(57)【要約】【課題】  定電圧または定電流を出力する出力アンプの出力を第１のスイッチを介して測定対象物に印加し、また第２のスイッチを介して測定対象物の電圧を前記出力アンプに帰還すると共に、出力アンプの出力端子と第２のスイッチとの間に第１の抵抗を配置したＤＣモジュールでは、測定確度を確保するために第１の抵抗に高抵抗を用いるので、浮遊容量を充電するために時間がかかり、無印加モードから電流印加モードに切り替える際に時間がかかってしまうという課題を解決する。【解決手段】  第１の抵抗に並列に第３のスイッチを接続し、切り替えの際にこの第３のスイッチをオンにして第１の抵抗を短絡するようにした。浮遊容量を急速に充電することができるので、切り替え時間を短縮することができる。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定値が入力される出力アンプと、
前記出力アンプの出力電流を測定する電流測定部と、
測定対象物が接続され、前記出力アンプの出力が入力される出力端子と、
前記出力アンプと前記出力端子の間の経路に配置される第１のスイッチと、
前記出力端子の電圧が入力されるバッファアンプと、
前記出力端子と、前記バッファアンプの入力端子との間の経路に配置される第２のスイッチと、
前記第１のスイッチと前記バッファアンプの入力端子との間に配置される第１の抵抗と、
前記第１の抵抗に並列に接続される第３のスイッチと、
前記電流測定部または前記バッファアンプの出力を選択して前記出力アンプに帰還する第１の選択スイッチと、
を具備したことを特徴とするＤＣモジュール。
【請求項２】
前記出力端子と前記第２のスイッチの間に配置される第２の抵抗を具備したことを特徴とする請求項１記載のＤＣモジュール。
【請求項３】
前記電流測定部の出力および前記バッファアンプの出力が入力され、これらの１つを選択して出力する第２の選択スイッチと、
前記第２の選択スイッチによって選択された信号が入力される測定端子と、
を具備したことを特徴とする請求項１若しくは請求項２記載のＤＣモジュール。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３いずれかに記載のＤＣモジュールを具備し、このＤＣモジュールから被試験半導体に所定の電圧または電流を選択して印加することにより、前記被試験半導体を試験する半導体試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物にＤＣ電圧、電流を供給するＤＣモジュールにおいて、測定対象物に過電圧、過電流を印加することがなく、かつ無印加モードから電流印加モードへの切り替え時間を短縮することができるＤＣモジュールおよびそれを用いた半導体試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体試験装置は、ＤＣモジュールを用いて被試験半導体に所定の電圧、電流を印加し、この被試験半導体を試験する装置である。このようなＤＣモジュールは、被試験半導体に過電圧、過電流を印加しないこと、印加する電圧、電流のセトリング特定が良いことが要求される。
【０００３】
図５にこのようなＤＣモジュールの構成を示す。図５において、ＤＣモジュール１０は出力アンプ１１、差動アンプ１２、バッファアンプ１３、選択スイッチ１４、スイッチ１５、１６、抵抗Ｒ１〜Ｒ３で構成される。測定確度を向上させるため、抵抗Ｒ２は比較的抵抗値が高い抵抗が選択される。
【０００４】
１７はこのＤＣモジュールの出力端子であり、測定対象物（被試験半導体）２０が接続される。なお、ＲＬはＤＣモジュール１０内部および測定対象物２０に至る配線の抵抗、Ｃｓはスイッチ１５のオフ容量および配線の浮遊容量、Ｒ４は測定対象物２０に印加される電源Ｖｄｕｔと出力端子１７間の抵抗を表している。
【０００５】
測定対象物２０に定電圧を印加する電圧印加モードのときは、スイッチ１５と１６をオンにして、選択スイッチ１４をバッファアンプ１３側にし、測定対象物２０に印加する電圧設定値を出力アンプ１１の非反転入力端子に入力する。
【０００６】
出力アンプ１１の出力は抵抗Ｒ１、スイッチ１５を介して測定対象物２０に印加される。また、測定対象物２０に印加された電圧は抵抗Ｒ３、スイッチ１６、バッファアンプ１３、選択スイッチ１４を介して出力アンプ１１の反転入力端子に帰還されるので、抵抗Ｒ１、配線抵抗ＲＬに拘わらず、測定対象物２０には電圧設定値の電圧が印加される。
【０００７】
測定対象物２０に定電流を印加する電流印加モードのときは、スイッチ１５をオンにして、選択スイッチ１４を差動アンプ１２側にし、電流設定値を出力アンプ１１の非反転入力端子に入力する。
【０００８】
出力アンプ１１の出力電流は抵抗Ｒ１、スイッチ１５を介して測定対象物２０に印加される。抵抗Ｒ１の両端電圧は差動アンプ１２に入力され、この差動アンプ１２の出力は選択スイッチ１４を介して出力アンプ１１の反転入力端子に帰還されるので、測定対象物２０には電流設定値で規定される電流が印加される。
【０００９】
測定対象物２０に過電圧、過電流を印加しないようにするために、選択スイッチ１４、スイッチ１５、１６の操作手順が決められている。図６に、測定対象物２０に電圧および電流を印加しない無印加モードから、電流印加モードに切り替える手順を示す。なお、無印加モードではスイッチ１５と１６の両方がオフになっている。
【００１０】
工程（Ｐ６−１）で、選択スイッチ１４をバッファアンプ１３側にして電圧印加モードにする。スイッチ１５、１６がオフの状態で電流印加モードにすると、出力アンプ１１が飽和する恐れがあるためである。
【００１１】
次に、工程（Ｐ６−２）でスイッチ１６をオンにする。出力アンプ１１の出力は抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を介して測定対象物２０に印加されるが、抵抗Ｒ２の抵抗値が高いので流れる電流値はわずかであり、測定対象物２０が破壊されることはない。
【００１２】
次に、工程（Ｐ６−３）で出力アンプ１１の非反転入力端子に印加する電流設定値を０にして、選択スイッチ１４を差動アンプ１２側に設定して電流印加モードにする。
【００１３】
電源Ｖｄｕｔから流入する電流をＩｚｒ、抵抗Ｒ１とスイッチ１５の接続点の電圧Ｖ１、出力端子１７の電圧をＶ２とすると、これらの電圧は下記（１）、（２）式になる。なお、抵抗Ｒ２〜Ｒ４の抵抗値、電源Ｖｄｕｔの電圧を同じ符号で表している。
Ｖ１＝Ｖｄｕｔ−Ｉｚｒ×（Ｒ４＋Ｒ３＋Ｒ２）  ・・・・・  （１）
Ｖ２＝Ｖｄｕｔ−Ｉｚｒ×Ｒ４  ・・・・・・・・・・・・・  （２）
工程（Ｐ６−３）の初期では電圧Ｖ１とＶ２は異なっているが、容量ＣｓはＩｚｒで充電されるので、十分時間が経過すると電圧Ｖ１、Ｖ２は共にＶｄｕｔにほぼ等しくなる。
【００１４】
Ｖ１がＶ２にほぼ等しくなると、工程（Ｐ６−４）でスイッチ１５をオンにして、測定対象物２０に電流を印加する経路を確立する。工程（Ｐ６−３）で電圧Ｖ１、Ｖ２はほぼＶｄｕｔに等しくなっているので、スイッチ１５をオンにしたときのノイズが低減される。
【００１５】
最後に、工程（Ｐ６−５）で電流設定値を設定する。出力アンプ１１の出力電流は抵抗Ｒ１、スイッチ１５の経路で測定対象物２０に印加される。抵抗Ｒ１、ＲＬの抵抗値は小さいので、正確な電流を測定対象物２０に印加できる。
【特許文献１】特開２００７−３１５８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、このようなＤＣモジュールは測定対象物２０に過電圧、過電流を印加することはないが、無印加モードから電流印加モードへの切り替えに時間がかかるという課題があった。図７を用いてこのことを説明する。
【００１７】
図７（Ａ）は電圧Ｖ１の変化を表した図であり、横軸は時間、縦軸は電圧、３０は電圧Ｖ１のグラフである。時刻ｔ１で工程（Ｐ６−３）が開始される。この段階では電圧Ｖ１とＶ２は異なっているが、スイッチ１６がオンになっているので、抵抗Ｒ４、Ｒ３、Ｒ２を介して容量Ｃｓが充電されて電圧Ｖ１は徐々にＶ２に近づいていく。Ｖ１が十分Ｖ２に一致した時刻ｔ２で工程（Ｐ６−４）に移行してスイッチ１５をオンにすると、ノイズが発生することはない。
【００１８】
図７（Ｂ）は工程（Ｐ６−３）の時間を短くしたときの、電圧Ｖ１とＶ２の変化を表したグラフであり、３０、３１はそれぞれ電圧Ｖ１、Ｖ２のグラフである。時刻ｔ３で工程（Ｐ６−４）に移行して、スイッチ１５をオンにする。時刻ｔ３ではＶ２＞Ｖ１なので、容量Ｃｓを充電するために抵抗Ｒ４、ＲＬの経路で大きな電流が流れる。このため、抵抗Ｒ４の電圧降下で電圧Ｖ２がΔＶだけ低下し、このΔＶのノイズのために測定対象物２０が破壊する可能性がある。
【００１９】
このため、工程（Ｐ６−３）の時間を十分とらなければならず、無印加モードから電流印加モードへの切り替えに時間がかかるという課題があった。
【００２０】
抵抗Ｒ２の抵抗値を小さくすると容量Ｃｓの充電電流が大きくなり、電圧Ｖ１がＶ２に一致するまでの時間を短縮できるが、抵抗Ｒ２の抵抗値を小さくすると測定確度が低下するので、むやみに小さな抵抗値にすることはできない。
【００２１】
従って本発明の目的は、測定対象物に過電圧、過電流を与えることがなく、無印加モードから電流印加モードへの切り替え時間を短縮することができるＤＣモジュール、及びそれを用いた半導体試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
このような課題を解決するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
設定値が入力される出力アンプと、
前記出力アンプの出力電流を測定する電流測定部と、
測定対象物が接続され、前記出力アンプの出力が入力される出力端子と、
前記出力アンプと前記出力端子の間の経路に配置される第１のスイッチと、
前記出力端子の電圧が入力されるバッファアンプと、
前記出力端子と、前記バッファアンプの入力端子との間の経路に配置される第２のスイッチと、
前記第１のスイッチと前記バッファアンプの入力端子との間に配置される第１の抵抗と、
前記第１の抵抗に並列に接続される第３のスイッチと、
前記電流測定部または前記バッファアンプの出力を選択して前記出力アンプに帰還する第１の選択スイッチと、
を具備したものである。無印加モードから電流印加モードへの切り替え時間を短縮できる。
【００２３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記出力端子と前記第２のスイッチの間に配置される第２の抵抗を具備したものである。測定対象物を保護できる。
【００２４】
請求項３記載の発明は、請求項１若しくは請求項２記載の発明において、
前記電流測定部の出力および前記バッファアンプの出力が入力され、これらの１つを選択して出力する第２の選択スイッチと、
前記第２の選択スイッチによって選択された信号が入力される測定端子と、
を具備したものである。測定対象物に印加する電圧、電流をモニタできる。
【００２５】
請求項４記載の発明は、
請求項１乃至請求項３いずれかに記載のＤＣモジュールを具備し、このＤＣモジュールから被試験半導体に所定の電圧または電流を選択して印加することにより、前記被試験半導体を試験するようにしたものである。被試験半導体に過電圧、過電流を印加することなく、試験時間を短縮できる。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２、３および４の発明によれば、定電圧出力と定電流出力を切り替えることができる出力アンプの出力を第１のスイッチを介して出力端子に出力し、この出力端子の電圧を第２のスイッチおよびバッファアンプを介して前記出力アンプに帰還すると共に、前記出力アンプの出力端子と前記バッファアンプの入力端子の間に第１の抵抗を配置するＤＣモジュールにおいて、この第１の抵抗に並列に第３のスイッチを配置した。
【００２７】
第３のスイッチをオンにすることにより、無印加モードから電流印加モードに切り替える際にスイッチのオフ容量や配線容量を急速に充電することができるので、切り替えの際の待ち時間を短縮することができる。そのため、測定対象物に過電圧、過電流を与えず、かつセトリング特性を悪化させることなく、切り替え時間を短縮できるという効果がある。
【００２８】
また、切り替え時間を短くすることができるので、このＤＣモジュールを半導体試験装置に用いると、試験時間を短縮することができるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係るＤＣモジュールの一実施例を示す構成図である。なお、図５と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。      
【００３０】
図１において、４０はＤＣモジュールであり、出力アンプ１１、差動アンプ１２、バッファアンプ１３、選択スイッチ１４、スイッチ１５、１６、４１、抵抗Ｒ１〜Ｒ３で構成される。
【００３１】
抵抗Ｒ１と差動アンプ１２で電流測定部を構成している。また、選択スイッチ１４は第１の選択スイッチに、スイッチ１５、１６、４１はそれぞれ第１〜第３のスイッチに相当し、抵抗Ｒ２、Ｒ３はそれぞれ第１、第２の抵抗に相当する。
【００３２】
スイッチ４１は抵抗Ｒ２に並列に接続される。この実施例は、図５従来例にスイッチ４１を追加したものである。
【００３３】
次に、図２フローチャートに基づいて、この実施例の動作を説明する。このフローチャートは電圧および電流を測定対象物２０に印加しない無印加モードから、電流印加モードに切り替える手順を示したものである。なお、無印加モードではスイッチ１５、１６、４１はいずれもオフになっている。
【００３４】
図２において、工程（Ｐ２−１）で、出力アンプ１１が飽和しないように選択スイッチ１４をバッファアンプ１３側に設定して電圧印加モードにする。そして、工程（Ｐ２−２）でスイッチ１６をオンにして、高抵抗Ｒ２を介して出力アンプ１１と測定対象物２０を接続する。高抵抗Ｒ２を介して接続するので小さい電流しか流れない。そのため、測定対象物２０を破壊することはない。
【００３５】
次に、工程（Ｐ２−３）で選択スイッチ１４を差動アンプ側に設定して電流印加モードにし、スイッチ４１をオンにする。このとき、出力アンプ１１の非反転入力端子に印加する電流設定値は０にしておく。スイッチ４１がオンになるので、抵抗Ｒ２は短絡される。
【００３６】
抵抗Ｒ１とスイッチ１５の接続点の電圧Ｖ１、出力端子１７の電圧Ｖ２は、電源Ｖｄｕｔから流入する電流をＩｚｒとすると下記（３）、（４）式になる。
Ｖ１＝Ｖｄｕｔ−Ｉｚｒ×（Ｒ３＋Ｒ４）  ・・・・・・  （３）
Ｖ２＝Ｖｄｕｔ−Ｉｚｒ×Ｒ４  ・・・・・・・・・・・  （４）
抵抗Ｒ２はスイッチ４１で短絡されるので、抵抗Ｒ２の抵抗値は（３）式には表れない。
【００３７】
容量Ｃｓは抵抗Ｒ４、Ｒ３、スイッチ１６、４１を流れる電流によって充電されるので、電圧Ｖ１とＶ２の差は小さくなっていく。抵抗値が大きい抵抗Ｒ２はスイッチ４１によって短絡されるので、図５従来例よりも大きな充電電流が流れ、電圧Ｖ１は短時間で電圧Ｖ２に一致する。
【００３８】
Ｖ１とＶ２がほぼ等しくなると、工程（Ｐ２−４）でスイッチ４１をオフにし、スイッチ１５をオンにして出力アンプ１１から測定対象物２０に至る電流経路を確立する。そして、工程（Ｐ２−５）で電流設定値を出力アンプ１１の非反転入力端子に印加する。
【００３９】
図３に本発明の効果を示す。なお、図７と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図３は工程（Ｐ２−３）における電圧Ｖ１の変化を表した図であり、横軸は時間、縦軸は電圧である。
【００４０】
実線５０は電圧Ｖ１の変化を表したグラフである。時刻ｔ５で工程（Ｐ２−３）が開始され、スイッチ４１がオンになる。抵抗Ｒ２はスイッチ４１で短絡されるので、容量Ｃｓは抵抗Ｒ４、Ｒ３を介して電源Ｖｄｕｔで充電される。
【００４１】
このため、電圧Ｖ１は時刻ｔ６でＶ２にほぼ等しくなる。（Ｖ２−Ｖ１）が初期の１／１０００になる時間Ｔ１は下記（５）式になる。なお、容量Ｃｓの容量値、抵抗Ｒ３、Ｒ４の抵抗値を同じ符号で表している。
Ｔ１＝７×Ｃｓ×（Ｒ４＋Ｒ３）  ・・・・・・・・  （５）
【００４２】
なお、一点鎖線３０は、図５のＤＣモジュールにおける電圧Ｖ１の変化を表したグラフであり、時刻ｔ７でＶ１がＶ２にほぼ等しくなる。（Ｖ２−Ｖ１）が初期の１／１０００になる時間Ｔ２は下記（６）式で表される。なお、Ｒ２は抵抗Ｒ２の抵抗値である。
Ｔ２＝７×Ｃｓ×（Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）  ・・・・・  （６）
【００４３】
測定確度を高くするために、抵抗Ｒ２の抵抗値は抵抗Ｒ３、Ｒ４のそれに比べるとかなり大きな値が選ばれる。従って、Ｔ１＜＜Ｔ２になり、電流印加モードへの切り替え時間を大幅に短縮することができる。
【００４４】
なお、抵抗Ｒ３は保護のための抵抗であり、動作上はなくてもよい。
【００４５】
測定対象物２０に電圧を印加する前に、無印加モードで測定対象物２０に印加する電圧（Ｖ１）を確認する必要がある場合がある。図１実施例は電圧Ｖ１が安定するまでの時間を短縮できるので、このような場合にも有効である。
【００４６】
電圧Ｖ１を確認するために、スイッチ１６をオンにし、続いてスイッチ４１をオンにする。電圧Ｖ１が安定するとこの電圧を測定し、リーク電流を低減するためにスイッチ４１をオフにすればよい。この場合も待ち時間を短縮できる。
【００４７】
図４に、測定対象物２０に印加する電圧、電流をモニタすることができるＤＣモジュールの構成を示す。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【００４８】
図４において、６０はＤＣモジュールであり、出力アンプ１１、差動アンプ１２、バッファアンプ１３、選択スイッチ１４および６１、抵抗Ｒ１〜Ｒ３、スイッチ１５、１６、４１、出力端子１７、測定端子６２で構成される。この実施例は図１実施例に選択スイッチ６１と測定端子６２を追加したものである。選択スイッチ６１は第２の選択スイッチに相当する。
【００４９】
選択スイッチ６１をバッファアンプ１３側にすると、測定端子で出力端子１７の電圧をモニタできる。また、選択スイッチ６１を差動アンプ１２側にすると、測定対象物２０に印加する電流値をモニタすることができる。
【００５０】
電圧印加モードのときに選択スイッチ６１をバッファアンプ１３側にし、電流印加モードのときに選択スイッチ６１を差動アンプ１２側にすることにより、測定端子６２で測定対象物２０に印加する電圧、電流をモニタすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の動作を説明するための特性図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図５】従来のＤＣモジュールの構成図である。
【図６】従来のＤＣモジュールの動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】従来のＤＣモジュールの動作を説明するための特性図である。
【符号の説明】
【００５２】
１１  出力アンプ
１２  差動アンプ
１３  バッファアンプ
１４、６１  選択スイッチ
１５、１６、４１  スイッチ
１７  出力端子
２０  測定対象物
４０、６０  ＤＣモジュール
６２  測定端子
Ｒ１〜Ｒ４  抵抗
【図１】
2010122149.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2010122149.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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