(57)【要約】【課題】高速測定可能なインピーダンス測定装置の提供【解決手段】インピーダンス測定装置において、信号源に接続される第一の端子を有する素子または回路に接続される電流電圧変換器であって、前記素子または前記回路の第二の端子に接続され、前記第二の端子を仮想接地するとともに、前記素子または前記回路に流れる電流信号を電圧信号に変換して出力する帰還増幅器と、前記帰還増幅器の帰還ループを開放し、前記帰還ループの一巡損失を測定する手段と、前記一巡損失を補償する補償増幅器とを具備する電流電圧変換器を備えるようにした。さらに、前記帰還ループの開放時に前記帰還ループの一巡位相推移を測定する手段と、前記一巡位相推移を所定値になるよう制御する制御手段と、備えるようにした。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号源に接続される第一の端子を有する素子または回路に接続される電流電圧変換器であって、
前記素子または前記回路の第二の端子に接続され、前記第二の端子を仮想接地するとともに、前記素子または前記回路に流れる電流信号を電圧信号に変換して出力する帰還増幅器と、
前記帰還増幅器の帰還ループを開放し、前記帰還ループの一巡損失を測定する手段と、
前記一巡損失を補償する補償増幅器と、
を備えることを特徴とする電流電圧変換器。
【請求項２】
さらに、前記帰還ループの開放時に、前記帰還ループの一巡位相推移を測定する手段と、
前記一巡位相推移を所定値になるよう制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の電流電圧変換器。
【請求項３】
前記帰還ループを開放する時または前記帰還ループの一巡損失を測定する時、前記信号源の出力を零または直流信号となるように制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電流電圧変換器。
【請求項４】
前記帰還増幅器は、変調形の狭帯域増幅器を備え、
前記狭帯域増幅器は、位相検波器とフィルタとベクトル変調器とを具備する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電流電圧変換器。
【請求項５】
前記補償増幅器は、前記位相検波器と前記ベクトル変調器との間に備えられる、
ことを特徴とする請求項４に記載の電流電圧変換器。
【請求項６】
前記制御手段は、前記位相検波器に印加される信号と前記ベクトル変調器に印加される信号との位相差を制御する、
ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の電流電圧変換器。
【請求項７】
前記帰還ループの開放は、前記位相検波器と前記ベクトル変調器との間を開放して行われる、
ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の電流電圧変換器。
【請求項８】
前記帰還増幅器は、零位検出器と帰還回路とをさらに備え、
前記零位検出器は、前記第二の端子に接続され、入力される電流信号を零位検出器により電圧信号に変換し、
前記狭帯域増幅器は、前記変換された電圧信号を前記位相検波器により同相成分と直交成分に分解し、前記同相成分と前記直交成分をそれぞれ前記フィルタにより濾波し、前記濾波された同相成分と前記濾波された直交成分を前記ベクトル変調器でベクトル変調して、ベクトル電圧信号を出力し、
前記帰還回路は、前記ベクトル信号を前記零位検出器へ入力する、
ことを特徴とする請求項４乃至７のいずれかに記載の電流電圧変換器。
【請求項９】
前記素子または前記回路は、容量性素子または容量性回路である、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の電流電圧変換器。
【請求項１０】
被測定物の第一の端子に接続される信号源と、
前記被測定物の第二の端子に接続され、前記第二の端子を仮想接地するとともに、前記被測定物に流れる電流信号を電圧信号に変換して出力する帰還増幅器と、
前記帰還増幅器の帰還ループを開放し、前記帰還ループの一巡損失を測定する手段と、
前記一巡損失を補償する補償増幅器と、
前記第一の端子と前記第二の端子との間の電圧信号と、前記帰還増幅器の出力信号とのベクトル電圧比を測定する手段とを備え、
前記ベクトル電圧比から前記被測定物のインピーダンスを測定する、
ことを特徴とするインピーダンス測定装置。
【請求項１１】
さらに、前記帰還ループの開放時に前記帰還ループの一巡位相推移を測定する手段と、
前記一巡位相推移を所定値になるよう制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１０に記載のインピーダンス測定装置。
【請求項１２】
前記帰還ループの一巡損失を測定する時または前記帰還ループを開放する時、前記信号源の出力を零または直流信号となるように制御することを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のインピーダンス測定装置。
【請求項１３】
前記帰還増幅器は、変調形の狭帯域増幅器を備え、
前記狭帯域増幅器は、位相検波器とフィルタとベクトル変調器とを具備する、
ことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載のインピーダンス測定装置。
【請求項１４】
前記補償増幅器は、前記位相検波器と前記ベクトル変調器との間に備えられる、
ことを特徴とする請求項１３に記載のインピーダンス測定装置。
【請求項１５】
前記制御手段は、前記位相検波器に印加される信号と前記ベクトル変調器に印加される信号との位相差を制御する、
ことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載のインピーダンス測定装置。
【請求項１６】
前記帰還ループの開放は、前記位相検波器と前記ベクトル変調器との間を開放して行われる、
ことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれかに記載のインピーダンス測定装置。
【請求項１７】
前記帰還増幅器は、零位検出器と帰還回路とをさらに備え、
前記零位検出器は、前記第二の端子に接続され、入力される電流信号を零位検出器により電圧信号に変換し、
前記狭帯域増幅器は、前記変換された電圧信号を前記位相検波器により同相成分と直交成分に分解し、前記同相成分と前記直交成分をそれぞれ前記フィルタにより濾波し、前記濾波された同相成分と前記濾波された直交成分を前記ベクトル変調器でベクトル変調して、ベクトル電圧信号を出力し、
前記帰還回路は、前記ベクトル信号を前記零位検出器へ入力する、
ことを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれかに記載のインピーダンス測定装置。
【請求項１８】
前記被測定物は、容量性素子または容量性回路である、
ことを特徴とする請求項１０乃至１７のいずれかに記載のインピーダンス測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインピーダンス測定装置に係り、特に、高速測定が可能なインピーダンス測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インピーダンス測定装置の先行技術例として、自動平衡ブリッジ法によるインピーダンス測定装置がある。自動平衡ブリッジ法によるインピーダンス測定装置は、広い測定周波数範囲をカバーし、また、広いインピーダンス測定範囲で測定確度が良いことを特徴とする（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
以下に、自動平衡ブリッジ法によるインピーダンス装置の内部構成と動作について説明する。図１は、自動平衡ブリッジ法によるインピーダンス装置の内部構成を示す図である。図１において、インピーダンス測定装置１０は、被測定物１００のインピーダンスを測定するために、信号源２００と、電流電圧変換器３００とベクトル電圧計４００とを備える。インピーダンス測定装置１０は、装置全体がＣＰＵなどの演算制御装置ＣＴＲＬ１（不図示）の制御により動作する。
【０００４】
被測定物１００は、２端子を有する素子または回路である。被測定物１００は、端子を少なくとも２つ有していれば良いので、３以上の端子を有する素子または回路などであっても良い。その場合、３以上の端子のうち２つが測定に用いられる。被測定物１００は、図１中において「ＤＵＴ」と表示する。図１において、被測定物１００とケーブル５１０とケーブル５２０とが接続される点を、Ｈｉｇｈ端子と称する。また、被測定物１００とケーブル５３０とケーブル５４０とが接続される点を、Ｌｏｗ端子と称する。
【０００５】
信号源２００は、ケーブル５１０を介して被測定物１００の第一の端子に接続され、被測定物１００に印加する測定信号を発生する信号源である。また、信号源２００は、ケーブル５１０、ケーブル５２０およびバッファ５５０を介してベクトル電圧計４００にも接続され、測定信号をベクトル電圧計４００に供給する。測定信号は、単一正弦波信号とする。しかし、測定信号は、単一正弦波信号に限定されず、複数の正弦波を含む信号であっても良い。
【０００６】
電流電圧変換器３００は、被測定物１００に流れる電流を変換して電圧信号をバッファ５６０へ出力するものである。電流電圧変換器３００は、零位検出器３１０と、狭帯域増幅器６００と、バッファ３２０と、レンジ抵抗器３３０とを備える。ケーブル５３０、零位検出器３１０、狭帯域増幅器６００、バッファ３２０、レンジ抵抗器３３０、および、ケーブル５４０は、負帰還ループ３４０を形成している。
【０００７】
零位検出器３１０は、レンジ抵抗器３３０に流れる電流と被測定物１００に流れる電流とを平衡させて、ケーブル５３０を介して零位検出器３１０の入力端子に流れ込む電流を零にするような信号を狭帯域増幅器６００へ出力する。レンジ抵抗器３３０に流れる電流と被測定物１００に流れる電流とが平衡する時、Ｌｏｗ端子の電圧は仮想接地される。
【０００８】
ここで、図２を参照する。図２は、狭帯域増幅器６００の内部構成を示す図である。狭帯域増幅器６００は、位相検波器６１０と、フィルタ６２０およびフィルタ６３０と、ベクトル変調器６４０とを備え、零位検出器３１０の出力信号を増幅してバッファ３２０へ出力する。狭帯域増幅器６００は、零位検出器３１０の出力信号を位相検波器６１０により同相成分と直交成分とに分解し、同相成分および直交成分をフィルタ６２０およびフィルタ６３０により濾波し、濾波された同相成分および直交成分をベクトル変調器６４０により変調し、ベクトル変調電圧信号をバッファ３２０へ供給する。
【０００９】
位相検波器６１０は、混合器６１１および混合器６１２と、信号源６１３および信号源６１４とを備える。信号源６１３は、正弦波信号を発生し混合器６１１へ供給する。また、信号源６１４は、余弦波信号を発生し混合器６１２へ供給する。信号源６１３が出力する正弦波信号と信号源６１４が出力する余弦波信号は、測定信号と同一の周波数を有し、互いに直交する。従って、混合器６１１と混合器６１２は、零位検出器３１０の出力信号を同相成分と直交成分とに直交分解することができる。
【００１０】
フィルタ６２０は、抵抗器６２１と増幅器６２２とコンデンサ６２３とを具備する積分器であって、混合器６１１の出力信号を積分する。フィルタ６３０は、抵抗器６３１と増幅器６３２とコンデンサ６３３とを具備する積分器であって、混合器６１２の出力信号を積分する。
【００１１】
ベクトル変調器６４０は、混合器６４１および混合器６４２と、信号源６４３および信号源６４４と、加算器６４５とを備える。信号源６４３は、正弦波信号を発生し混合器６４１へ供給する。また、信号源６４４は、余弦波信号を発生し混合器６４２へ供給する。信号源６４３が出力する正弦波信号と信号源６４４が出力する余弦波信号は、測定信号と同一の周波数を有し、互いに直交する。混合器６４１は、信号源６４３から出力される正弦波信号をフィルタ６２０の出力信号で変調し出力する。混合器６４２は、信号源６４４から出力される余弦波信号をフィルタ６３０の出力信号で変調し出力する。混合器６４１から出力される電圧信号と混合器６４２から出力される電圧信号は、加算器６４５により加算され、バッファ３２０へ出力される。
【００１２】
再び、図１を参照する。ベクトル電圧計４００は、バッファ５５０の出力信号Ｅｄｕｔおよびバッファ５６０の出力信号Ｅｒｒをそれぞれ測定する。制御装置ＣＴＲＬ１は、測定された信号Ｅｄｕｔと信号Ｅｒｒとのベクトル比を計算し、さらに、計算したベクトル比とレンジ抵抗器３３０の抵抗値とから被測定物１００のインピーダンスを算出する。
【００１３】
ところで、ＭＯＳデバイスの製造における重要な測定項目の１つに、ゲート酸化膜厚の測定がある。ゲート酸化膜厚は、ＭＯＳ型デバイスの動作閾値を決定付ける重要なパラメータである。ゲート酸化膜厚は、ＭＯＳデバイスのインピーダンスを測定し、インピーダンス測定値から容量値を算出し、算出した容量値から誘電率を介して酸化膜厚へ等価換算する事により測定される。
【００１４】
従来のインピーダンス測定装置１０を用いて、半導体ウエハー上のＭＯＳデバイスを測定する場合、インピーダンス測定装置１０と被測定物１００との間には、スイッチ・マトリックス、チャックおよびプローブカードなどからなるウェハーインターフェース装置が付加される。ウェハーインターフェース装置は、被測定物１００よりも大きな対地容量を有する。また、これらのウェハーインターフェース装置とインピーダンス測定装置１０との間を接続するケーブル５１０、ケーブル５２０、ケーブル５３０およびケーブル５４０は、比較的長く、やはり大きな対地容量を有する。以下、ケーブル５１０、ケーブル５２０、ケーブル５３０およびケーブル５４０を、ケーブル５１０などと称する。図３は、図１に上記の対地容量を付加された図である。図３において、Ｃｃａｂｌｅはケーブル５１０などの総対地容量である。また、Ｃｗｉｎｆは、ウェハーインターフェース装置の対地容量である。ウェハーインターフェース装置の対地容量は、スイッチ・マトリックスの対地容量、チャックの対地容量およびプローブカードの対地容量を含む。
【００１５】
【特許文献１】
特開平３−６１８６３号公報（第１頁、第１図、第３図）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のインピーダンス測定装置１０は、測定の高速化において、２つの問題がある。１つ目の問題は、Ｌｏｗ端子に大きな対地容量が付加される場合、電流電圧変換器３００が整定するまでの時間が長くなることである。電流電圧変換器３００が整定するまでの時間が長くなれば、レンジ抵抗器３３０に流れる電流と被測定物１００に流れる電流とが平衡するまでの時間が長くなり、測定開始までの待ち時間を増加させる。半導体ウエハー上のＭＯＳデバイスの容量を測定する場合、上記のように、大きな対地容量を有するウェハーインターフェース装置やケーブル５１０などにより、この問題が顕著に現れる。
【００１７】
２つ目の問題は、半導体ウエハー上のＭＯＳデバイスの容量を測定する場合にウェハーインターフェース装置やケーブル５１０などの対地容量が一定でないことである。ウェハーインターフェース装置やケーブル５１０などは、被測定物や使用者に依り多くの種類が存在する。したがって、ウェハーインターフェース装置やケーブル５１０などの対地容量が一定しない。ウェハーインターフェース装置やケーブル５１０などの対地容量が一定しなければ、対地容量が測定結果に及ぼす影響を設計により抑えることは極めて困難である。
【００１８】
近年、半導体の微細加工技術は著しい進歩を遂げ、１枚のウエハー上に膨大な数の素子または回路が形成されている。測定対象となる素子の数が著しく増加する一方で、それに応じた測定時間の増加は許容されない。また、高速測定のために、測定精度を犠牲にすることも許されない。現在の半導体業界において、高速かつ高精度なインピーダンス測定の実現が極めて重要な課題となっている。
【００１９】
本発明は、上記の課題を解決するために、高速かつ高精度にインピーダンスを測定できる装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するためになされたものであって、本第一の発明は、信号源に接続される第一の端子を有する素子または回路に接続される電流電圧変換器であって、前記素子または前記回路の第二の端子に接続され、前記第二の端子を仮想接地するとともに、前記素子または前記回路に流れる電流信号を電圧信号に変換して出力する帰還増幅器と、前記帰還増幅器の帰還ループを開放し、前記帰還ループの一巡損失を測定する手段と、前記一巡損失を補償する補償増幅器と、を備えることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本第二の発明は、インピーダンス測定装置において、被測定物の第一の端子に接続される信号源と、前記被測定物の第二の端子に接続され、前記第二の端子を仮想接地するとともに、前記被測定物に流れる電流信号を電圧信号に変換して出力する帰還増幅器と、前記帰還増幅器の帰還ループを開放し、前記帰還ループの一巡損失を測定する手段と、前記一巡損失を補償する補償増幅器と、前記第一の端子と前記第二の端子との間の電圧信号と、前記帰還増幅器の出力信号とのベクトル電圧比を測定する手段とを備え、前記ベクトル電圧比から前記被測定物のインピーダンスを測定する、ことを特徴とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付の図面に示す好適実施形態に基づいて説明する。本発明の第一の実施形態は、自動平衡ブリッジ法によるインピーダンス測定装置であって、その内部構成図を図４に示す。なお、図１と図４とにおいて、互いに等価な機能および性能を有する構成要素には、同一の参照番号が付してある。
【００２３】
図４において、インピーダンス測定装置２０は、被測定物１００のインピーダンスを測定するために、信号源２００と、電流電圧変換器８００とベクトル電圧計４００とを備える。インピーダンス測定装置２０は、プログラムを実行するコンピュータ装置ＣＴＲＬ２（不図示）の制御により動作する。
【００２４】
被測定物１００は、半導体ウエハー上の複数のＭＯＳデバイスである。図示の便宜上、被測定物１００は、１つのみ図示し「ＤＵＴ」と表示する。本実施の形態ではＭＯＳデバイスのＭＯＳ容量を測定するので、被測定物１００は第一の端子と第二の端子とを有するコンデンサとする。被測定物１００は、ウェハーインターフェース装置７００を介してインピーダンス測定装置２０と接続される。ウェハーインターフェース装置７００は、図示しないが、スイッチ・マトリックス、チャック、および、プローブカードなどを備える。図４において、ウェハーインターフェース装置７００とケーブル５１０とケーブル５２０とが接続される点を、Ｈｉｇｈ端子と称する。また、ウェハーインターフェース装置７００とケーブル５３０とケーブル５４０とが接続される点を、Ｌｏｗ端子と称する。なお、被測定物１００は、端子を少なくとも２つ有していれば良いので、トランジスタのように３以上の端子を有する素子または回路などであっても良い。その場合、３以上の端子のうち２つが測定に用いられる。
【００２５】
信号源２００は、ケーブル５１０およびウェハーインターフェース装置７００を介して被測定物１００の第一の端子に接続され、被測定物１００に印加する測定信号を発生する信号源である。また、信号源２００は、ケーブル５１０、ケーブル５２０およびバッファ５５０を介してベクトル電圧計４００にも接続され、測定信号をベクトル電圧計４００に供給する。測定信号は、単一正弦波信号とする。しかし、測定信号は、単一正弦波信号に限定されず、複数の正弦波を含む信号であっても良い。
【００２６】
電流電圧変換器８００は、被測定物１００に流れる電流を変換して電圧信号をバッファ５６０へ出力するものである。電流電圧変換器８００は、零位検出器３１０と、狭帯域増幅器９００と、バッファ３２０と、レンジ抵抗器３３０とを備える。ケーブル５３０、零位検出器３１０、狭帯域増幅器９００、バッファ３２０、レンジ抵抗器３３０、および、ケーブル５４０は、負帰還ループ８１０を形成している。
【００２７】
零位検出器３１０は、レンジ抵抗器３３０に流れる電流と被測定物１００に流れる電流とを平衡させて、ケーブル５３０を介して零位検出器３１０の入力端子に流れ込む電流を零にするような信号を狭帯域増幅器９００へ出力する。レンジ抵抗器３３０に流れる電流と被測定物１００に流れる電流とが平衡する時、Ｌｏｗ端子の電圧は仮想接地される。
【００２８】
ここで、図５を参照する。図５は、狭帯域増幅器９００の内部構成を示す図である。狭帯域増幅器９００は、位相検波器９１０と、フィルタ９２０およびフィルタ９３０と、可変利得増幅器９４１および可変利得増幅器９４２と、スイッチ９５１およびスイッチ９５２と、定電圧源９６１および定電圧源９６２と、ベクトル変調器９７０と、スイッチ９８０およびスイッチ９９０を備え、零位検出器３１０の出力信号を増幅してバッファ３２０へ出力する。
【００２９】
位相検波器９１０は、混合器９１１および混合器９１２と、信号源９１３および信号源９１４とを備える。信号源９１３は、正弦波信号を発生し混合器９１１へ供給する。また、信号源９１４は、余弦波信号を発生し混合器９１２へ供給する。信号源９１３が出力する正弦波信号と信号源９１４が出力する余弦波信号は、測定信号と同一の周波数を有し、互いに直交する。従って、混合器９１１と混合器９１２は、零位検出器３１０の出力信号を同相成分と直交成分とに直交分解して、フィルタ９２０およびフィルタ９３０へ出力する。信号源９１３の出力信号および信号源９１４の出力信号は、測定信号と同一の周波数を有し互いに直交する信号であれば良く、例えば、正弦波信号の代わりに矩形波信号であっても良い。
【００３０】
フィルタ９２０は、抵抗器９２１と増幅器９２２とコンデンサ９２３とを具備する積分器であって、混合器９１１の出力信号を積分する。また、フィルタ９３０は、抵抗器９３１と増幅器９３２とコンデンサ９３３とを具備する積分器であって、混合器９１２の出力信号を積分する。
【００３１】
可変利得増幅器９４１は、フィルタ９２０の出力信号を増幅してスイッチ９５１へ出力する。また、可変利得増幅器９４２は、フィルタ９３０の出力信号を増幅してスイッチ９５２へ出力する。可変利得増幅器９４１および可変利得増幅器９４２の利得は、同一の利得を有し、コンピュータ装置ＣＴＲＬ２により可変される。
【００３２】
スイッチ９５１は、可変利得増幅器９４１の出力信号または定電圧源９６１の出力信号のいずれかを選択して、ベクトル変調器９７０へ出力する。また、スイッチ９５２は、可変利得増幅器９４２の出力信号または定電圧源９６２の出力信号のいずれかを選択して、ベクトル変調器９７０へ出力する。
【００３３】
ベクトル変調器９７０は、混合器９７１および混合器９７２と、信号源９７３および信号源９７４と、加算器９７５とを備える。信号源９７３は、正弦波信号を発生し混合器９７１へ供給する。また、信号源９７４は、余弦波信号を発生し混合器９７２へ供給する。信号源９７３が出力する正弦波信号と信号源９７４が出力する余弦波信号は、測定信号と同一の周波数を有し、互いに直交する。混合器９７１は、信号源９７３から出力される正弦波信号をスイッチ９５１の出力信号で変調し出力する。混合器９７２は、信号源９７４から出力される余弦波信号をスイッチ９５２の出力信号で変調し出力する。混合器９７１から出力される電圧信号と混合器９７２から出力される電圧信号は、加算器９７５により加算され、バッファ３２０へ出力される。なお、信号源９７３の出力信号および信号源９７４の出力信号は、測定信号と同一の周波数を有し互いに直交する信号であれば良く、正弦波信号に限定されず、例えば、正弦波信号の代わりに矩形波信号であっても良い。
【００３４】
スイッチ９８０は、必要に応じて、位相検波器９１０へ入力される信号をベクトル電圧計４００へ供給する。また、スイッチ９９０は、必要に応じて、混合器９７１の出力信号をベクトル電圧計４００へ供給する。
【００３５】
再び、図４を参照する。ベクトル電圧計４００は、バッファ５５０の出力信号Ｅｄｕｔおよびバッファ５６０の出力信号Ｅｒｒをそれぞれ測定する。制御装置ＣＴＲＬ２は、測定された信号Ｅｄｕｔと信号Ｅｒｒとのベクトル比を計算し、さらに、計算したベクトル比とレンジ抵抗器３３０の抵抗値とから被測定物１００のインピーダンスを算出する。図示しないが、レンジ抵抗器３３０は、抵抗値の異なる複数の抵抗器から構成されており、測定しようとする被測定物１００のインピーダンスに応じて、それらの抵抗器が適宜選択される。これにより、インピーダンス測定装置２０は、広範囲のインピーダンス値を測定することができる。
【００３６】
次に、インピーダンス測定装置２０の動作手順を以下に説明する。前述の通り、インピーダンス測定装置２０は、プログラムを実行するコンピュータ装置ＣＴＲＬ２の制御により動作する。従って、以下の動作手順は、コンピュータ装置ＣＴＲＬ２が実行するプログラムの流れを説明するものでもある。ここで、インピーダンス測定装置２０の動作手順を示すフローチャートを図６に示す。
【００３７】
まず、ステップ１０において、インピーダンス測定装置２０は、装置全体の初期化を行う。例えば、装置内の電圧オフセット調整などが行われる。
【００３８】
次に、ステップ２０において、負帰還ループ８１０を開放し、負帰還ループの一巡損失および一巡位相推移を測定するための調整用信号を出力し、その調整用信号（原信号）を測定する。なお、一巡損失および一巡位相推移は、一巡伝達関数の損失および位相である。具体的には、信号源２００の出力信号を零または直流信号にし、スイッチ９５１およびスイッチ９５２をＡ側にして、定電圧源９６１と混合器９７１を、定電圧源９６２と混合器９７２を、それぞれ導通させる。信号源２００を零または直流信号にすると、Ｈｉｇｈ端子は接地される。信号源９７３から正弦波信号を出力し、信号源９７４の出力は零にするか直流信号を出力させる。この設定状態における混合器９７１の出力信号を調整用信号として用いる。さらに、スイッチ９９０をオンにし、ベクトル電圧計４００で調整用信号のベクトル電圧を測定する。
【００３９】
次に、ステップ３０において、負帰還ループ８１０を開放したまま、負帰還ループの一巡した調整用信号を測定する。具体的には、スイッチ９９０をオフにし、スイッチ９８０をオンにする。そして、ベクトル電圧計４００で負帰還ループの一巡した調整用信号のベクトル電圧を測定する。
【００４０】
次に、ステップ４０において、一巡損失と一巡位相推移を計算し、一巡損失を補償し、一巡位相推移を所定値になるよう制御する。具体的には、ステップ２０において測定したベクトル電圧値とステップ３０において測定したベクトル電圧値とを比較する事により、ベクトル電圧の大きさの比と位相角の差とを求める。ベクトル電圧の大きさの比が一巡損失であり、位相角の差が一巡位相推移である。一巡損失を補償するために、可変利得増幅器９４１および可変利得増幅器９４２の利得をさらに一巡損失の逆数倍に設定する。また、一巡位相推移を所定値になるよう制御するために、信号源９１３の出力信号と信号源９１４の出力信号の位相を制御する。電流電圧変換器８００は、一巡位相推移が１８０°である時、最も早く整定する。言い換えれば、測定開始までの時間が短縮される。従って、一巡位相推移から１８０°を引いた値がφとなるように、信号源９１３の出力信号の位相と信号源９１４の出力信号の位相を制御する。上記のように一巡損失の補償と一巡位相推移の制御を施すことにより、電流電圧変換器８００は、接続される被測定物１００のインピーダンスやウェハーインターフェース装置７００の対地容量、ケーブル５１０などの総対地容量、および、測定信号の周波数に依らず、整定時間を均一にし、かつ、全体的に短くすることができる。なお、一巡位相推移の制御は、信号源９７３の出力信号の位相と信号源９７４の出力信号の位相を制御して行うようにしても構わない。
【００４１】
次に、ステップ５０において、負帰還ループ８１０を閉じ、被測定物１００のインピーダンスを測定する。具体的には、スイッチ９５１およびスイッチ９５２をＴ側にして、可変利得増幅器９４１と混合器９７１を、可変利得増幅器９４２と混合器９７２を、それぞれ導通させる。信号源９７４から余弦波信号を出力させる。スイッチ９８０およびスイッチ９９０は、ともにオフにする。ベクトル電圧計４００によりバッファ５５０の出力信号Ｅｄｕｔおよびバッファ５６０の出力信号Ｅｒｒをそれぞれ測定する。さらに、制御装置ＣＴＲＬ２により、測定された信号Ｅｄｕｔと信号Ｅｒｒとのベクトル比を計算し、計算したベクトル比とレンジ抵抗器３３０の抵抗値とから被測定物１００のインピーダンスを算出する。
【００４２】
次に、ステップ６０において、算出したインピーダンスを表示画面（不図示）に、または、インピーダンス測定装置２０に接続されたプリンタ（不図示）などに出力する。
【００４３】
以上説明した本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に記載した本発明の説明のための一実施形態にすぎず、特許請求の範囲で示した権利範囲内において種々の変形を行うことができることは、当業者にとって明らかである。最後に、本発明の広汎な応用の可能性に鑑み、本発明の実施態様の幾つかを以下に示す。
【００４４】
（実施態様１）
信号源に接続される第一の端子を有する素子または回路に接続される電流電圧変換器であって、
前記素子または前記回路の第二の端子に接続され、前記第二の端子を仮想接地するとともに、前記素子または前記回路に流れる電流信号を電圧信号に変換して出力する帰還増幅器と、
前記帰還増幅器の帰還ループを開放し、前記帰還ループの一巡損失を測定する手段と、
前記一巡損失を補償する補償増幅器と、
を備えることを特徴とする電流電圧変換器。
【００４５】
（実施態様２）
さらに、前記帰還ループの開放時に、前記帰還ループの一巡位相推移を測定する手段と、
前記一巡位相推移を所定値になるよう制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする実施態様１に記載の電流電圧変換器。
【００４６】
（実施態様３）
前記帰還ループを開放する時または前記帰還ループの一巡損失を測定する時、前記信号源の出力を零または直流信号となるように制御することを特徴とする実施態様１または実施態様２に記載の電流電圧変換器。
【００４７】
（実施態様４）
前記帰還増幅器は、変調形の狭帯域増幅器を備え、
前記狭帯域増幅器は、位相検波器とフィルタとベクトル変調器とを具備する、
ことを特徴とする実施態様１乃至３のいずれかに記載の電流電圧変換器。
【００４８】
（実施態様５）
前記補償増幅器は、前記位相検波器と前記ベクトル変調器との間に備えられる、
ことを特徴とする実施態様４に記載の電流電圧変換器。
【００４９】
（実施態様６）
前記制御手段は、前記位相検波器に印加される信号と前記ベクトル変調器に印加される信号との位相差を制御する、
ことを特徴とする実施態様４または実施態様５に記載の電流電圧変換器。
【００５０】
（実施態様７）
前記帰還ループの開放は、前記位相検波器と前記ベクトル変調器との間を開放して行われる、
ことを特徴とする実施態様４乃至６のいずれかに記載の電流電圧変換器。
【００５１】
（実施態様８）
前記帰還増幅器は、零位検出器と帰還回路とをさらに備え、
前記零位検出器は、前記第二の端子に接続され、入力される電流信号を零位検出器により電圧信号に変換し、
前記狭帯域増幅器は、前記変換された電圧信号を前記位相検波器により同相成分と直交成分に分解し、前記同相成分と前記直交成分をそれぞれ前記フィルタにより濾波し、前記濾波された同相成分と前記濾波された直交成分を前記ベクトル変調器でベクトル変調して、ベクトル電圧信号を出力し、
前記帰還回路は、前記ベクトル信号を前記零位検出器へ入力する、
ことを特徴とする実施態様４乃至７のいずれかに記載の電流電圧変換器。
【００５２】
（実施態様９）
前記素子または前記回路は、容量性素子または容量性回路である、
ことを特徴とする実施態様１乃至８のいずれかに記載の電流電圧変換器。
【００５３】
（実施態様１０）
被測定物の第一の端子に接続される信号源と、
前記被測定物の第二の端子に接続され、前記第二の端子を仮想接地するとともに、前記被測定物に流れる電流信号を電圧信号に変換して出力する帰還増幅器と、
前記帰還増幅器の帰還ループを開放し、前記帰還ループの一巡損失を測定する手段と、
前記一巡損失を補償する補償増幅器と、
前記第一の端子と前記第二の端子との間の電圧信号と、前記帰還増幅器の出力信号とのベクトル電圧比を測定する手段を備え、
前記ベクトル電圧比から前記被測定物のインピーダンスを測定する、
ことを特徴とするインピーダンス測定装置。
【００５４】
（実施態様１１）
さらに、前記帰還ループの開放時に前記帰還ループの一巡位相推移を測定する手段と、
前記一巡位相推移を所定値になるよう制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする実施態様１０に記載のインピーダンス測定装置。
【００５５】
（実施態様１２）
前記帰還ループの一巡損失を測定する時または前記帰還ループを開放する時、前記信号源の出力を零または直流信号となるように制御することを特徴とする実施態様１０または実施態様１１に記載のインピーダンス測定装置。
【００５６】
（実施態様１３）
前記帰還増幅器は、変調形の狭帯域増幅器を備え、
前記狭帯域増幅器は、位相検波器とフィルタとベクトル変調器とを具備する、
ことを特徴とする実施態様１０乃至１２のいずれかに記載のインピーダンス測定装置。
【００５７】
（実施態様１４）
前記補償増幅器は、前記位相検波器と前記ベクトル変調器との間に備えられる、
ことを特徴とする実施態様１３に記載のインピーダンス測定装置。
【００５８】
（実施態様１５）
前記制御手段は、前記位相検波器に印加される信号と前記ベクトル変調器に印加される信号との位相差を制御する、
ことを特徴とする実施態様１３または実施態様１４に記載のインピーダンス測定装置。
【００５９】
（実施態様１６）
前記帰還ループの開放は、前記位相検波器と前記ベクトル変調器との間を開放して行われる、
ことを特徴とする実施態様１３乃至１５のいずれかに記載のインピーダンス測定装置。
【００６０】
（実施態様１７）
前記帰還増幅器は、零位検出器と帰還回路とをさらに備え、
前記零位検出器は、前記第二の端子に接続され、入力される電流信号を零位検出器により電圧信号に変換し、
前記狭帯域増幅器は、前記変換された電圧信号を前記位相検波器により同相成分と直交成分に分解し、前記同相成分と前記直交成分をそれぞれ前記フィルタにより濾波し、前記濾波された同相成分と前記濾波された直交成分を前記ベクトル変調器でベクトル変調して、ベクトル電圧信号を出力し、
前記帰還回路は、前記ベクトル信号を前記零位検出器へ入力する、
ことを特徴とする実施態様１３乃至１６のいずれかに記載のインピーダンス測定装置。
【００６１】
（実施態様１８）
前記被測定物は、容量性素子または容量性回路である、
ことを特徴とする実施態様１０乃至１７のいずれかに記載のインピーダンス測定装置。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、信号源に接続される第一の端子を有する素子または回路に接続される電流電圧変換器において、前記素子または前記回路の第二の端子に接続され、前記第二の端子を仮想接地するとともに、前記素子または前記回路に流れる電流信号を電圧信号に変換して出力する帰還増幅器と、前記帰還増幅器の帰還ループを開放し、前記帰還ループの一巡損失を測定する手段と、前記一巡損失を補償する補償増幅器とを備えるようにしたので、前記帰還ループの整定時間が短縮される。
【００６３】
また、前記帰還ループの開放時に前記帰還ループの一巡位相推移を測定する手段と、前記一巡位相推移を所定値になるよう制御する制御手段とを備えるようにしたので、前記帰還ループの整定時間がさらに短縮される。
【００６４】
上記の電流電圧変換器を備えるインピーダンス測定装置についても、前記帰還ループの整定時間を短縮する効果が同様に得られる。すなわち、インピーダンス測定装置において、被測定物の第一の端子に接続される信号源と、前記被測定物の第二の端子に接続され、前記第二の端子を仮想接地するとともに、前記被測定物に流れる電流信号を電圧信号に変換して出力する帰還増幅器と、前記帰還増幅器の帰還ループを開放し、前記帰還ループの一巡損失を測定する手段と、前記一巡損失を補償する補償増幅器と、前記第一の端子と前記第二の端子との間の電圧信号と、前記帰還増幅器の出力信号とのベクトル電圧比を測定する手段とを備え、前記ベクトル電圧比から前記被測定物のインピーダンスを測定するようにしたので、前記帰還ループの整定時間が短縮され、高速に測定することができる。
【００６５】
また、ベクトル測定装置において、前記帰還ループの開放時に前記帰還ループの一巡位相推移を測定する手段と、前記一巡位相推移を所定値になるよう制御する制御手段と、を備えるようにしたので、前記帰還ループの整定時間がさらに短縮され、測定が一層高速になる。
【００６６】
例えば、被測定物が１０ｐＦ程度のコンデンサ、ウェハーインターフェース装置の対地容量が１０００ｐＦ以上あって、１００ｋＨｚの測定信号で被測定物のインピーダンスを測定する場合、本発明のインピーダンス測定装置の測定時間は、従来に比べて３倍以上に高速化された。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術によるインピーダンス測定装置の内部構成を示す図である。
【図２】従来技術によるインピーダンス測定装置に具備される狭帯域増幅器の内部構成を示す図である。
【図３】ウェハーインターフェース装置が付加された従来技術によるインピーダンス測定装置を示す図である。
【図４】本発明のインピーダンス測定装置の内部構成を示す図である。
【図５】本発明のインピーダンス測定装置に具備される狭帯域増幅器の内部構成を示す図である。
【図６】本発明のインピーダンス測定装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２０    インピーダンス測定装置
１００  被測定物
２００  信号源
３１０  零位検出器
３２０，５５０，５６０  バッファ
３３０  レンジ抵抗器
４００  ベクトル電圧計
５１０，５２０，５３０，５４０  ケーブル
７００  ウェハーインターフェース装置
８００  電流電圧変換器
９００  狭帯域増幅器
９１０  位相検波器
９１１，９１２，９７１，９７２  混合器
９１３，９１４，９７３，９７４  信号源
９２０，９３０  フィルタ
９４１，９４２  可変利得増幅器
９５１，９５２，９８０，９９０  スイッチ
９６１，９６２  定電圧源
９７０  ベクトル変調器
９７５  加算器
【図１】
2004317391.tif 000003
【図２】
2004317391.tif 000004
【図３】
2004317391.tif 000005
【図４】
2004317391.tif 000006
【図５】
2004317391.tif 000007
【図６】
2004317391.tif 000008