(57)【要約】【課題】この発明は、電子回路のインピーダンスを測定するための方法であって、試験信号として測定周波数ｆの高周波交流電圧を電子回路の入力に印加して、試験信号に対する回路の応答から、回路のインピーダンスＺを検出し、その場合に、アナライザを用いて、所定の基準インピーダンスＺ0 に対して、基準インピーダンスＺ0 で値Ｓ＝（Ｚ−Ｚ0 ）／（Ｚ＋Ｚ0 ）を示すパラメータＳを取得し、このパラメータＳからインピーダンスＺを求める方法に関し、パラメータＳの計算によるインピーダンス測定時の誤差を最小化することを課題とする。【解決手段】この課題は、Ｚに関して最小の誤差ΔＺが生じるように、測定周波数ｆを設定することによって解決される。【選択図】  図１
2007279039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子回路のインピーダンスを測定するための方法であって、試験信号として測定周波数ｆの高周波交流電圧を電子回路の入力に印加して、試験信号に対する回路の応答から、回路のインピーダンスＺを検出し、その場合に、アナライザを用いて、所定の基準インピーダンスＺ0 に対して、基準インピーダンスＺ0 で値Ｓ＝（Ｚ−Ｚ0 ）／（Ｚ＋Ｚ0 ）を示すパラメータＳを取得し、このパラメータＳから、Ｚ＝Ｚ0 ・（１＋Ｓ）／（１−Ｓ）にもとづき、インピーダンスＺを求める方法において、
回路の既知の特性にもとづき、回路の見込まれるインピーダンス値Ｚ0 を算出し、
Ｓe （ｆ）＝｛Ｚe （ｆ）−Ｚ0 ｝／｛Ｚe （ｆ）＋Ｚ0 ｝にもとづき、パラメータＳの見込まれる値Ｓe を計算し、
アナライザに関して既知の機器特有の誤差曲線ΔＳ＝ｆｕｎｃ（Ｓ）から、値Ｓe に対応する誤差値ΔＳe ＝ｆｕｎｃ（Ｓe ）を算出し、
測定周波数ｆの様々な値に関して、関係式ΔＺe （ｆ）＝Ｚ0 ・｛１＋ΔＳe （ｆ）｝／｛１−ΔＳe （ｆ）｝から、見込まれるインピーダンスＺe の周波数に依存する誤差値ΔＺe （ｆ）を計算し、
見込まれるインピーダンスＺe の誤差値ΔＺe （ｆ）が最小値となる値に測定周波数ｆを設定して、
Ｚに関して最小の誤差ΔＺが生じるように、測定周波数ｆを設定することを特徴とする方法。
【請求項２】
印加される電圧Ｖに依存して生じるインピーダンスを測定するものとし、
回路の既知の特性にもとづき、回路の見込まれるインピーダンス値Ｚ0 を算出し、
Ｓe （Ｖ，ｆ）＝｛Ｚe （Ｖ，ｆ）−Ｚ0 ｝／｛Ｚe （Ｖ，ｆ）＋Ｚ0 ｝にもとづき、パラメータＳの見込まれる値Ｓe （Ｖ）を計算し、
アナライザに関して既知の機器特有の誤差曲線ΔＳ＝ｆｕｎｃ（Ｓ）から、値Ｓe に対応する誤差値ΔＳe ＝ｆｕｎｃ（Ｓe ）を算出し、
測定周波数ｆの様々な値と電圧Ｖの様々な値に関して、関係式ΔＺe （ｆ，Ｖ）＝Ｚ0 ・｛１＋ΔＳe （ｆ，Ｖ）｝／｛１−ΔＳe （ｆ，Ｖ）｝から、見込まれるインピーダンスＺe の周波数に依存する誤差値ΔＺe （ｆ，Ｖ）を計算し、
容量に対する電圧に依存して、見込まれるインピーダンスＺe の誤差値ΔＺe （ｆ，Ｖ）が最小値となる値に測定周波数ｆを設定して、
Ｚに関して最小の誤差ΔＺが生じるように、電圧Ｖに依存して測定周波数ｆを設定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
回路のインピーダンス等価回路から、見込まれるインピーダンスＺe を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
当該のインピーダンスが、ほぼ容量によって生成され、このインピーダンスを用いて、容量の大きさを検出することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
所定の計算用周波数ｆb と、容量Ｃに関して見込まれる計算又はシミュレーション値Ｃ3 とを用いて、Ｚe ＝−ｊ・１／（２πｆb Ｃe ）から、当該の見込まれるインピーダンスを算出することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
当該の計算により、測定周波数を繰り返し設定し、繰り返し実行して算出した周波数を測定周波数として用い、その場合に、計算の繰り返しにより算出した第一の測定周波数により測定したインピーダンスＺを、計算の繰り返しにより見込まれる値Ｚe として用いることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子回路のインピーダンスを測定するための方法であって、試験信号として測定周波数ｆの高周波交流電圧を電子回路の入力に印加して、試験信号に対する回路の応答から、回路のインピーダンスＺを検出し、その場合に、アナライザを用いて、所定の基準インピーダンスＺ0 に対して、基準インピーダンスＺ0 で値Ｓ＝（Ｚ−Ｚ0 ）／（Ｚ＋Ｚ0 ）を示すパラメータＳを取得し、このパラメータＳから、Ｚ＝Ｚ0 ・（１＋Ｓ）／（１−Ｓ）にもとづき、インピーダンスＺを求める方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品の製造プロセスの間、並びに製造プロセスの終了時の機能検査のために、しばしば電子部品内の電子回路のインピーダンスを測定する必要が有る。試験する回路構成は、通常ＤＵＴ（ＤＵＴ＝device under test 、被測定デバイス）とも称される。
【０００３】
そのようなインピーダンスは、純粋なオーム抵抗Ｒとして得られる場合が有る。しかし、インピーダンスＺは、普通関係式Ｚ＝Ｒ＋ｊＸで表されるような複素数による特性を持っており、ここで、Ｒは実数部（抵抗）であり、Ｘは虚数部（リアクタンス）である。
【０００４】
例えば、回路のインピーダンスは、容量Ｃによって決まる。インピーダンスに対して容量の影響だけが有る場合、実数部はゼロに等しい。その場合、インピーダンスＺは、Ｚ＝−ｊ・１／２πｆＣの通り計算される。
【０００５】
通常の手法では、直流電圧又は３０ＭＨｚまでの交流電圧を回路、例えば、回路の入力に印加することによって、容量の測定を行っている。その場合、測定電圧の時間的な挙動にもとづき、容量の大きさを見積もることができる。
【０００６】
電子部品の製造時において小型化が進行すると、誘電体が益々薄くなることとなる。その結果、誘電体による漏れ電流も大きくなる。このような漏れ電流は、容量測定に関する測定結果を悪化させるという欠点を有する。そのことは、非特許文献１に、特に、その２９頁に記載されている。
【０００７】
この問題に対処するために、１００ＭＨｚを超える範囲の益々高い周波数でインピーダンスが測定されている。その結果、容量に対する電圧の影響範囲が変化し、その結果その範囲においては電磁界だけが依然として作用して、漏れ電流が最小となり、そのため電子損失が起こらなくなる。その場合、（光の場合と同様に）透過率及び／又は反射率を測定することとなる。そして、送信波と受信波から、送信波と受信波の大きさの比率を演算して、パラメータＳとして取得している。この方法は、非特許文献２のその他の様々な測定方法と並んで記載されている。その場合、基準インピーダンスＺ0 の測定誤差が最小であることを出発点としている。
【０００８】
そのような測定は、通常ベクトルネットワークアナライザで行われる。この測定器は、パラメータＳに関して、既知の誤差ΔＳを有する。しかし、従来技術での前提と異なり、一つの同じ基準インピーダンスにおいて誤差の最小値が一定ではないことが分かっている。むしろ、所定のＤＵＴに関する、この誤差ΔＳは、測定周波数にも依存し、その結果このようにして得られた測定結果は、限定的にしか適さないものとなる。
【０００９】
従来の手法は、非特許文献３と４に記載されているような方法によりΔＳの計算を行っている。
【非特許文献１】"Evaluation of MOS Capacitor Oxide C-V Characteristics Using the Agilent 4294A", Agilent Technologies, Inc. 2002, 5988-5102EN
【非特許文献２】"Integrating high frequency capacitance measurement for monitoring process variation of equivalent oxide thickness of ultra-thin gate dielectrics", Keithley Instruments Inc., 2004, No. 24744041KGW
【非特許文献３】EA-10/12・ EA guidlines on the Evaluation of Vector Network Analysers (VNA), European co-operation for Accreditation, May 2000
【非特許文献４】Application Note "What Is Your Measurement Accuracy? Vector Network Analyzer", Anritsu Microwave Measurement Division, Morgan Hill, CA, September 2001
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、この発明の課題は、パラメータＳの計算によるインピーダンス測定時の誤差を最小化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題は、この発明にもとづき、請求項１の特徴により解決される、即ち、電子回路のインピーダンスを測定するための方法であって、試験信号として測定周波数ｆの高周波交流電圧を電子回路の入力に印加して、試験信号に対する回路の応答から、回路のインピーダンスＺを検出し、その場合に、アナライザを用いて、所定の基準インピーダンスＺ0 に対して、基準インピーダンスＺ0 で値Ｓ＝（Ｚ−Ｚ0 ）／（Ｚ＋Ｚ0 ）を示すパラメータＳを取得し、このパラメータＳから、Ｚ＝Ｚ0 ・（１＋Ｓ）／（１−Ｓ）にもとづき、インピーダンスＺを求める方法において、回路の既知の特性にもとづき、回路の見込まれるインピーダンス値Ｚ0 を算出し、Ｓe （ｆ）＝｛Ｚe （ｆ）−Ｚ0 ｝／｛Ｚe （ｆ）＋Ｚ0 ｝にもとづき、パラメータＳの見込まれる値Ｓe を計算し、アナライザに関して既知の機器特有の誤差曲線ΔＳ＝ｆｕｎｃ（Ｓ）から、値Ｓe に対応する誤差値ΔＳe ＝ｆｕｎｃ（Ｓe ）を算出し、測定周波数ｆの様々な値に関して、関係式ΔＺe （ｆ）＝Ｚ0 ・｛１＋ΔＳe （ｆ）｝／｛１−ΔＳe （ｆ）｝から、見込まれるインピーダンスＺe の周波数に依存する誤差値ΔＺe （ｆ）を計算し、見込まれるインピーダンスＺe の誤差値ΔＺe （ｆ）が最小値となる値に測定周波数ｆを設定して、Ｚに関して最小の誤差ΔＺが生じるように、測定周波数ｆを設定することによって解決される。
【００１２】
従属請求項２〜６は、この発明による方法の有利な実施形態を記載している。即ち、有利な実施形態において、印加される電圧Ｖに依存して生じるインピーダンスを測定することと、回路の既知の特性にもとづき、回路の見込まれるインピーダンス値Ｚ0 を算出し、Ｓe （Ｖ，ｆ）＝｛Ｚe （Ｖ，ｆ）−Ｚ0 ｝／｛Ｚe （Ｖ，ｆ）＋Ｚ0 ｝にもとづき、パラメータＳの見込まれる値Ｓe （Ｖ）を計算し、アナライザに関して既知の機器特有の誤差曲線ΔＳ＝ｆｕｎｃ（Ｓ）から、値Ｓe に対応する誤差値ΔＳe ＝ｆｕｎｃ（Ｓe ）を算出し、測定周波数ｆの様々な値と電圧Ｖの様々な値に関して、関係式ΔＺe （ｆ，Ｖ）＝Ｚ0 ・｛１＋ΔＳe （ｆ，Ｖ）｝／｛１−ΔＳe （ｆ，Ｖ）｝から、見込まれるインピーダンスＺe の周波数に依存する誤差値ΔＺe （ｆ，Ｖ）を計算し、容量に対する電圧に依存して、見込まれるインピーダンスＺe の誤差値ΔＺe （ｆ，Ｖ）が最小値となる値に測定周波数ｆを設定して、Ｚに関して最小の誤差ΔＺが生じるように、電圧Ｖに依存して測定周波数ｆを設定するものとする。有利な実施形態では、回路のインピーダンス等価回路から、見込まれるインピーダンスＺe を算出するものとする。有利な実施形態では、当該のインピーダンスが、ほぼ容量によって生成され、このインピーダンスを用いて、容量の大きさを検出するものとする。有利な実施形態では、所定の計算用周波数ｆb と、容量Ｃに関して見込まれる計算又はシミュレーション値Ｃ3 とを用いて、Ｚe ＝−ｊ・１／（２πｆb Ｃe ）から、当該の見込まれるインピーダンスを算出するものとする。有利な実施形態では、当該の計算により、測定周波数を繰り返し設定し、繰り返し実行して算出した周波数を測定周波数として用い、その場合に、計算の繰り返しにより算出した第一の測定周波数により測定したインピーダンスＺを、計算の繰り返しにより見込まれる値Ｚe として用いるものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下において、実施例にもとづき、この発明を詳しく説明する。この実施例は、ゲート酸化膜が薄いＭＯＳＦＥＴでの容量測定に関する。
【００１４】
図１に図示されている通り、ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）を用いて、詳しく図示されていない電子部品内の電子回路（ＤＵＴ；被測定デバイス）のインピーダンスＺDUT をパラメータＳにより計算する。ＤＵＴの実際のパラメータは、ＺDUT ＝Ｒ＋ｊＸとＳDUT ＝（Ｒ＋ｊＸ−Ｚ0 ）／（Ｒ＋ｊＸ＋Ｚ0 ）である。測定したインピーダンス値は、Ｚmeas＝Ｚ0 ・（１＋Ｓmeas）／（１−Ｓmeas）である。
【００１５】
図２に図示されている通り、ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）は、誤差ΔＳを有し、この誤差は、測定するインピーダンスの誤差ΔＺをも生じさせる。即ち、誤差ΔＳの結果として、Ｓmeas＝ＳDUT ＋ΔＳとそのためＺmeas＝Ｚ0 ・｛１＋（ＳDUT ＋ΔＳ）｝／｛１−（ＳDUT ＋ΔＳ）｝が得られる。その結果、インピーダンスに関する誤差ΔＺ＝｜ＺDUT −Ｚmeas｜／｜ＺDUT ｜となる。
【００１６】
図３は、測定結果の誤差ΔＳの複素数の作用を図示している。
【００１７】
測定するインピーダンスＺDUT が測定周波数に依存することが分かる。更に、測定する回路のパラメータＳは、測定するインピーダンスＺDUT に依存する。従って、ベクトルネットワークアナライザの測定精度は、パラメータＳに依存することとなる。
【００１８】
この発明では、図４〜６に図示されている通り、様々な周波数での誤差ΔＳの評価を行っている。
【００１９】
図７から分かる通り、出来る限り精確に容量を算出することが可能であるためには、グラフの目印を付けた領域から、そのような見込まれる容量Ｃに関する測定周波数ｆを選定すべきである。
【００２０】
図８に図示されている通り、この発明にもとづく方法によって達成される測定結果が変動する誤差範囲（エラーバー）を示すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ベクトルネットワークアナライザにより容量Ｃを検出する回路測定の原理図
【図２】ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）の誤差ΔＳの実数部と虚数部のグラフ
【図３】誤差ΔＳの発生形状の原理図
【図４】測定するインピーダンスＺで生じる誤差ΔＺの複素表示図
【図５】図４の虚数部に関する抜粋図
【図６】測定するインピーダンスと見込まれるパラメータの等価回路の構成図
【図７】見込まれる容量に依存して測定周波数ｆを選定し、出来る限り小さい測定誤差を達成するための図
【図８】達成される測定結果の変動をエラーバーで示した図
【図１】
2007279039.tif 000003
【図２】
2007279039.tif 000004
【図３】
2007279039.tif 000005
【図４】
2007279039.tif 000006
【図５】
2007279039.tif 000007
【図６】
2007279039.tif 000008
【図７】
2007279039.tif 000009
【図８】
2007279039.tif 000010