(57)【要約】【課題】容量性負荷に対しても高速に高精度の電圧または電流を供給できる直流試験装置とそれを用いた半導体検査装置を実現すること。【解決手段】容量性負荷特性を有する測定対象に対する直流試験を行う直流試験装置において、前記測定対象の容量性負荷と並列に接続された抵抗とコンデンサの直列回路よりなる位相補償回路と、この位相補償回路に対する充放電電流のみを検出する電流検出回路を備え、この電流検出回路は電圧レベルを演算することにより、前記測定対象に流れる電流のみを検出することを特徴とするもの。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量性負荷特性を有する測定対象に対する直流試験を行う直流試験装置において、
前記測定対象の容量性負荷と並列に接続された抵抗とコンデンサの直列回路よりなる位相補償回路と、
この位相補償回路に対する充放電電流のみを検出する電流検出回路を備え、
この電流検出回路は電圧レベルを演算することにより、前記測定対象に流れる電流のみを検出することを特徴とする直流試験装置。
【請求項２】
前記直流試験装置は、電圧発生電流測定回路として動作することを特徴とする請求項１記載の直流試験装置。
【請求項３】
前記直流試験装置は、電流発生電圧測定回路として動作することを特徴とする請求項１記載の直流試験装置。
【請求項４】
測定対象半導体の直流試験を行う半導体検査装置において、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の直流試験装置が設けられていることを特徴とする半導体検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流試験装置とそれを用いた半導体検査装置に関し、詳しくは、静電容量性の負荷に対して高速に高精度の電圧または電流を供給して電流または電圧を測定する直流試験装置とそれを用いた半導体検査装置に関するものである。
【０００２】
たとえば半導体検査装置では、測定対象半導体（以下、ＤＵＴという）の直流試験にあたり、ＤＵＴに所定の電圧を供給してＤＵＴに流れる電流を検出したり、ＤＵＴに所定の電流を供給してＤＵＴに発生する電圧を測定することが行われている。
【０００３】
図４は、半導体検査装置で用いられている従来の直流試験装置の一例を示すブロック図である。直流試験装置１００は、ＤＵＴ２００の測定項目に応じて、電圧発生電流測定回路として動作したり、電流発生電圧測定回路として動作する。
【０００４】
電圧発生電流測定回路として動作する場合には、Ｄ／Ａ変換器Ｖset−ＤＡＣで構成される電圧発生回路１０１は誤差検出回路１０２に入力される出力電圧がＶoutになるように設定される。
【０００５】
誤差検出回路１０２の出力電圧は、出力アンプ１０３および電流検出回路１０４を介してＤＵＴ２００の測定端子に供給される。ＤＵＴ２００の測定端子の電圧は、電圧バッファ１０５を介して誤差検出回路１０２に帰還される。そして、誤差検出回路１０２は、電圧バッファ１０５を介して誤差検出回路１０２に帰還されるＤＵＴ２００の測定端子の電圧が最終的に所望の電圧Ｖoutを維持するように動作する。
【０００６】
電流検出回路１０４は、電流Ｉｓを電圧Ｖｆに変換するための既知の抵抗値Ｒｓを有する抵抗１０４ａと抵抗１０４ａの両端間の電圧Ｖｆを増幅するゲインαを有するアンプ１０４ｂで構成されたものであり、アンプ１０４ｂの出力電圧は電流制御検出回路１０６の一方の入力端子に入力されている。電流制御検出回路１０６の他方の入力端子には、Ｄ／Ａ変換器Ｉset−ＤＡＣで構成される電流発生回路１０７から出力される電流制限レベルが入力されている。
【０００７】
電流制御検出回路１０６は、電流検出回路１０４から変換出力される電圧Ｖｆと電流発生回路１０７から出力される電流制限レベルを比較し、その比較結果を誤差検出回路１０２に出力する。
【０００８】
Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣで構成される電圧測定回路１０８は、ＤＵＴ２００の測定端子に流れる電流Ｉoutを測定するために、電流検出回路１０４から変換出力される電圧Ｖｆを測定する。
【０００９】
特許文献１には、大幅なコスト上昇を招かずに電流変化率やリップル成分を高精度かつ高速に測定できる直流試験装置とこれを備える半導体試験装置の構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−１１５６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、ＤＵＴ２００では、電圧発生回路１０１から供給される電圧Ｖoutを電源電圧として使用する場合には、電圧レベルの安定化を図るために測定端子と共通電位点間に負荷コンデンサ１０９を実装するが、その際に電圧制御ループが不安定になることを回避する目的で負荷コンデンサ１０９と並列に抵抗値Ｒｃを有するダンピング用の抵抗１１０ａと容量値Ｃｃを有する補償用のコンデンサ１１０ｂの直列回路よりなる位相補償回路１１０を接続することがある。
【００１２】
位相補償回路１１０を接続した場合、出力電圧Ｖoutに伴ってコンデンサ１１０ｂに対して充放電電流が流れることになり、結果的に電流検出回路１０４で検出される電圧Ｖfに影響を与えてしまう。
Ｖf＝Ｉs×Ｒs×α
Ｉs＝Ｉout＋Ｉc
Ｖf∝｛（ＤＵＴ２００に流れる電流Ｉout）
＋（位相補償回路１１０に流れる電流Ｉc）｝
α：電流検出回路１０４の電圧レベルゲイン定数
【００１３】
図５は、電流制御検出回路１０６の動作説明図である。電流制御検出回路１０６の動作は、ＩsetレベルとＶfレベルの大小関係によって異なる。
１）Ｉsetレベル（Ｉset１）≧Ｖfレベル
この場合には、定電圧制御として動作し、通常の制御を行う。
【００１４】
２）Ｉsetレベル（Ｉset２）＜Ｖfレベル
この場合には、電流制限が定電圧制御ループに対して割り込む形で定電流制御となり、保護動作の制御を行う。ＤＵＴ２００に流れる電流Ioutは、指定のＩset２レベルを超過していないが、位相補償回路１１０に流れる電流Ｉcの影響により電流制限レベルを超過する。その結果、出力電流レベルが制限されることで結果的に出力電圧の起動時間が遅延する。起動時間が遅延すると、電源として用いる場合には特にＤＵＴ２００に対してラッチアップを発生させることとなり、重要な問題につながるおそれがある。
【００１５】
また、電流測定に注目すると、補償用のコンデンサ１１０ｂに流れる電流Icも電流検出対象に含まれるために、交流的にはＤＵＴ２００に流れている電流とは異なる可能性がある。
【００１６】
本発明は、これらの課題を解決するものであり、その目的は、容量性負荷に対しても高速に高精度の電圧または電流を供給できる直流試験装置とそれを用いた半導体検査装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
容量性負荷特性を有する測定対象に対する直流試験を行う直流試験装置において、
前記測定対象の容量性負荷と並列に接続された抵抗とコンデンサの直列回路よりなる位相補償回路と、
この位相補償回路に対する充放電電流のみを検出する電流検出回路を備え、
この電流検出回路は電圧レベルを演算することにより、前記測定対象に流れる電流のみを検出することを特徴とする。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体検査装置において、
前記直流試験装置は、電圧発生電流測定回路として動作することを特徴とする。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の半導体検査装置において、
前記直流試験装置は、電流発生電圧測定回路として動作することを特徴とする。
【００２０】
請求項４記載の発明は、
測定対象半導体の直流試験を行う半導体検査装置において、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の直流試験装置が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、容量性負荷に対しても高速に高精度の電圧または電流を供給できる直流試験装置とそれを用いた半導体検査装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】図１の動作説明図である。
【図３】本発明の他の実施例を示すブロック図である。
【図４】半導体検査装置で用いられている従来の直流試験装置の一例を示すブロック図である。
【図５】図４の動作説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図、図２は動作説明図であり、図４と共通する部分には同一の符号を付けて、それらの再度の説明は省略する。図１と図４の相違点は、図１では図４の構成に、電流検出アンプ１１１と、直流カット用のコンデンサ１１２と、電流検出演算回路１１３を付加していることである。
【００２４】
電流検出アンプ１１１は、位相補償回路１１０の補償用のコンデンサ１１０ｂに流れる電流を、コンデンサ１１０ｂと直列に接続され抵抗値Ｒｃを有するダンピング用の抵抗１１０ａの両端電位Ｖｃに基づいて測定する。
Ｖｃ＝Ｉｃ×Ｒｃ×β
Ｖｃ∝（位相補償回路１１０に流れる電流Ｉｃ）
β：電流検出回路１０４の電圧レベルゲイン定数で、Ｒｓ×α＝Ｒｃ×βとする
【００２５】
電流検出アンプ１１１の出力電圧Ｖｃは、直流カット用のコンデンサ１１２を介して直流レベル成分が除去された後、電流検出演算回路１１３の一方の入力端子に入力される。
【００２６】
電流検出演算回路１１３の他方の入力端子には、電流検出回路１０４のアンプ１０４ｂで検出される既知の抵抗値Ｒｓを有する抵抗１０４ａの両端間の電圧Ｖｓが入力される。
Ｖｓ＝Ｉｓ×Ｒｓ×α
Ｉｓ＝Ｉｏｕｔ＋Ｉｃ→Ｖｓ∝｛（ＤＵＴ２００に流れる電流）
＋（位相補償回路１１０に流れる電流）｝
α：電流検出回路１０４の電圧レベルゲイン定数
【００２７】
電流検出演算回路１１３は、Ｖｓ信号とＶｃ信号の除算をアナログ的に処理する。その結果、
Ｖｆ＝Ｖｓ−Ｖｃ
＝Ｉout×Ｒｓ×α→∝(ＤＵＴ２００に流れる電流Ｉout）のみとなる。
【００２８】
電流検出回路１０４は、電流Ｉｓを電圧Ｖｓに変換するための既知の抵抗値Ｒｓを有する抵抗１０４ａと抵抗１０４ａの両端間の電圧Ｖｓを増幅するゲインαを有するアンプ１０４ｂで構成されている。
【００２９】
アンプ１０４ｂの出力電圧は電流検出演算回路１１３に入力され、直流カット用のコンデンサ１１２により電流検出アンプ１１１の直流レベル成分が除去された信号と引き算された後に、電流制御検出回路１０６の一方の入力端子に入力されている。電流制御検出回路１０６の他方の入力端子には、Ｄ／Ａ変換器Ｉset−ＤＡＣで構成される電流発生回路１０７から出力される電流制限レベルが入力されている。
【００３０】
電流制御検出回路１０６は、電流検出演算回路１１３から変換出力される電圧Ｖｆと電流発生回路１０７から出力される電流制限レベルを比較し、その比較結果を誤差検出回路１０２に出力する。
【００３１】
Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣで構成される電圧測定回路１０８は、ＤＵＴ２００の測定端子に流れる電流Ｉoutを測定するために、電流検出演算回路１１３から変換出力される電圧Ｖｆを測定する。
【００３２】
電流検出回路１０４としては、電流検出アンプ１１１により装置内部の電流要素を排除することができる。そして、補正対象は交流成分のみなので、直流電流精度に影響することはない。
【００３３】
一般的な電圧電流発生回路における応答スピードは数μｓ程度であり、電流検出アンプ１１１および電流検出演算回路１１３の具体的な部品として安価なものを用いることができ、簡単な回路で実現できる。
【００３４】
なお、位相補償回路１１０を構成するダンピング用抵抗１１０ａと補償用コンデンサ１１０ｂの直列回路におけるこれらの接続順序は、互いに入れ替えてもよい。
【００３５】
図１の構成によれば、位相補償回路１１０の補償用コンデンサ１１０ｂへの充放電電流のみを検出する電流検出演算回路１１３を追加して最終的な電流検出回路１０４の電圧レベルを演算することで、補償用コンデンサ１１０ｂに流れる交流電流の影響を受けずにＤＵＴ２００に流入する電流Ｉoutのみを検出することができる。
【００３６】
その結果、指定された電流設定レベルＩsetとＤＵＴ２００に流入する電流Ｉoutの比較動作を行うことができ、出力電圧の起動時間が増加する要因を排除できる。
【００３７】
また、測定電流波形に関しても、ＤＵＴ２００に流入する電流Ｉoutの観測が実現できる。
【００３８】
そして、位相補償回路１１０の電流Ｉｃを検出演算する回路を、安価な少数の部品で構成するとともに、直流成分を除去することで直流精度の劣化防止を実現している。
【００３９】
図３は本発明の他の実施例を示すブロック図であり、電流発生電圧測定回路の例を示している。なお、図１と共通する部分には同一の符号を付けている。図３において、電圧発生回路１０１は電流制御検出回路１０６に接続され、電流発生回路１０７は誤差検出回路１０２に接続されている。
【００４０】
電圧バッファ１０５は電流制御検出回路１０６に接続され、電圧測定回路１０８は電圧バッファ１０５の出力電圧を測定するように接続されている。そして、電流検出演算回路１１３の出力信号は、誤差検出回路１０２に入力されている。
【００４１】
このような構成において、Ｉsetレベルに応じたＩoutレベルの定電流制御を行うが、Ｉs＝Ｉoutレベルとなるように補正演算をアナログ的に行うことから、装置内部の影響を受けることなく所望の制御が行える。
【００４２】
なお、上記実施例では、半導体検査装置で用いる直流試験装置の例を説明したが、これに限るものではなく、たとえば静電容量性の負荷が接続される高速電圧発生回路で、電流測定における補正回路を必要とするような電源回路としても用いることができる。
【００４３】
以上説明したように、本発明によれば、容量性負荷に対しても高速に高精度の電圧または電流を供給できる直流試験装置とそれを用いた半導体検査装置が実現できる。
【符号の説明】
【００４４】
１００  直流試験装置
１０１  電圧発生回路
１０２  誤差検出回路
１０３  出力アンプ
１０４  電流検出回路
１０４ａ  抵抗
１０４ｂ  アンプ
１０５  電圧バッファ
１０６  電流制御検出回路
１０７  電流発生回路
１０８  電圧測定回路
１０９  負荷コンデンサ
１１０  位相補償回路
１１０ａ  ダンピング用抵抗
１１０ｂ  補償用のコンデンサ
１１１  電流検出アンプ
１１２  直流カット用コンデンサ
１１３  電流検出演算回路
２００  ＤＵＴ
【図１】
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【図２】
2011064561.tif 000004
【図３】
2011064561.tif 000005
【図４】
2011064561.tif 000006
【図５】
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