(57)【要約】  磁場を測定するプローブは、所定の選択された測定軸に沿う磁場を感知する少なくとも一個の磁気抵抗センサ（１０２，１０４、１０６）を備える。そのプローブは、一つの場所においてお互いが固定して接続された少なくとも二個の磁気抵抗センサ（１０２，１０４、１０６）であって、それらの選択された測定軸の角度がずらされるような前記の磁気抵抗センサを備え、かつそのプローブは、それらの選択された測定軸に沿う各センサにより測定された磁場を表わす信号を提供するために、各磁気抵抗センサ（１０２，１０４、１０６）に固有な出力端子を備える。
2007508533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の選択された測定軸に沿う磁場を感知する少なくとも一個の磁気抵抗または磁気誘導センサ（１０２，１０４、１０６）を備える、磁場を測定するプローブにおいて、該プローブは、一つの場所においてお互いが固定して接続された少なくとも二個の磁気抵抗または磁気誘導センサ（１０２，１０４、１０６）であって、それらの選択された測定軸の角度がずらされるような前記の磁気抵抗または磁気誘導サンサを備え、かつ前記プローブは、前記の選択された測定軸に沿う各センサにより測定された磁場を表わす信号を提供するために、各磁気抵抗または磁気誘導センサ（１０２，１０４、１０６）に固有な出力端子を備えることを特徴とする測定プローブ。
【請求項２】
同じ半導体基板に形成され、お互いが直交するように配設された、選択された検出軸を有する少なくとも二個の磁気抵抗または磁気誘導センサ（１０２，１０４）を備えることを特徴とする請求項１に記載の測定プローブ。
【請求項３】
選択された測定軸が対同士で直交する少なくとも三個の磁気抵抗または磁気誘導センサ（１０２，１０４、１０６）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の測定プローブ。
【請求項４】
少なくとも二対の磁気抵抗または磁気誘導センサ（８０２，８０４、８０６、８０８）を備え、それぞれの同じ対の前記センサは、平行かつ、それらの選択された測定軸に関して横方向にお互いにずらされた選択された軸を有し、二つの分離した対の前記センサの前記選択された測定軸の角度がずらされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の測定プローブ。
【請求項５】
三個のセンサを一つの組（三個組）として、三つの組として分布された少なくとも九個の磁気抵抗または磁気誘導センサ（１００２Ａ、１００２Ｂ、１００２Ｃ、１００４Ａ、１００４Ｂ、１００４Ｃ、１００６Ａ、１００６Ｂ、１００６Ｃ）を備え、同じ三個組の三個のセンサは、平行かつ、その選択された測定軸に関して横方向にお互いにずらされた選択された軸を有し、分離した三個組の前記センサの前記選択された測定軸の角度がずらされていることを特徴とする請求項４に記載の測定プローブ。
【請求項６】
前記プローブのすべての前記磁気抵抗または磁気誘導センサ（１２０６、１２０８）は、二つの層（１２０２、１２０４）に従って分布されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の測定プローブ。
【請求項７】
異なる層（１２０２、１２０４）の前記センサの前記選択された測定軸の角度がずらされていることを特徴とする請求項６に記載の測定プローブ。
【請求項８】
同じ層（１２０２、１２０４）の前記センサは、平行な選択された測定軸を有することを特徴とする請求項６または７に記載の測定プローブ。
【請求項９】
前記プローブのすべての前記磁気抵抗または磁気誘導センサ（１３０４、１３０８）は、同じ層（１３０２）上に分布されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の測定プローブ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の少なくとも一つのプローブ（１００）と、各磁気抵抗センサに固有な処理チェーン（２８）と、前記種々の処理チェーンからの信号を処理する手段（１８）と、を備える磁場を測定する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の選択された測定軸に沿う磁場を感知する少なくとも一個の磁気抵抗または磁気誘導センサを備えるタイプの磁場を測定するプローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗センサ、より正確には、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗）タイプのセンサを使用して、操作中に、電子回路により生成される磁場を測定することが知られている。
【０００３】
このタイプの磁気抵抗センサは、それが設置された磁場に従って抵抗が変化する電子素子である。処理チェーンが磁気抵抗センサに接続されて、回路上の磁場の大きさを決定することが可能になる。
【０００４】
このタイプのセンサは効率的ではあるが、電子回路により生成される電磁放射に関連して少量の情報しか得られない。特に、回路を流れる電流の特性、特にその大きさ、電流が流れる経路、および電流の流れる方向は、決定することができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、分析対象の回路に関連して、付加的情報が得られるような、磁場を測定するプローブを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的のため、本発明は、上記のタイプの磁場を測定するプローブに関し、そのプローブは、一つの場所においてお互いが固定して接続された少なくとも二個の磁気抵抗または磁気誘導センサであって、それらの選択された測定軸の角度がずらされるような前記の磁気抵抗または磁気誘導センサを備え、かつそのプローブは、それらの選択された測定軸に沿う各センサにより測定された磁場を表わす信号を提供するために、各磁気抵抗または磁気誘導センサに固有な出力端子を備えることを特徴とする。
【０００７】
具体的な実施例によれば、測定プローブは、一つまたは複数の下記の特徴を備える。
同じ半導体基板に形成され、お互いが直交するように配設された、選択された検出軸を有する少なくとも二個の磁気抵抗または磁気誘導センサを備える。
選択された測定軸が二つ１組の対で直交する少なくとも三個の磁気抵抗または磁気誘導センサを備える。
少なくとも二対の磁気抵抗または磁気誘導センサを備え、それぞれの同じ対のセンサは、平行かつ、その選択された測定軸に関して横方向にお互いにずらされた選択された軸を有し、二つの分離した対のセンサの選択された測定軸の角度がずらされている。
三個のセンサを一つの組（三個組）として、三つの組として分布された少なくとも九個の磁気抵抗または磁気誘導センサを備え、同じ三個組の三個のセンサは、平行かつ、その選択された測定軸に関して横方向にお互いにオフセットされた選択された軸を有し、分離した三個組のセンサの選択された測定軸の角度がずらされている。
プローブのすべての磁気抵抗または磁気誘導センサは、二つの層に従って分布されている。
異なる層のセンサの選択された測定軸の角度がずらされている。
同じ層のセンサは、平行な選択された測定軸を有する。
プローブのすべての磁気抵抗または磁気誘導センサは、同じ層上に分布されている。
【０００８】
本発明は更に、上記のように規定された少なくとも一つのプローブと、各磁気抵抗センサに固有な処理チェーンと、種々の処理チェーンからの信号を処理する手段を備える磁場を測定する装置に関する。
【０００９】
本発明は、単に例としてのための下記の記述を読み、図を参照することにより、より良く理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１に示される設備は、操作中に集積回路を分析するためのものである。
【００１１】
この設備は、実質的に、集積回路Ｃを支持するプレート１２と、ＦＣで示される所定周波数で集積回路を励振する回路１４と、操作中に回路Ｃにより生成される磁場を分析するための装置１６と、磁場を分析する装置１６の出力において得られる結果を処理するための手段１８とを備える。更に、設備は、操作中に集積回路を観察する手段２０を備える。これらの手段は、それ自体既知であり、詳細は記述しない。
【００１２】
回路Ｃが設置される支持１２はミューメタル（登録商標）のプレートにより形成されるか、または回路から離れた、その下方において、磁場に対してバリアを形成するミューメタルを備える。回路Ｃはミューメタルのケースに閉じ込めると有益である。
【００１３】
励振回路１４は、例えば、所定周波数ＦＣにおいて電力を回路に供給できる周波数生成器により形成される。この励振周波数ＦＣは、例えば、１６０ｋＨｚである。
【００１４】
分析手段１６は、操作アーム２２を備え、操作アームの自由端には、測定プローブ２４であって、そのプローブの位置における磁場の特性を示す値を決定できる測定プローブ２４が設けられている。
【００１５】
操作アーム２２は、お互いに関して直交する三方向の変位を可能にし、回路に関してのプローブの位置を正確に知ることができる、それ自体公知のプローブを変位する機構２６に接続されている。
【００１６】
更に、分析手段１６は、プローブ２４のセンサが接続されて、プローブからの信号を処理するための処理チェーン２８を備える。これらの処理チェーンは、処理手段１８に接続されて、手段に、プローブ２４により測定される磁場の、一つまたは複数の処理された値を提供する。
【００１７】
処理手段１８は、例えば、処理チェーン２８の出力において接続される入力カードを備える、ＰＣタイプのコンピュータにより形成される。更に、分析手段１６が、より正確には、変位手段２６、処理チェーン２８、および励振回路１４の制御を可能にする制御カードを備える。
【００１８】
処理手段１８は、磁場の分析のための分析手段１６、具体的には、励振回路１４、変位手段２６、および処理チェーン２８の制御を可能にするソフトウェアモジュールを備える。また、前記の磁場の分析手段からの信号を処理するためのソフトウェアモジュールも更に備える。
【００１９】
特に、処理手段１８は、図２に示されるアルゴリズムを実行でき、アルゴリズムの各ステップに対して、ソフトウェアモジュールが提供される。
【００２０】
操作中に電子回路を分析するために、回路のモデル化を最初に、回路の略図に基づいて、ステップ５０の期間に行うことができる。このモデル化は、例えば、ベクトル型であるが、適切であれば、どんなソフトウェア手段を使用しても実行できる。このモデル化は、回路Ｃを構成する種々のトラックおよび種々の電子構成要素の場所を決定するように意図されている。
【００２１】
このモデル化が完了すると、回路動作のシミュレーションがステップ５２の期間に実行される。回路上の磁場の特性は、回路の各ポイントにおいて、このシミュレーションにより、特にマクスウェル（Ｍａｘｗｅｌｌ）の方程式を適用することにより決定される。このように、回路の各素子に対して、そこを流れる電流、およびＢｘ、Ｂｙ，およびＢｚで示される磁場の三個の成分が、回路の直上に位置する測定点で、および測定プローブ２４により占められる、異なる所定の場所に対して決定される。
【００２２】
モデル化およびシミュレーションステップと平行して、処理手段１８は、シミュレーションの期間に、それぞれの適切な測定点において、磁場の分析手段１６を使用して、磁場の有効測定を制御する。
【００２３】
ステップ６０の期間に、磁場の分析手段１６は、最初、初期化され較正される。その正しい操作もまた検証される。更に、基準測定が、それが生成する磁場の成分が既知である較正用のテスト片について実行される。
【００２４】
種々の測定点の取得は、ステップ６２の期間に実行される。このステップは、操作中に磁場Ｃ上のいくつかの所定測定点において、磁場の少なくとも一つの成分の測定を実行することを含む。この目的のため、プローブが、回路の表面を、例えば、牛耕型の経路に従って走査するために、変位手段２６の制御のもとに変位される。測定値をそれぞれ取得する前に、測定の結果が、プローブの変位により影響されないように測定プローブを測定点において停止させる。
【００２５】
各測定値の実際の取得は下記に示される。
【００２６】
ステップ６２もまた、回路Ｃが操作中でないときに、周囲の磁場の成分を各測定点において測定するために、測定点の取得を提供するが、これは有益ではあるが、必ずしも必要ではない。
【００２７】
ステップ６４の期間に、各測定点に対して取得された信号は、特に測定の結果である誤差と不一致を訂正するために処理され、これらの誤差と不一致は、ステップ６０の期間に基準テスト片から取得されたデータの表との比較に関連する技術により訂正される。
【００２８】
ステップ６４の期間に、一つまたは二つ以上の方向において、Ｂx、Ｂy、Ｂzと示される磁場の測定値からの値が計算され、特にｄＢx／ｄｙ、ｄＢx／ｄｚ、ｄＢｙ／ｄｚ、ｄＢy／ｄｘ、ｄＢz／ｄｘ、およびｄＢz／ｄｙで示される三方向における磁場の成分の空間的な変化量が計算される。
【００２９】
更に、測定点の下の回路における電流の大きさおよび方向の特性は、Ｊを電流ベクトルとし、Ｂを磁場ベクトルとしたときのマクスウェルの法則Ｊ＝Ｒｏｔ  Ｂ、を適用とすることにより決定される。
【００３０】
ステップ６６の期間に、信号処理ステップ６４からの値と、ステップ５２の期間に実行されたシミュレーションに従って得られた値が、回路の実際の動作が正しいか否かを推測し、理論上の回路と、実際の回路間の不一致の領域を操作中に決定するために比較される。
【００３１】
測定ヘッド２４は、図３に示すように、それぞれが一つまたは二つ以上の磁気抵抗センサを備える二つの集積回路により構成される測定プローブ１００を備える。本発明によれば、測定プローブは、角度に関してオフセットされた選択された測定軸を有する少なくとも二つの磁気抵抗センサを備える。このセンサは、お互いに固定して接続され、それぞれの所定位置にて固定される。
【００３２】
図３に示す実施例において、三つの磁気抵抗センサ１０２、１０４、および１０６は測定プローブに集積されている。
【００３３】
製造を容易にするために、二つの磁気抵抗センサ１０２と１０４は、同じ集積回路１０８に配設されるが、磁気抵抗センサ１０６は、分離した集積回路１１０に配設される。
【００３４】
各磁気抵抗センサは、抵抗が、それが設置された磁場に従って変化する構成部品である。このタイプのセンサは、図において概略的に矢印で示されている選択された測定軸を有している。この構成部品の抵抗は、このようにこの選択された測定軸に沿う磁場の成分により影響され、他の方向における磁場の成分にはそれほど反応しない。
【００３５】
図３に示すように、磁気抵抗センサの選択された測定軸は、直交空間基準を規定するように対同士で直交する。
【００３６】
軸のそのような配置は特に有益であるが、種々のセンサの選択された測定軸は、それぞれに関して直交せずに、それぞれに関して角度的にずらすだけのこともありうる。
【００３７】
磁気抵抗センサは、ＧＭＲ型（巨大磁気抵抗効果、Giant Maneto Resistive）、ＧＭＩ型（巨大磁気インピーダンス）、ＣＭＲ型（巨大磁気抵抗効果、Cellossol Magneto Resistive）、またはＴＭＲ型（トンネル磁気抵抗効果）であってよい。好ましくは、磁気抵抗センサはこの最後の型である。また、例えば、ＭＴＪ型（磁気トンネル接合）またはＳＤＴ型（スピン依存トンネル）であってよい。
【００３８】
図４では、センサ１０２と１０４を備える集積回路１０８のみが示されている。更に、センサ１０４に対しては、同一の処理回路が使用されているので、センサ１０２と関連する処理回路２８のみが示されている。
【００３９】
図４に示すように、磁気抵抗センサ１０２は、所定値を有する三個の他の固定抵抗３０２、３０３、および３０４を備えるウェストン（Ｗｅｓｔｏｎ）ブリッジ３０１に集積されている。これらの四個の抵抗は、ウェストンブリッジの構造でそれ自体が知られているように、ループを形成するために直列に接続されている。ウェストンブリッジの対向する二つの端子は、プローブ１００の測定出力１１２Ａおよび１１２Ｂを形成する。ウェストンブリッジの他の二つの端子１１４Ａおよび１１４Ｂは、ウェストンブリッジへの電力供給入力を形成する。これらは、所定の周波数、例えば、１６０ｋＨｚに等しい周波数の正弦波信号を生成する生成器１１６の端子に接続されている。
【００４０】
更に、それ自体が知られているように、測定プローブ１００は、交流電圧の外部電源１２０に接続されている巻線１１８を備える。巻線１１８は、磁気抵抗センサの領域において、センサのヒステリシスを減らすために、磁気抵抗センサの領域において分極場を形成するのに適している。
【００４１】
同様に、磁気抵抗センサ１０４もまた、三個の抵抗３０６、３０７、および３０８を備えるウェストンブリッジ３０５に集積され、第２巻線３０９は、ヒステリシスを減らすために、磁気抵抗センサ１４の領域において分極場を形成するために設けられる。上記のように、ウェストンブリッジおよび巻線は、簡略化のために図示していないが、特定の電力供給手段に接続されている。
【００４２】
センサ１０４に接続される回路は同一なため、磁気抵抗センサ１０２からの信号を処理する回路のみが下記で記述される。
【００４３】
測定プローブの出力１１２Ａおよび１１２Ｂは、処理チェーン２８に接続される。
【００４４】
これらは、出力端子１１２Ａおよび１１２Ｂがそれぞれその入力に接続される、二つの高域通過フィルタ１２４Ａおよび１２４Ｂにより減算器を形成する、差動増幅段１２２に、入力において接続される。
【００４５】
差動増幅段１２２は、例えば、１００に等しい利得を生成するように構成される。
【００４６】
高域通過フィルタは、コンデンサ１２６を備えるＲＣ型の受動フィルタであり、その一つの端子は、抵抗１２８により接地されている。
【００４７】
差動増幅段は、適切であれば、どんな公知のタイプであってよく、例えば、そのフィードバックループに抵抗１３２が設けられている演算増幅器１３０を備えており、演算増幅器の反転および非反転入力は、二個の入力抵抗１３４によりフィルタ１２４Ａおよび１２４Ｂの出力に接続されている。演算増幅器の非反転端子は、入力電圧を固定する抵抗１３６により接地されている。
【００４８】
差動増幅器１２２の出力は、測定プローブからの磁場を表わす信号の所定の周波数成分を分離するための手段１３８の入力に接続される。決定される磁場の成分の周波数は、ＦＩで示される。この周波数は、例えば、１６０ｋＨｚに等しい。
【００４９】
図５に示す実施例において、これらの分離手段１３８は、分離される周波数成分の周波数ＦＩを中心とする帯域通過型の能動選択フィルタを備える。この周波数は、回路Ｃの励振周波数と等しい。
【００５０】
このフィルタは、非反転端子が接地されている演算増幅器１４０を備える。フィルタの反転端子は、入力抵抗１４２により、差動増幅段１２２の出力に接続されている。差動増幅器１４０のフィードバックループは、それ自身がコイル１４８に直列に接続されている抵抗１４６に並列に接続されたコンデンサ１４４を備える。
【００５１】
出力において、選択フィルタ１３８は、二つの受動低域通過フィルタ１５２および１５４が続く、ＢＡＴ型のダイオード１５０を有し、二つのフィルタはそれぞれ、出力端子がコンデンサ１５８により接地された抵抗により形成されている。
【００５２】
処理チェーン２８により、磁気抵抗センサにより検出された磁場の周波数成分が、非常に簡単な回路により得られるようになる。
【００５３】
磁場を測定する装置の操作中、磁気抵抗センサ１０２の抵抗値は、センサの選択された測定軸に沿う磁場の大きさに従って変化する。出力端子１１２Ａおよび１１２Ｂにおいて測定された信号の振幅は、このように磁場に従って変化する。
【００５４】
この二つの高域通過フィルタ１２４Ａおよび１２４Ｂが、外部環境の結果である妨害周波数のフィルタ処理をもたらす。
【００５５】
差動増幅回路１２２は、大きさが、二つの端子１１２Ａおよび１１２Ｂの間の電位差に比例する信号を、出力において生成する。回路Ｃの励振周波数に中心がある選択フィルタ１３８は、この周波数に対する磁場の周波数成分の分離をもたらす。
【００５６】
二つの低域通過フィルタ１５２および１５４は、妨害成分の抑制を可能にする新しいフィルタ処理動作をもたらす。
【００５７】
出力段１６０を、無負荷センサの端子において測定された、連続電圧値を出力するように有益に追加することができる。このため、差動増幅器が再び使用される。前述の出力信号は、差動増幅器の反転入力に加えられ、一方、連続基準電圧は、非反転入力に加えられる。
【００５８】
基準電圧の制御は、この第２差動増幅器の出力においてゼロの値を測定するように調整可能な抵抗の値を調整することにより行われる。測定は、回路Ｃを分極化することなく、センサを磁気的に（ヒステリシスサイクルにおいてずらすために）分極化することにより行われる。
【００５９】
処理チェーンからの信号は、処理手段１８により受信される。
【００６０】
このように、処理チェーンが、磁場の測定値および、より正確には、磁場の成分を非常に迅速に得ることを可能にしていることは理解されよう。
【００６１】
図５および図６は、本発明に係る測定装置の構成変形例である。これらの実施例において、図４と同一の、または類似の構成要素は、同じ参照番号で示してある。
【００６２】
これらの二つの構成変形例において、処理チェーンのみが、差動増幅段１２２の下流で使用される手段のため、異なっている。
【００６３】
二つの場合において、所定周波数に対する磁場の周波数成分を分離する手段は、差動増幅段１２２からの信号と基準信号の合成を可能にし、その周波数ＦＣが、励振回路１４により加えられた回路作動周波数ｆ以上である乗算回路１８０を備える。乗算器の使用により、周波数（１６０ｋＨｚ）の選択に柔軟性が出てくる。
【００６４】
図４の実施例において、分離手段はアナログ乗算回路１８０を備え、その一つの入力は、差動増幅段１２２の出力において接続され、他の入力は、基準周波数Ｆが、分離される周波数成分の所定周波数ＦＩを超える、正弦波電圧生成器１８２に接続される。
【００６５】
抵抗１８６およびコンデンサ１８８により構成される低域通過フィルタ１８４は、乗算回路の出力において設けられる。有益なことであるが、減算回路１９０が、出力回路において得られるフィルタ処理された信号と、Ｖｒｅｆで示される、加えられた基準信号との比較のために、低域通過フィルタ１８４の出力において設けられる。減算回路は、フィードバックループに適切な抵抗１９４を有し、電圧Ｖｒｅｆがその非反転端子に加えられる、演算増幅器１９２を備える。
【００６６】
図４の実施例と同様に、出力段１６０は、減算回路の出力において配設される。
【００６７】
特定の実施例によれば、電圧源１８２は、ウェストンブリッジ２０１に供給する電圧源１１６により形成される。
【００６８】
本実施例においては、センサの電力供給周波数は、求める周波数成分の周波数と同一である。
【００６９】
図６の実施例において、所定の周波数成分を分離する手段は、差動増幅段１２２の出力において得られる信号と、基準信号の乗算をもたらすデジタルプロセッサにより形成される。
【００７０】
図６に示されるように、抵抗２０２とコンデンサ２０４から構成される低域通過フィルタ２００が、差動増幅段の出力において設けられる。アナログ／デジタル変換器２０６は、信号をデジタル化することを確実にするために、フィルタ２００の出力において接続される。
【００７１】
更に、処理チェーンは上記のように、これもまた１８２と示される正弦波基準電圧源を含む。アナログ／デジタル変換器２０８は、この電圧源１８２の出力において接続される。アナログ／デジタル変換器は、受信した信号の周波数よりも遥かに高いサンプリング周波数を有する。これは、例えば、５００ｋＨｚを超える。
【００７２】
ＤＳＰ型の回路のような高速プロセッサ２１０が、処理チェーンに設けられる。それは、二つのアナログ変換器２０６と２０８からの信号を、入力において受信し、二つの信号の乗算をもたらすようにプログラムされる。
【００７３】
乗算された信号は、このように、２１２と示されるＲＳ２３２タイプの接続のようなデジタル接続か、またはアナログ接続のどちらかを介して処理手段１８に送られ、ここにおいて、デジタル／アナログ変換器２１４が、プロセッサ２１０の出力において接続されている。
【００７４】
この場合、この二つの信号の乗算はプロセッサ２１０により実行される。図３および図４の出力段１６０により実行される減算動作もまた、プロセッサ２１０によりもたらされる。
【００７５】
本発明に係る測定プローブを使用して、プローブの各測定位置に対して、Ｂｘ、Ｂｙ、およびＢｚで示され、磁場の直交する３方向に対応する、磁場の三成分が格納され、磁場のこれらの三成分はそれぞれ、特定の処理チェーンに関連する磁気抵抗センサ１０２、１０４、および１０６により決定される。
【００７６】
磁場の三成分は、各測定点に対して決定され、測定点は、分析されるべき回路の全表面に沿って広がっている。これらの点は、例えば、回路の表面をカバーする正規マトリックス上に分布している。回路の表面に関して同一の場所に対しては、分析されるべき回路の表面に関して異なる距離において、二つの測定点で実行される。
【００７７】
隣接する複数の点に対して決定された磁場の三成分に基づいて、計算手段１８は、各成分に対して、一つの方向に対する磁場の導関数を、特に、これら二点間の磁場の成分値間の差を決定し、この差をこの二点を分離する距離で除算することにより決定する。
【００７８】
これらの値に基づいて、処理手段１８は、各測定点に対して計算が可能で、回路を流れる電流の特性である三成分を計算する。磁場のこれらの成分は、下記の式により決定される。
Ｊx＝ｄＢz／ｄｙ−ｄＢy／ｄｚ
Ｊy＝ｄＢx／ｄｚ−ｄＢz／ｄｘ
Ｊz＝ｄＢy／ｄｘ−ｄＢx／ｄｙ
ここにおいて、Ｊx、Ｊy、Ｊzはセンサ１０２、１０４、および１０６の三つの選択された測定軸に沿う電流の三成分である。
【００７９】
図７は、回路において、単一方向に流れている電流を測定するための携帯装置７１０である。
【００８０】
装置７１０は、ペンに形状および寸法がおおよそ対応している軸Ｚ−Ｚを有する細長い道具の形状をしている。従って、この装置は操作中に、その軸Ｚ−Ｚを回路に関して垂直にして、回路上を手動で動かすのに適している。
【００８１】
本装置は、その一端に、軸Ｚ−Ｚに関して直交する二つの平行面に配設されている複数の磁気抵抗センサを備えるプローブ７１２を備えている。
【００８２】
プローブ７１２は、図８においてより拡大して示されている。プローブ７１２は、センサの二つの対として分布された四個の磁気抵抗センサ８０２、８０４、８０６、８０８を備え、同一対のセンサは、お互い平行な選択された測定軸を有している。二個のセンサ対の選択された測定軸は、お互いに関して直交しており、このようにして、装置の軸Ｚ−Ｚに関して両者とも直交する二つの主要空間的方向に延伸している。
【００８３】
同一対のセンサは、その共通の選択された測定軸に関して横方向において、それぞれに関してオフセットされている。より正確には、同一対のセンサは、装置の軸Ｚ−Ｚの沿ってオフセットされている。
【００８４】
本実施例において、二個のセンサ８０２と８０６は、第１集積回路上に配設され、他の二個のセンサ８０４と８０８は、第１集積回路と平行に配設された他の集積回路上に配設されている。このように、センサ８０２、８０６、８０４、８０８は、二つの平行面に沿って分布されている。
【００８５】
センサ８０２と８０４は、軸Ｚ−Ｚに沿ってオフセットされており、一方、その選択された測定軸は、軸Ｙ−Ｙに沿って延伸している。同様に、センサ８０６と８０８は軸Ｚ−Ｚに沿ってオフセットされているが、その選択された測定軸は、軸Ｙ−ＹおよびＺ−Ｚに直交する軸Ｘ−Ｘに沿って延伸している。
【００８６】
装置７１０は、四個のセンサを供給する手段７１８を備える。
【００８７】
同様に、プローブ７１２は、各センサに特有で、本センサにより測定された磁場を表わす信号の受信を可能にする出力端子を備える。
【００８８】
各センサは、特定の処理チェーン７２０と７２２に接続され、それによりセンサからの信号が処理される。これらの処理チェーンは、図４、５、６で記載された処理チェーンの一つと同一である。それらのチェーンは、処理チェーン７２０と７２２の出力において得られる磁場の成分を表わす信号の処理が可能な、データ処理部７２４に接続されている。装置は更に、データ処理部７２４により制御される表示画面７２６を備える。
【００８９】
画面７２６は、装置７１０が回路の平面に関して直交してその上に設置されている回路において流れる電流の二つの成分ＪxとＪyの値を表示することができる。
【００９０】
ＪxとＪyは、プローブに特有で、センサの選択された測定軸に対応する、方向Ｘ−ＸおよびＹ−Ｙにおける電流の成分の値である。
【００９１】
このため、データ処理部７２４は、二つのセンサ８０６と８０８を介して延伸する縦方向Ｚ−Ｚに関して、装置の軸Ｘ−Ｘに沿う磁場Ｂの成分の、ｄＢx／ｄｚで示される導関数の値を決定する。
【００９２】
センサ８０６と８０８に接続された処理チェーンの出力において、方向Ｘ−Ｘにおける磁場Ｂの成分の二つの値が提供され、Ｂx1およびＢx2と示される。これらの二つの測定値と、軸Ｚ−Ｚに沿って測定された、センサ８０６と８０８を隔てる既知の距離に基づいて、データ処理部７２４は、Ｚ2およびＺ1を、軸Ｚ−Ｚに沿うセンサ１４と１２の位置としたときの、ｄＢx／ｄｚ＝Ｂx2−Ｂx1／ｚ1−ｚ2の関係に基づいて、方向Ｚ−Ｚに関する方向Ｘ−Ｘにおける磁場成分の導関数ｄＢx／ｄｚの評価を決定する。
【００９３】
二つの方向Ｘ−ＸおよびＺ−Ｚに関して直交する、方向Ｙ−Ｙにおける回路を流れる電流の成分Ｊyの値はｄＢx／ｄｚに等しい。
【００９４】
同様に、電流の値Ｊxは、センサ８０２と８０４により提供される二つの磁場の値Ｂy1とＢy2の差および、それらを隔てる既知の距離から、下記の関係に基づいて得られる。
Ｊx＝−ｄＢy／ｄｚ＝Ｂy1−Ｂy2／ｚ2−ｚ1
【００９５】
方向Ｘ−ＸとＹ−Ｙにおける二個のセンサの二つの平面を使用することで、装置の軸Ｚ−Ｚに関して直交する平面において電流が求まる。ｄＢx／ｄｚとｄＢy／ｄｚという対におけるセンサ間の差分場測定により、マクスウェルの方程式による電流のベクトル表現であるＪｘおよびＪｙを導出することが可能になる。これは電流が、装置の軸に関して直交する平面のみを流れるときは、ｄＢz／ｄｙとｄＢz／ｄｘはゼロになるからである。
【００９６】
図１の設備、または図７の装置の特別な実施例によれば、測定ヘッド２４または７１２は、例えば、図９に示すようにプローブ１０００により構成される。このプローブは、対として三つの直交する方向の磁場の差分測定を実行するのに適している。
【００９７】
このタイプのプローブは、九個のセンサを備える。これら九個のセンサは、三個のセンサを一つの組（三個組）とする三つの組として分布され、同一の三個組のセンサは、お互いが平行に配設された選択された測定軸を有している。これらのセンサは、三個組を特徴付ける選択された測定軸に関して直交する二つの方向において、お互いが更にずらされている。
【００９８】
より正確にいえば、図９に示す例において、三つのセンサ１００２Ａ、１００２Ｂ、１００２Ｃは、軸Ｘ−Ｘに平行に配設された、選択された測定軸を有している。これらのセンサ１００２Ａと１００２Ｂは、軸Ｘ−Ｘに沿ってお互いに関してずらされており、一方、センサ１００２Ａと１００２Ｂは、軸Ｘ−Ｘに沿ってずらされている。同様に、センサ１００４Ａ，１００４Ｂ，１００４Ｃは、軸Ｙ−Ｙに平行な、選択された測定軸を有し、センサ１００４Ｃは、軸Ｘ−Ｘに沿って、センサ１００４Ａからずらされ、一方、センサ１００４Ｂは、軸Ｚ−Ｚに沿ってセンサ１００４Ａからずらされている。最後に、三個のセンサ１００６Ａ、１００６Ｂ、１００６Ｃは、軸Ｘ−Ｘに平行に延伸する測定軸を有し、センサ１００６Ａと１００６Ｂは、軸Ｚ−Ｚと、軸Ｙ−Ｙに沿ってそれぞれ、センサ１００６Ａに関してずらされている。
【００９９】
図１を参照して記述した設備において、各センサは特定の処理チェーンに接続され、九個の磁場の値が、処理手段１８に供給される。更に、処理手段１８にとって、この三個組のセンサの選択された測定軸に関して直交する方向において、同一の三個組の種々のセンサを隔てる距離は既知である。このように、各測定点に対して、処理手段は、センサにより測定された成分より、各方向における磁場の各成分の変化量を決定する。これらの異なる変化量に基づいて、Ｊx、Ｊy、Ｊzと示される種々の成分が、テストされている回路Ｃを流れる電流の三つの直交する方向Ｘ−Ｘ、Ｙ−Ｙ、Ｚ−Ｚにおいて、下記の関係を使用して計算される。
Ｊx＝ｄＢz／ｄｙ−ｄＢy／ｄｚ
Ｊy＝ｄＢx／ｄｚ−ｄＢz／ｄｘ
Ｊz＝ｄＢy／ｄｘ−ｄＢx／ｄｙ
【０１００】
このタイプの装置では、回路を流れる電流が、各測定点に対して、精度よく決定できると思われる。測定点を乗算することで、テストされている回路の構成を再構築でき、その動的動作を精度よく分析できる。携帯装置７１０においては、類似の手段が使用される。
【０１０１】
図１０は、図１の変形例を示す。本実施例においては、測定ヘッド２４は、行と列の形態で、規則的に配設されたセンサのセットを備えるマトリックス１１００により置き換えられている。このセンサのマトリックスにより、シリコンウェーハー１１０２により収容される集積回路のセットのテストが可能になり、回路は、横に並べて配設される。センサのマトリックスは、行と列に分布されたセンサのセットを備え、それぞれは、ウェーハー１１０２に属する、テストされる回路に対応している。
【０１０２】
センサのセットは図１１に部分的に示されている。そのようなセンサのセットは、例えば、それ自身が行と列に配設された５０００の磁気抵抗センサを備えている。これらのセンサのそれぞれは、特定の処理回路により分析装置に接続されている。センサのセットは、選択された測定軸が、お互いに関して直交する二つの方向においてお互いに平行に配設されているセンサを備えている。これらの直交する方向は、テストされる回路の全体の平面に平行な面において延伸している。回路の主平面に関して直交する電流成分は、一般的にほとんど関心の対象とならない。
【０１０３】
このマトリックスが、集積回路のウェーハーの磁場画像を迅速に取得するために使用される。あるサイズのマトリックスに対して、センサは、一つが方向Ｘで、他方が方向Ｙである二つの平面上に分布される。
【０１０４】
上記と同一な第２マトリックスを、９０度回転して使用すると有益である。下方の平面、これまでのＸはこのようにして平面Ｙになり、上方の平面は平面Ｘになる。これら二つのマトリックスを使用して、ある二つの高さＺにおける磁場Ｘおよび磁場Ｙを測定するアセンブリが提供される。二つの高さの間で、差分による方法でこれらの測定値を組み合わせることで、マクスウェルの方程式に従う電流の式が得られる。
【０１０５】
図１１の実施例において、センサマトリックスは、二つの重ね合わされた層１２０２と１２０４を備える。各層は、磁気抵抗センサの規則的なネットワークを備えている。第１層のセンサ１２０６は、その選択された測定軸が平行に配設され、センサは、お互いに関して直交する行と列に分布されている。同様に、第２層は、選択された測定軸がお互いに平行で、第１層のセンサの測定軸に関して直交しているセンサ１２０８を備える。
【０１０６】
二つの層の上において、センサは、その選択された測定軸に関して直交し、既知の所定ピッチのセンサを収容する層の平面において延伸する方向において、お互いから間隔をあけて分離されている。このように、問題の例においては、各センサの領域において、処理手段が下記の関係に基づいて、回路の主平面を流れる電流成分ＪxおよびＪyを決定する。
Ｊx＝−ｄＢy／ｄｚ
Ｊy＝−ｄＢx／ｄｚ
【０１０７】
これらの値を得るために、マトリックスが、テストされる回路に関する方向Ｚ−Ｚにおいて間隔をあけて分離した２つの場所に連続的に持ち込まれる。測定は、間隔ｄzで分離されているこれらの二つの場所において行われ、測定された値を減算することにより、量ｄＢyとｄＢxが計算される。
【０１０８】
図１２は、本発明に係るプローブの他の実施例を示しており、このプローブは、図１０のセンサマトリックス１１００のセンサのセットを構成している。
【０１０９】
本実施例において、超伝導材料の同じ層１３０２上で、種々の磁気抵抗センサが画定される。各センサは、長方形の形状を有し、磁気抵抗素子は、図において長方形で示されているセンサの中心部のみにより形成されている。
【０１１０】
このプローブは、第１方向Ｘ−Ｘにおいて配設されている選択された測定軸を有するセンサの複数の行と、選択された測定軸が、軸Ｙ−Ｙに沿って延伸するセンサの行を交互に配設することにより構成されている。より正確には、軸Ｘ−Ｘに平行な選択された測定軸を有する磁気抵抗センサ１３０４の五つの行が、軸Ｘ−Ｘに沿って順に配設されている。センサは、お互いの行どうしが磁気抵抗センサの長さ、つまり選択された測定軸に関して直交するような長さの５分の１に等しい距離だけオフセットされている。選択された測定軸が他の測定方向に向けられている、１３０６で示されるセンサの行は、同じ軸に沿って、厳密に揃えられた磁気抵抗センサの配列により構成されている。
【０１１１】
この構成は、磁気抵抗センサの長方形の特質を考慮している。長方形の中心に位置する能動場測定素子に関する長方形のサイズに従って、比率１／５は修正される。
【０１１２】
第１マトリックスの上の平面において平行となるように第２マトリックスを配設すると有益である。この第２マトリックスは、同様な方法で構成されるが、軸Ｙ−Ｙに沿うセンサのセットは、軸Ｘ−Ｘに沿うセンサのセットと、軸Ｙ−Ｙに沿うセンサの上方の軸Ｘ−Ｘに沿うセンサの上方に置かれる。このようにして、二つの平面の間の、軸Ｘ−Ｘに沿うセンサ間の差分の測定値が走査後に得られる。差分の測定は、ある所定の位置における下方の平面の軸Ｘ−Ｘに沿うセンサと、同じ位置における上方の平面の軸Ｘ−Ｘに沿うセンサの二つの測定の間の対において行われる。走査後は、すべての点において、二つの平面（二つの高さｚ）上の場ＢxとＢyの測定値により、全表面が覆われる。
【０１１３】
変形例において、磁気抵抗センサは、磁気誘導センサと置き換えられる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】集積回路を分析するための設備の斜視図を示す図である。
【図２】図１の設備の動作を説明するフローチャートを示す図である。
【図３】測定プローブの一例の概略斜視図を示す図である。
【図４】本発明に係る磁場を測定する装置の第１実施例の略図を示す図である。
【図５】測定装置の構成変形例の、図４と同様の略図を示す図である。
【図６】測定装置の構成変形例の、図４と同様の略図を示す図である。
【図７】双方向差動測定プローブを組み込んだ、磁場を測定する手動装置の概略斜視図を示す図である。
【図８】図７の装置の測定プローブの略図を示す図である。
【図９】流れる電流に対するすべての特性を、この電流の流れにより生成される磁場から決定することができる三次元差動センサの概略斜視図を示す図である。
【図１０】集積回路のセット用のテスト設備を示す図である。
【図１１】マトリックス測定プローブの第１実施例の略図を示す図である。
【図１２】マトリックス測定プローブの第２実施例の略図を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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