各スイッチはオンであり、スイッチ群Ｔ３およびスイッチ群Ｔ４の各スイッチはオフである。また、あるときは、スイッチ群Ｔ１およびスイッチ群Ｔ２の各スイッチはオフであり、スイッチ群Ｔ３およびスイッチ群Ｔ４の各スイッチはオンである。コントローラ２２００自身は、端子２４００を介して受信する制御情報に応じて動作する。
【００４６】
以上に説明した半導体測定システム３０において、被測定物１１０の容量対電圧特性を測定する場合、スイッチ群Ｔ１およびＴ２をオンにし、スイッチ群Ｔ３およびＴ４をオフにする。その後の測定手順は、上記の実施態様で説明したとおりである。また、被測定物１１０の電圧電流特性を測定する場合、スイッチ群Ｔ１およびＴ２をオフにし、スイッチ群Ｔ３およびＴ４をオンにする。その後の測定手順は、上記の実施態様で説明したとおりである。
【００４７】
容量対電圧特性の測定では、被測定物１１０に接続されているトライアキシャル構造の信号伝送路において、中心導体および内部導体の電位が同一となる。従って、上記の実施態様で説明したとおり、容量対電圧特性の測定後に、電圧電流特性の測定を実施する場合に、切替装置である各スイッチ群と被測定物１１０との間の信号伝送路に蓄積された電荷の放出を待つ必要がない。また、当該電荷が電圧電流特性の測定結果に影響を及ぼす心配もない。
【００４８】
上記の実施例において、切替装置である各スイッチ群と被測定物１１０との間の信号伝送路において、ＳＭＵが使用する線路の特性インピーダンスとＣＭＵが使用する線路の特性インピーダンスは、共通の値であっても良いし、異なる値であっても良い。例えば、ＳＭＵが使用する線路の特性インピーダンスは、容量地が小さいほど良く、その結果、特性インピーダンスは大きいほど良い。従って、例えば、各スイッチ群と被測定物１１０との間のトライアキシャル信号伝送路において、中心導体と内部導体とで構成される線路の特性インピーダンスを１キロオームとし、内部導体と外部導体とで構成される線路の特性インピーダンスを５０オームとすると、測定精度上、好都合である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】従来技術による測定システム１０の概略構成を示す図である。
【図２】本発明による測定システム２０の概略構成を示す図である。
【図３】本発明による半導体測定システム３０の構成を示す図である。
【図４】半導体測定システム３０の接続装置２０００の内部構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０，２０ 測定システム
３０ 半導体測定システム
１００，１１０ 被測定物
２００ 測定装置
２１０，２１０ 交流信号源
２２０，２５０，２５１ ， 直流電圧バイアス源
２３０，２３１ 直流電流計
２６０ 交流電流計
２４０，２４１ バッファ
２７０，２７１ グラウンド
３００，７００ スイッチ装置
３１０，３２０，３３０，３４０，４００ スイッチ
５１０，５２０ 同軸ケーブル
５１１，５２１ 中心導体
５１２，５２２ 外部導体
７１０，７２０，７３０，７４０，７５０，７６０ スイッチ
９１０，９２０ トライアキシャル・ケーブル
９１１，９２１ 中心導体
９１２，９２２ 内部導体
９１３，９２３ 外部導体
１０００ 測定装置
１３１０，２２００ コントローラ
１３１１ 端子
２０００ 接続装置
２１００，２１１０，２２００，２２１０ 端子
２３００，２３１０，２３２０，２３３０ 端子
２４００，２５００，２５１０ 端子
３０００ 接続
５０００，５０１０ トライアキシャル・ケーブル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路やディスクリート部品等の被測定物の電気的特性を測定する装置に係り、構成もしくは機能が異なる複数の測定装置が統合された環境において、被測定物の複数種類の電気的特性を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路やディスクリート部品等の被測定物を測定する従来技術の例として、半導体測定装置がある。具体的な製品としては、例えば、アジレント社の製品「４０７０シリーズ」や「Ｂ１５００Ａ」などがある。半導体測定装置は、被測定物の特性を測定する、複数種の測定モジュールを備える。測定モジュールの例としては、ソース／モニタ・ユニット（Source / Monitor Unit；ＳＭＵ）や（Capacitance Measurement Unit；ＣＭＵ）などがある。これらの測定モジュールは、ＳＭＵ ＣＭＵ統合ユニット（SMU CMU Unify Unit；ＳＣＵＵ）、スイッチング・マトリックスなどのスイッチ装置、プローブ装置、ポゴピンまたは信号ケーブルなど介して、被測定物と電気的に接続される。ＳＣＵＵは、ＳＭＵやＣＭＵなどの複数種類の複数の測定モジュールを切り替えて、被測定物と接続する機能を有する。従って、ＳＣＵＵと被測定物との間には、複数種類の複数の測定モジュールが共用する信号伝送路が存在する。
【０００３】
ここで、図１を参照する。図１は、以上に説明した従来技術による測定システム１０の概略構成を示す図である。図１において、測定システム１０は、測定装置２００と、ＳＣＵＵであるスイッチ装置３００とを備える。図１において、少なくとも２つの端子を有する被測定物１００は、同軸ケーブル５１０，５２０を介して、測定装置２００と接続されている。
【０００４】
測定装置２００は、交流信号源２１０と、直流電流計２３０，２３１と、交流電流計２６０と、レベル可変の直流電圧バイアス源２２０，２５０，２５１と、バッファ２４０，２４１とを備える。図中の逆三角形は、グラウンド２７０，２７１であり、共通電位、接地またはアースを表している。なお、図１において、参照符号ＳＭＵで示される破線枠で囲まれた部分は、被測定物１００の電圧電流特性を測定するＳＭＵに対応する部分であることを表している。また、参照符号ＣＭＵで示される破線枠で囲まれた部分は、被測定物１００の容量対電圧特性を測定するＣＭＵに対応する部分であることを表している。
【０００５】
スイッチ装置３００は、１極２投スイッチ３１０，３２０，３３０，３４０を備える。スイッチ３１０〜３４０のそれぞれは、１つの共通端子（極、ポール）と、２つの選択端子（投、スロー）とを備える。各スイッチの共通端子には、参照符号ｃが付されている。また、各スイッチの選択端子は、参照符号ａまたはｂが付されている。共通端子ｃは、２つの選択端子（ａ，ｂ）のいずれか１つと電気的に接続される。スイッチ３１０の端子ａとグラウンド２７０との間には、電流計２３０とバイアス源２５０の直列回路が設けられている。電流計２３０とバイアス源２５０との間の電位と同じ電位をスイッチ３２０の端子ａに与えるように、バッファ２４０が配置されている。スイッチ３１０の端子ｂとスイッチ３２０の端子ｂとの間には、信号源２１０とバイアス源２２０の直列回路が設けられている。スイッチ３３０の端子ａとグラウンド２７１との間には、電流計２３１とバイアス源２５１の直列回路が設けられている。電流計２３１とバイアス源２５１との間の電位と同じ電位をスイッチ３４０の端子ａに与えるように、バッファ２４１が配置されている。スイッチ３３０の端子ｂとスイッチ３４０の端子ｂとの間には、電流計２６０が設けられている。また、グラウンド２７０とグラウンド２７１は、測定装置２００の内部で、電気的に接続されている。
【０００６】
同軸ケーブル５１０，５２０は、２線同軸ケーブル、すなわち、コアキシャル・ケーブルである。同軸ケーブル５１０の中心導体５１１の一端は、スイッチ３１０の端子ｃに接続され、中心導体５１１の他の一端は、被測定物１００の一端に接続されている。同軸ケーブル５１０の外部導体５１２の一端は、スイッチ３２０の端子ｃに接続されている。同軸ケーブル５２０の中心導体５２１の一端は、スイッチ３３０の端子ｃに接続され、中心導体５２１の他の一端は、被測定物１００の他の一端に接続されている。同軸ケーブル５２０の外部導体５２２の一端は、スイッチ３４０の端子ｃに接続されている。外部導体５１２の他の一端および外部導体５２２の他の一端は、スイッチ４００を介して接続されている。外部導体５１２と外部導体５２２は、スイッチ４００により、選択的に導通する。
【０００７】
以上のように説明した構成において、被測定物１００の容量対電圧特性を測定する場合には、各スイッチにおいて端子ｂが選択され、スイッチ４００がオンされる。容量対電圧特性を測定するために、交流信号源２１０が生成する交流信号を被測定物１００に印加し、その交流信号に起因して被測定物１００に流れる電流を電流計２６０で測定する。電流２６０により測定された電流測定値と、交流信号源２１０が発生する交流信号の周波数および電圧振幅値とに基づき、被測定物１００の容量値が求められる。このとき、異なるレベルの複数の直流電圧がバイアス源２２０で生成され、それらが個々に被測定物１００に印加される。そして、バイアス・レベル毎の容量値が取得される。
【０００８】
また、被測定物１００の電圧電流特性を測定する場合には、各スイッチにおいて端子ａが選択され、スイッチ４００がオフされる。電圧電流特性を測定するために、バイアス源２５０およびバイアス源２５１は、被測定物１００の端子間に電位差が生じるように、各出力電圧が設定される。そして、それらの出力電圧の差に起因して、被測定物１００に流れる電流を電流計２３０で測定する。
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−３２１３７９号公報（第７〜１０頁、第１２〜１４頁、図２、図３、図７、図８）
【特許文献２】特許３４４２８２２号公報（第３図、第４図）
【特許文献３】特開平１０−１０１７０号公報（第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここで、容量対電圧特性の測定後、電圧電流特性の測定へ切り替える際に、その切り替えに伴う待ち時間が問題となっている。例えば、容量対電圧特性を測定する際に、共通線路である同軸ケーブルにＤＣバイアスが印加され、同軸ケーブルの信号線（中心導体）とガード（外側導体）との間の容量に電荷が蓄積される。電圧電流特性の測定では、この蓄積された電荷が測定誤差となるため、蓄積された電荷が、測定精度上、無視しうる程度に小さくなるまで、電荷の放電を待たねばならない。例えば、共通線路である同軸ケーブルの長さが数メートル程度ある場合に、容量対電圧特性の測定のために当該同軸ケーブルに数十ボルトの直流バイアス電圧を印加した後、１ｐＡ程度の測定精度で直流電圧電流特性を測定するとき、数十秒程度の待ち時間が生じ、その長さが問題となっている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明においては、以下が提供される。すなわち、本第一の発明は、第一の導体と前記第一の導体を囲む第二の導体と前記第二の導体を囲む第三の導体とを具備する同軸線路の前記第一の導体に接続された被測定物の複数種類の電気的特性を、切替装置に接続された第一の測定装置および第二の測定装置を切り替えることにより、測定する方法であって、前記切替装置により前記第一の測定装置が前記被測定物に電気的に接続されている場合に、前記被測定物の第一の電気的特性を測定するための電圧を前記第一の測定装置により前記第一の導体に与えるとともに、前記第一の導体の電位と同じ電位を前記第二の導体に与える第一のステップと、前記切替装置により、前記第一の測定装置を前記被測定物から切り離し、前記第二の測定装置を前記被測定物に電気的に接続する第二のステップと、前記被測定物の第二の電気的特性を前記第二の測定装置により測定する第三のステップと、を含むことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本第二の発明は、本第一の発明の方法において、前記第三のステップが、前記第一の導体に対するガードとして前記第二の導体を用いて測定することを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、本第三の発明は、本第一の発明または本第二の発明の方法において、前記第一のステップが、バッファにより前記第二の導体に電位を与えることを特徴とするものである。
【００１４】
またさらに、本第四の発明は、本第一の発明または本第二の発明または本第三の発明の方法において、第一の測定装置が電気容量測定装置であり、第二の測定装置が電圧電流特性測定装置であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本第五の発明は、本第一の発明または本第二の発明または本第三の発明または本第四の発明の方法において、前記被測定物が、半導体素子であることを特徴とするものである。
【００１６】
さらに、本第六の発明は、第一の導体と前記第一の導体を囲む第二の導体と前記第二の導体を囲む第三の導体とを具備する同軸線路の前記第一の導体に接続された被測定物の複数種類の電気的特性を測定するために、第一の測定装置および第二の測定装置のうち選択した一方を前記同軸線路に電気的に接続するスイッチ装置であって、前記第一の測定装置が選択されている場合に、前記第一の測定装置が発生する、前記第一の電気的特性を測定するための電圧を前記第一の導体に与えるように、且つ、前記第一の導体の電位と同じ電位を前記第二の導体に与えるように、前記第一の測定装置を前記同軸線路に電気的に接続し、前記第二の測定装置が選択されている場合に、前記第二の測定装置を少なくとも前記第一の導体および前記第二の導体に電気的に接続することを特徴とするものである。
【００１７】
またさらに、本第六の発明は、本第五の発明の装置において、前記第二の測定装置が選択されている場合に、前記第二の測定装置が前記第二の導体を前記第一の導体に対するガードとして用いることができるように、前記第二の測定装置を前記同軸線路に電気的に接続することを特徴とするものである。
【００１８】
また、本第八の発明は、本第六の発明または本第七の発明の装置において、前記第一の測定装置が選択されている場合に、前記第二の導体に与えられる電位が、バッファを介して与えられることを特徴とするものである
【００１９】
さらに、本第九の発明は、本第六の発明または本第七の発明または本第八の発明の装置において、第一の測定装置が電気容量測定装置であり、第二の測定装置が電圧電流特性測定装置であることを特徴とするものである。
【００２０】
またさらに、本第十の発明は、本第六の発明または本第七の発明または本第八の発明または本第九の発明の装置において、前記被測定物が、半導体素子であることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本第十一の発明は、本第六の発明または本第七の発明または本第八の発明または本第九の発明または本第十の発明のスイッチ装置と、前記第一の測定装置および前記第二の測定装置とを備える測定システムである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、複数の測定装置を切り替える切替装置と被測定物との間にある信号伝送路における電荷の蓄積、例えば、信号線とガード線との間の容量や、プリント基板上に形成された同軸線路における誘電分極などによる電荷の蓄積を低減もしくは排除することができ、蓄積電荷の放電に起因する測定待ち時間を低減もしくは無くすことができる。また、本発明によれば、複数の測定装置を切り替える切替装置と被測定物との間にある信号伝送路のインピーダンスを、各測定装置に適した個別の異なる値にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施の形態を、添付の図面を参照しながら、以下に説明する。本発明の実施の形態は、測定システム２０である。ここで、図２を参照する。図２において、図１と同一の要素については、同じ参照番号を付して、詳細な説明を省略する。図２は、測定システム２０の概略構成を示す図である。図２において、測定システム２０は、少なくとも、測定装置２００とＳＣＵＵであるスイッチ装置７００とを備える。測定装置２００は、測定装置２００と同様に、被測定物１００の電圧電流特性および容量対電圧特性を測定する装置である。被測定物１００は、少なくとも２つの端子を有する。被測定物１００が有する端子のうちの２つの端子が、測定のために、同軸ケーブル９１０，９２０を介して、スイッチ装置７００と電気的に接続されている。
【００２４】
スイッチ装置７００は、切替装置であるスイッチ７１０，７２０，７２０，７４０，７５０，７６０を備える。スイッチ７１０〜７６０のそれぞれは、１つの共通端子と、２つの選択端子とを備える。各スイッチの共通端子には、参照符号ｃが付されている。また、各スイッチの選択端子は、参照符号ａまたはｂが付されている。共通端子ｃは、２つの選択端子（ａ，ｂ）のいずれか１つと選択的に電気的に接続される。スイッチ７１０の端子ａとグラウンド２７０との間には、電流計２３０とバイアス源２５０の直列回路が設けられている。電流計２３０とバイアス源２５０との間の電位と同じ電位をスイッチ７２０の端子ａに与えるように、バッファ２４０が配置されている。スイッチ７３０の端子ａは、バイアス源２５０とグラウンド２７０との間に接続されている。スイッチ７１０の端子ｂとスイッチ７３０の端子ｂとの間には、信号源２１０とバイアス源２２０の直列回路が設けられている。スイッチ７２０の端子ｂは、スイッチ７１０の端子ｂと接続されている。スイッチ７４０の端子ａとグラウンド２７１との間には、電流計２３１とバイアス源２５１の直列回路が設けられている。電流計２３１とバイアス源２５１との間の電位と同じ電位をスイッチ７５０の端子ａに与えるように、バッファ２４１が配置されている。スイッチ７６０の端子ａは、バイアス源２５１とグラウンド２７１との間に接続されている。スイッチ７４０の端子ｂとスイッチ７６０の端子ｂとの間には、電流計２６０が設けられている。スイッチ７５０の端子ｂは、スイッチ７４０の端子ｂと接続されている。
【００２５】
同軸ケーブル９１０，９２０は、３線同軸ケーブル、すなわち、トライアキシャル・ケーブルである。同軸ケーブル９１０の一端、すなわち、スイッチ装置７００側において、中心導体９１１がスイッチ７１０の端子ｃに、内部導体９１２がスイッチ７２０の端子ｃに、外部導体９１３がスイッチ７３０の端子ｃに、それぞれ接続されている。同軸ケーブル９１０の他の一端、すなわち、被測定物１００側において、中心導体９１１が被測定物１００に接続され、内部導体９１２が開放されている。同軸ケーブル９２０の一端、すなわち、スイッチ装置７００側において、中心導体９２１がスイッチ７４０の端子ｃ、内部導体９２２がスイッチ７５０の端子ｃに、外部導体９２３がスイッチ７６０の端子ｃに、それぞれ接続されている。同軸ケーブル９１０の他の一端、すなわち、被測定物１００側において、中心導体９２１が被測定物１００に接続され、内部導体９２２が開放されている。同軸ケーブル９１０および９２０の他の一端において、外部導体９２３が外部導体９１３と接続されている。
【００２６】
以上に説明した構成において、被測定物１００の容量対電圧特性は、以下の手順で測定される。まず、各スイッチにおいて端子ｂを選択する。次に、交流信号源２１０が生成する交流信号を被測定物１００に印加し、その交流信号に起因して被測定物１００に流れる電流を電流計２６０で測定する。次に、電流計２６０により測定された電流測定値と、交流信号源２１０が発生する交流信号の周波数および電圧振幅値とに基づき、被測定物１００の容量値を算出する。また、上記の容量測定過程において、必要に応じて、異なるレベルの複数の直流電圧をバイアス源２２０で生成し、それらを個々に被測定物１００に印加する。そして、バイアス・レベル毎の容量値を測定する。
【００２７】
また、被測定物１００の電圧電流特性は、以下の手順で測定される。まず、各スイッチにおいて端子ａを選択する。次に、被測定物１００の端子間に電位差が生じるように、バイアス源２５０およびバイアス源２５１の各出力電圧を設定する。次に、それらの出力電圧の差に起因して、被測定物１００に流れる電流を電流計２３０で測定する。また、上記の電流測定過程において、必要に応じて、異なるレベルの複数の電位差が被測定物１００の端子間に生じるように、バイアス源２５０およびバイアス源２５１の各出力電圧を設定する。そして、電位差レベル毎に、被測定物１００に流れる電流を電流計２３０で測定する。
【００２８】
容量対電圧特性の測定では、例えば、スイッチ７１０の端子ｂとスイッチ７１０の端子ｂが同電位であるので、中心導体９１１と内部導体９１２との電位差は、実質的にゼロとなるか、無視しうるレベルとなる。従って、中心導体９１１と内部導体９１２との間に蓄積される電荷も、実質的にゼロであるか、無視しうる量となる。この結果、容量対電圧特性の測定後に、電圧電流特性の測定を実施する場合に、トライアキシャル・ケーブル９１０，９２０に蓄積された電荷の放出を待つ必要がない。また、当該電荷が電圧電流特性の測定結果に影響を及ぼす心配もない。
【００２９】
さて、上記の実施形態において、電流計２６０の両端電位差が実質的にゼロである場合には、スイッチ７４０〜７６０および同軸ケーブル９２０を、スイッチ３３０〜３４０および同軸ケーブル５２０およびスイッチ４００と置き換えても良い。この場合、スイッチ７４０〜７６０およびスイッチ４００に係る接続や動作は、前述のとおりである。例えば、置き換えられるスイッチ４００は、同軸ケーブルの外部導体間に接続される。
【００３０】
また、上記の実施形態において、スイッチ７２０の端子ｂがスイッチ７１０の端子ｂに、スイッチ７５０の端子ｂがスイッチ７４０の端子ｂに、それぞれ接続されている。この表現は、説明の便宜のためのものであり、本発明の技術的思想がこれに限定されるべきではない。重要なことは、スイッチ７１０の端子ｂの電位と同じ電位をスイッチ７２０の端子ｂに、スイッチ７４０の端子ｂの電位と同じ電位をスイッチ７５０の端子ｂに、与えることにある。従って、例えば、スイッチ７２０の端子ｂがスイッチ７１０の端子ｂにバッファを介して接続され、スイッチ７５０の端子ｂがスイッチ７４０の端子ｂにバッファを介して接続されるようにしても良い。この場合、アクティブガードとしての機能が追加され、それによる測定精度の改善が見込まれる。
【００３１】
さらに、上記の実施形態において、同軸ケーブル９１０，９２０は、スイッチ装置７００とは独立したものとして表現されている。この表現は、説明の便宜のためのものであり、本発明の技術的思想がこれに限定されるべきではない。重要なことは、スイッチ７１０〜７６０から被測定物１００までの区間が、できるだけトライアキシャル構造を有することにある。従って、その区間に該当する限り、例えば、スイッチ装置７００の内の信号伝送路も同軸構造を有することが望ましく、そのような態様も本発明の一態様である。
【００３２】
またさらに、上記の実施形態において、スイッチ７３０およびスイッチ７６０を１極１投スイッチに置き換えることもできる。言い換えれば、スイッチ７３０およびスイッチ７６０から、それぞれの端子ａを除外することもできる。その場合、外部導体９１３とバイアス源２２０とを選択的に接続するように、かつ、外部導体９２３と電流計２６０とを選択的に接続するように、１極１投スイッチが配置される。
【実施例１】
【００３３】
次に、より詳細な本発明の実施例について説明する。ここで、図３を参照する。図３は、本発明の実施例である半導体測定システム３０の構成を示す図である。半導体測定システム３０は、測定装置１０００と接続装置２０００とを備える。測定装置１０００は、ＳＭＵ１１００と、ＳＭＵ１２００と、ＣＭＵ１３００とを備える。ＳＭＵ１１００、ＳＭＵ１２００、およびＣＭＵ１３００は、測定装置１０００もしくは測定装置１０００に接続された制御装置により、制御される。
【００３４】
ＳＭＵ１１００，１２００は、それぞれ、直流の電圧源、電流源、電圧計、電流計を具備し、それらを任意に組み合わせて測定する装置である。また、ＳＭＵ１１００，１２００は、個々に測定することができるし、それらが協働して測定することもできる。ＳＭＵ１１００は、ケルビン接続のために、センス端子Ｓ１およびフォース端子Ｆ１を備える。また、ＳＭＵ１２００は、ケルビン接続のために、センス端子Ｓ２およびフォース端子Ｆ２を備える。端子Ｓ１，Ｆ１，Ｓ２，Ｆ２のそれぞれは、トライアキシャル構造（３線同軸構造）を有する。すなわち、端子Ｓ１，Ｆ１，Ｓ２，Ｆ２のそれぞれは、中心導体と、中心導体を囲む内部導体と、内部導体を囲む外部導体とを備える。端子Ｓ１，Ｆ１，Ｓ２，Ｆ２のそれぞれにおいて、中心導体には信号が伝達され、外側シールド導体は筐体グラウンドに接続され、中心導体と外側シールド導体との間にあるガード導体には中心導体の信号と同電位に保たれたガード信号が伝達される。
【００３５】
ＣＭＵ１３００は、容量、インダクタンスおよび抵抗などのインピーダンスを測定する装置である。ＣＭＵ１３００は、Ｈｉｇｈ側の電流を出力するための端子Ｈｃと、Ｈｉｇｈ側の電圧を測定するための端子Ｈｐと、Ｌｏｗ側の電圧を測定するための端子Ｌｐと、Ｌｏｗ側の電流を出力するための端子Ｌｃとを備える。端子Ｈｃ，Ｈｐ，Ｌｐ，Ｌｃは、それぞれコアキシャル構造（２線同軸構造）を有する。すなわち、端子Ｈｃ，Ｈｐ，Ｌｐ，Ｌｃのそれぞれは、中心導体と、中心導体を囲む外部導体とを備える。各端子において、中心導体には信号が伝達され、シールドである外部導体は筐体グラウンドからフローティングされている。ＣＭＵ１３００は、接続装置２０００を制御するためのコントローラ１３１０を備える。コントローラ１３１０の制御出力は、端子１３１１に供給される。なお、コントローラ１３１０は、測定装置１０００に備えられてもよい。
【００３６】
被測定物１１０は、例えば、集積回路製造プロセスの最適条件を判定するためにシリコンウエハー上に設けられるＴＥＧ（Test Element Group）領域に形成される半導体素子や、トランジスタやキャパシタなどの個別素子である。図において、被測定物１１０は、トライアキシャル・ケーブル５０００および５０１０により、被測定物１１０が備える端子のうちの２つの端子が接続装置２０００と接続されている。なお、必要に応じて、被測定物１１０と接続装置２０００との間には、プローブ装置や、スイッチング・マトリックスが配置される。
【００３７】
トライアキシャル・ケーブル５０００および５０１０は、被測定物１１０側の端部において、それぞれの中心導体が被測定物１１０に接続され、それぞれの外部導体が電気的に接続され、それぞれの内部導体が開放されている。
【００３８】
接続装置２０００は、端子Ｓ１を接続するための端子２１００、端子Ｆ１を接続するための端子２１１０、端子Ｓ２を接続するための端子２２００、および、端子Ｆ２を接続するための端子２２１０を備える。また、接続装置２０００は、端子Ｈｃを接続するための端子２３００、端子Ｈｐを接続するための端子２３１０、端子Ｌｐを接続するための端子２３２０、端子Ｌｃを接続するための端子２３３０を備える。さらに、接続装置２０００は、被測定物１１０を接続するための端子２５００，２５１０を備える。端子２１００，２１１０，２２００，２２１０，２５００，２５１０は、それぞれ、トライアキシャル構造を有する。また、端子２３００，２３１０，２３２０，２３３０は、それぞれ、コアキシャル構造を有する。さらに、対応する端子同士は、接続３０００により接続されている。なお、接続３０００は、直接的接続でも良いし、ケーブルなどを介した接続、すなわち、間接的接続でも良い。
【００３９】
ここで、図４を参照する。図４は、接続装置２０００の内部構造を示す図である。図４において、接続装置２０００は、切替装置であるスイッチ群Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を備える。各スイッチ群において、個々のスイッチは、１極１投スイッチである。また、各スイッチ群において、個々のスイッチは、それぞれに付されたａ〜ｃの参照記号により区別される。例えば、スイッチ群Ｔ１の上側のスイッチは、Ｔ１ａとして認識される。また、例えば、スイッチ群Ｔ４の中央のスイッチは、Ｔ４ｂとして認識される。
【００４０】
端子２１００および端子２１１０の中心導体は、スイッチＴ１ｂを介して、端子２５００の中心導体に選択的に接続される。端子２１１０の内部導体は、スイッチＴ１ａを介して、端子２５００の内部導体に選択的に接続される。端子２１００および端子２１１０の外部導体は、筐体グラウンドに接続されている。
【００４１】
端子２２００および端子２２１０の中心導体は、スイッチＴ２ｂを介して、端子２５１０の中心導体に選択的に接続される。端子２２１０の内部導体は、スイッチＴ２ａを介して、端子２５１０の内部導体に選択的に接続される。端子２２００および端子２２１０の外部導体は、筐体グラウンドに接続されている。
【００４２】
端子２３００および端子２３１０の中心導体は、スイッチＴ３ｂおよびスイッチＴ３ｃを介して、端子２５００の中心導体および内部導体に選択的に接続される。端子２３００および端子２３１０の外部導体は、スイッチＴ３ａを介して、端子２５００の外部導体に選択的に接続される。端子２３３０および端子２３４０の中心導体は、スイッチＴ４ｂおよびスイッチＴ４ｃを介して、端子２５１０の中心導体および内部導体に選択的に接続される。端子２３３０および端子２３４０の外部導体は、スイッチＴ４ａを介して、端子２５１０の外部導体に選択的に接続される。なお、端子２３００，２３１０，２３２０，２３４０の外部導体は、それ自身、筐体グラウンドからフローティングされている。
【００４３】
端子２５００および端子２５１０の外部導体は、筐体グラウンドに接続されている。
【００４４】
なお、特に図では示していないが、スイッチ群Ｔ１およびＴ３と端子２５００との間の信号伝送路、および、スイッチ群Ｔ２およびＴ４と端子２５１０との間の信号伝送路は、設計が許す限り、トライアキシャル構造を有する。それらトライアキシャル構造を有する信号伝送路は、エッチング処理によりプリント基板に形成された信号線パターンや、同軸ケーブルなどで構成される。
【００４５】
スイッチ群Ｔ１は、端子２１００および端子２１１０を、端子２５００に選択的に接続する。スイッチ群Ｔ２は、端子２２００および端子２２１０を、端子２５１０に選択的に接続する。スイッチ群Ｔ３は、端子２３００および端子２３１０を、端子２５００に選択的に接続する。スイッチ群Ｔ４は、端子２３３０および端子２３４０を、端子２５１０に選択的に接続する。スイッチ群Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、コントローラ２２００の制御により、次の２状態のいずれかになる。あるときは、スイッチ群Ｔ１およびスイッチ群Ｔ２の各スイッチはオンであり、スイッチ群Ｔ３およびスイッチ群Ｔ４の各スイッチはオフである。また、あるときは、スイッチ群Ｔ１およびスイッチ群Ｔ２の各スイッチはオフであり、スイッチ群Ｔ３およびスイッチ群Ｔ４の各スイッチはオンである。コントローラ２２００自身は、端子２４００を介して受信する制御情報に応じて動作する。
【００４６】
以上に説明した半導体測定システム３０において、被測定物１１０の容量対電圧特性を測定する場合、スイッチ群Ｔ１およびＴ２をオンにし、スイッチ群Ｔ３およびＴ４をオフにする。その後の測定手順は、上記の実施態様で説明したとおりである。また、被測定物１１０の電圧電流特性を測定する場合、スイッチ群Ｔ１およびＴ２をオフにし、スイッチ群Ｔ３およびＴ４をオンにする。その後の測定手順は、上記の実施態様で説明したとおりである。
【００４７】
容量対電圧特性の測定では、被測定物１１０に接続されているトライアキシャル構造の信号伝送路において、中心導体および内部導体の電位が同一となる。従って、上記の実施態様で説明したとおり、容量対電圧特性の測定後に、電圧電流特性の測定を実施する場合に、切替装置である各スイッチ群と被測定物１１０との間の信号伝送路に蓄積された電荷の放出を待つ必要がない。また、当該電荷が電圧電流特性の測定結果に影響を及ぼす心配もない。
【００４８】
上記の実施例において、切替装置である各スイッチ群と被測定物１１０との間の信号伝送路において、ＳＭＵが使用する線路の特性インピーダンスとＣＭＵが使用する線路の特性インピーダンスは、共通の値であっても良いし、異なる値であっても良い。例えば、ＳＭＵが使用する線路の特性インピーダンスは、容量地が小さいほど良く、その結果、特性インピーダンスは大きいほど良い。従って、例えば、各スイッチ群と被測定物１１０との間のトライアキシャル信号伝送路において、中心導体と内部導体とで構成される線路の特性インピーダンスを１キロオームとし、内部導体と外部導体とで構成される線路の特性インピーダンスを５０オームとすると、測定精度上、好都合である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】従来技術による測定システム１０の概略構成を示す図である。
【図２】本発明による測定システム２０の概略構成を示す図である。
【図３】本発明による半導体測定システム３０の構成を示す図である。
【図４】半導体測定システム３０の接続装置２０００の内部構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０，２０ 測定システム
３０ 半導体測定システム
１００，１１０ 被測定物
２００ 測定装置
２１０，２１０ 交流信号源
２２０，２５０，２５１ ， 直流電圧バイアス源
２３０，２３１ 直流電流計
２６０ 交流電流計
２４０，２４１ バッファ
２７０，２７１ グラウンド
３００，７００ スイッチ装置
３１０，３２０，３３０，３４０，４００ スイッチ
５１０，５２０ 同軸ケーブル
５１１，５２１ 中心導体
５１２，５２２ 外部導体
７１０，７２０，７３０，７４０，７５０，７６０ スイッチ
９１０，９２０ トライアキシャル・ケーブル
９１１，９２１ 中心導体
９１２，９２２ 内部導体
９１３，９２３ 外部導体
１０００ 測定装置
１３１０，２２００ コントローラ
１３１１ 端子
２０００ 接続装置
２１００，２１１０，２２００，２２１０ 端子
２３００，２３１０，２３２０，２３３０ 端子
２４００，２５００，２５１０ 端子
３０００ 接続
５０００，５０１０ トライアキシャル・ケーブル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の導体と前記第一の導体を囲む第二の導体と前記第二の導体を囲む第三の導体とを具備する同軸線路の前記第一の導体に接続された被測定物の複数種類の電気的特性を、切替装置に接続された第一の測定装置および第二の測定装置を切り替えることにより、測定する方法であって、
前記切替装置により前記第一の測定装置が前記被測定物に電気的に接続されている場合に、前記被測定物の第一の電気的特性を測定するための電圧を前記第一の測定装置により前記第一の導体に与えるとともに、前記第一の導体の電位と同じ電位を前記第二の導体に与える第一のステップと、
前記切替装置により、前記第一の測定装置を前記被測定物から切り離し、前記第二の測定装置を前記被測定物に電気的に接続する第二のステップと、
前記被測定物の第二の電気的特性を前記第二の測定装置により測定する第三のステップと、
を含むことを特徴とする測定方法。
【請求項２】
前記第三のステップが、前記第一の導体に対するガードとして前記第二の導体を用いて測定することを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
【請求項３】
前記第一のステップが、バッファにより前記第二の導体に電位を与えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測定方法。
【請求項４】
第一の測定装置が電気容量測定装置であり、第二の測定装置が電圧電流特性測定装置であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記被測定物が、半導体素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
第一の導体と前記第一の導体を囲む第二の導体と前記第二の導体を囲む第三の導体とを具備する同軸線路の前記第一の導体に接続された被測定物の複数種類の電気的特性を測定するために、第一の測定装置および第二の測定装置のうち選択した一方を前記同軸線路に電気的に接続するスイッチ装置であって、
前記第一の測定装置が選択されている場合に、前記第一の測定装置が発生する、前記第一の電気的特性を測定するための電圧を前記第一の導体に与えるように、且つ、前記第一の導体の電位と同じ電位を前記第二の導体に与えるように、前記第一の測定装置を前記同軸線路に電気的に接続し、
前記第二の測定装置が選択されている場合に、前記第二の測定装置を少なくとも前記第一の導体および前記第二の導体に電気的に接続する、
ことを特徴とするスイッチ装置。
【請求項７】
前記第二の測定装置が選択されている場合に、前記第二の測定装置が前記第二の導体を前記第一の導体に対するガードとして用いることができるように、前記第二の測定装置を前記同軸線路に電気的に接続することを特徴とする請求項６に記載のスイッチ装置。
【請求項８】
前記第一の測定装置が選択されている場合に、前記第二の導体に与えられる電位が、バッファを介して与えられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスイッチ装置。
【請求項９】
第一の測定装置が電気容量測定装置であり、第二の測定装置が電圧電流特性測定装置であることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれかに記載のスイッチ装置。
【請求項１０】
前記被測定物が、半導体素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のスイッチ装置。
【請求項１１】
請求項６乃至請求項１０のいずれかに記載のスイッチ装置と、前記第一の測定装置および前記第二の測定装置とを備える測定システム。
【請求項１】
第一の導体と前記第一の導体を囲む第二の導体と前記第二の導体を囲む第三の導体とを具備する同軸線路の前記第一の導体に接続された被測定物の複数種類の電気的特性を、切替装置に接続された第一の測定装置および第二の測定装置を切り替えることにより、測定する方法であって、
前記切替装置により前記第一の測定装置が前記被測定物に電気的に接続されている場合に、前記被測定物の第一の電気的特性を測定するための電圧を前記第一の測定装置により前記第一の導体に与えるとともに、前記第一の導体の電位と同じ電位を前記第二の導体に与える第一のステップと、
前記切替装置により、前記第一の測定装置を前記被測定物から切り離し、前記第二の測定装置を前記被測定物に電気的に接続する第二のステップと、
前記被測定物の第二の電気的特性を前記第二の測定装置により測定する第三のステップと、
を含むことを特徴とする測定方法。
【請求項２】
前記第三のステップが、前記第一の導体に対するガードとして前記第二の導体を用いて測定することを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
【請求項３】
前記第一のステップが、バッファにより前記第二の導体に電位を与えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測定方法。
【請求項４】
第一の測定装置が電気容量測定装置であり、第二の測定装置が電圧電流特性測定装置であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記被測定物が、半導体素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
第一の導体と前記第一の導体を囲む第二の導体と前記第二の導体を囲む第三の導体とを具備する同軸線路の前記第一の導体に接続された被測定物の複数種類の電気的特性を測定するために、第一の測定装置および第二の測定装置のうち選択した一方を前記同軸線路に電気的に接続するスイッチ装置であって、
前記第一の測定装置が選択されている場合に、前記第一の測定装置が発生する、前記第一の電気的特性を測定するための電圧を前記第一の導体に与えるように、且つ、前記第一の導体の電位と同じ電位を前記第二の導体に与えるように、前記第一の測定装置を前記同軸線路に電気的に接続し、
前記第二の測定装置が選択されている場合に、前記第二の測定装置を少なくとも前記第一の導体および前記第二の導体に電気的に接続する、
ことを特徴とするスイッチ装置。
【請求項７】
前記第二の測定装置が選択されている場合に、前記第二の測定装置が前記第二の導体を前記第一の導体に対するガードとして用いることができるように、前記第二の測定装置を前記同軸線路に電気的に接続することを特徴とする請求項６に記載のスイッチ装置。
【請求項８】
前記第一の測定装置が選択されている場合に、前記第二の導体に与えられる電位が、バッファを介して与えられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスイッチ装置。
【請求項９】
第一の測定装置が電気容量測定装置であり、第二の測定装置が電圧電流特性測定装置であることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれかに記載のスイッチ装置。
【請求項１０】
前記被測定物が、半導体素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のスイッチ装置。
【請求項１１】
請求項６乃至請求項１０のいずれかに記載のスイッチ装置と、前記第一の測定装置および前記第二の測定装置とを備える測定システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−１０７２１６（Ｐ２００８−１０７２１６Ａ）
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２９０８０３（Ｐ２００６−２９０８０３）
【出願日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【出願人】（３９９１１７１２１）アジレント・テクノロジーズ・インク (710)
【氏名又は名称原語表記】ＡＧＩＬＥＮＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【出願人】（３９９１１７１２１）アジレント・テクノロジーズ・インク (710)
【氏名又は名称原語表記】ＡＧＩＬＥＮＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
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