JP2000055956A - 微小容量測定システム及びプロービングシステム - Google Patents
微小容量測定システム及びプロービングシステムInfo
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
- G01R27/2605—Measuring capacitance
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- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 シールドボックス１１内の寄生容量やその変
動の影響を除去して被測定容量の容量値を測定するこ
と。 【解決手段】 微小容量測定システムは、プローバ１
と、一端が被測定試料と接触する信号線と、信号線を包
囲するシールド線と、容量測定回路６とを備え、容量測
定回路６は、信号線の他端が接続された反転入力端子と
シールド線が接続された非反転入力端子とを有し、反転
入力端子と非反転入力端子との間がイマジナリ・ショー
トの状態であり、非反転入力端子に交流信号を印加した
とき、被測定試料の静電容量に対応する値を持つ信号を
出力する演算増幅器６１を備える。シールドボックス１
１の導電性部分、スタンド１３の導電性部分、被測定試
料とスタンド１３とが接する面及びシールド線は同電位
とされる。
動の影響を除去して被測定容量の容量値を測定するこ
と。 【解決手段】 微小容量測定システムは、プローバ１
と、一端が被測定試料と接触する信号線と、信号線を包
囲するシールド線と、容量測定回路６とを備え、容量測
定回路６は、信号線の他端が接続された反転入力端子と
シールド線が接続された非反転入力端子とを有し、反転
入力端子と非反転入力端子との間がイマジナリ・ショー
トの状態であり、非反転入力端子に交流信号を印加した
とき、被測定試料の静電容量に対応する値を持つ信号を
出力する演算増幅器６１を備える。シールドボックス１
１の導電性部分、スタンド１３の導電性部分、被測定試
料とスタンド１３とが接する面及びシールド線は同電位
とされる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、浮遊容量の影響
を除去することにより、微小な容量値を数ｆＦのオーダ
ーの精度で高精度で測定することを可能にする微小容量
測定システムに関する。
を除去することにより、微小な容量値を数ｆＦのオーダ
ーの精度で高精度で測定することを可能にする微小容量
測定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は、シリコン基板上に形成される容
量の容量値を測定するための従来の容量測定システムの
構成を概略的に示している。この測定システムはプロー
バ１と容量計２とを備え、プローバ１は接地されたシー
ルドボックス１１を有している。シールドボックス１１
内には、被測定容量１２を形成する被測定試料を載置す
るための且つ接地されたステージ１３が設けられる。ス
テージ１３の周囲を囲む台の上にマニピュレータ１４が
配置され、マニピュレータ１４の導電性部分は接地され
る。それぞれの外部導体がシールドボックス１１に電気
的に接続されて接地された同軸ケーブル３、４のうち、
一方の同軸ケーブル３の内部導体の一端は被測定試料に
対向して被測定容量１２を形成する測定電極に接続さ
れ、他端は容量計２の検出端子（入力端子）に接続され
る。こうして、内部導体３１は測定電極と容量計とを結
ぶ信号線として動作する。他方の同軸ケーブル４の内部
導体の一端は被測定試料に接続され、他端は接地され
る。マニピュレータ１４は、この実施の形態において
は、同軸ケーブル３、４の内部導体の一端が測定電極及
び被測定試料と接触する位置を調整するためのアクチュ
エータを含むものである。また、プローバ１には顕微鏡
が備え付けられている。
量の容量値を測定するための従来の容量測定システムの
構成を概略的に示している。この測定システムはプロー
バ１と容量計２とを備え、プローバ１は接地されたシー
ルドボックス１１を有している。シールドボックス１１
内には、被測定容量１２を形成する被測定試料を載置す
るための且つ接地されたステージ１３が設けられる。ス
テージ１３の周囲を囲む台の上にマニピュレータ１４が
配置され、マニピュレータ１４の導電性部分は接地され
る。それぞれの外部導体がシールドボックス１１に電気
的に接続されて接地された同軸ケーブル３、４のうち、
一方の同軸ケーブル３の内部導体の一端は被測定試料に
対向して被測定容量１２を形成する測定電極に接続さ
れ、他端は容量計２の検出端子（入力端子）に接続され
る。こうして、内部導体３１は測定電極と容量計とを結
ぶ信号線として動作する。他方の同軸ケーブル４の内部
導体の一端は被測定試料に接続され、他端は接地され
る。マニピュレータ１４は、この実施の形態において
は、同軸ケーブル３、４の内部導体の一端が測定電極及
び被測定試料と接触する位置を調整するためのアクチュ
エータを含むものである。また、プローバ１には顕微鏡
が備え付けられている。
【０００３】図５は、両方の同軸ケーブル３、４のそれ
ぞれの内部導体の一端が測定電極及び被測定試料と接し
た状態を拡大して示している。シリコン基板１２１の一
方の面にフィールド酸化膜１２２を介して、下部電極１
２３として作用する被測定試料が設けられ、下部電極１
２３の上に容量絶縁膜１２４を介して測定電極１２５が
配置されて下部電極１２３と測定電極１２５との間に被
測定容量１２が形成される。シリコン基板１２１の裏
面、即ちステージ１３と接する面は接地される。測定
時、一方の同軸ケーブル３の内部導体３１の一端は測定
電極１２５と接触し、他方の同軸ケーブル４の内部導体
４１の一端は下部電極１２３と接触する。
ぞれの内部導体の一端が測定電極及び被測定試料と接し
た状態を拡大して示している。シリコン基板１２１の一
方の面にフィールド酸化膜１２２を介して、下部電極１
２３として作用する被測定試料が設けられ、下部電極１
２３の上に容量絶縁膜１２４を介して測定電極１２５が
配置されて下部電極１２３と測定電極１２５との間に被
測定容量１２が形成される。シリコン基板１２１の裏
面、即ちステージ１３と接する面は接地される。測定
時、一方の同軸ケーブル３の内部導体３１の一端は測定
電極１２５と接触し、他方の同軸ケーブル４の内部導体
４１の一端は下部電極１２３と接触する。
【０００４】なお、使用形態に応じて、内部導体３１の
一端を下部電極１２３に、内部導体４１を測定電極１２
５に接触させることも可能である（この場合の配置につ
いては後述の図２を参照されたい）。
一端を下部電極１２３に、内部導体４１を測定電極１２
５に接触させることも可能である（この場合の配置につ
いては後述の図２を参照されたい）。
【０００５】従来の容量測定システムは以上述べたとお
りに構成されているため、シールドボックス１１とプロ
ーバ１内の導電性部分との間、シールドボックス１１と
マニピュレータ１４の導電性部分との間、シールドボッ
クス１１とステージ１３との間、ステージ１３とシリコ
ン基板１２１の裏面との間等に浮遊容量が形成されるた
め、この浮遊容量の値が被測定容量の容量値に加算され
ることになる。そこで、浮遊容量の存在に起因する誤測
定を防止するため、従来は、測定電極１２５に内部導体
１５１又は１６１の一端を接触させていないときの容量
計２の出力を誤差値として予め求めておき、その誤差値
を実際の測定した容量値から差し引くようにして測定値
を校正するようにしていた。
りに構成されているため、シールドボックス１１とプロ
ーバ１内の導電性部分との間、シールドボックス１１と
マニピュレータ１４の導電性部分との間、シールドボッ
クス１１とステージ１３との間、ステージ１３とシリコ
ン基板１２１の裏面との間等に浮遊容量が形成されるた
め、この浮遊容量の値が被測定容量の容量値に加算され
ることになる。そこで、浮遊容量の存在に起因する誤測
定を防止するため、従来は、測定電極１２５に内部導体
１５１又は１６１の一端を接触させていないときの容量
計２の出力を誤差値として予め求めておき、その誤差値
を実際の測定した容量値から差し引くようにして測定値
を校正するようにしていた。
【０００６】しかしながら、この浮遊容量は、同軸ケー
ブル３、４の折れ曲がり具合、同軸ケーブル３、４内の
絶縁層の誘電率の温度変化、シールドボックス１１内の
同軸ケーブル、マニピュレータ１４等の導電性部分相互
の位置関係、シールドボックス１１内の大気の誘電率の
温度による変動、計測者の動き、などの諸要因によって
大きく（例えば数百ｆＦのオーダーで）変化する。この
ため、従来の容量測定システムにおいては数十ｐＦ程度
の容量を測定するのが限界であり、数十ｆＦ以下の微小
容量を測定することはできなかった。
ブル３、４の折れ曲がり具合、同軸ケーブル３、４内の
絶縁層の誘電率の温度変化、シールドボックス１１内の
同軸ケーブル、マニピュレータ１４等の導電性部分相互
の位置関係、シールドボックス１１内の大気の誘電率の
温度による変動、計測者の動き、などの諸要因によって
大きく（例えば数百ｆＦのオーダーで）変化する。この
ため、従来の容量測定システムにおいては数十ｐＦ程度
の容量を測定するのが限界であり、数十ｆＦ以下の微小
容量を測定することはできなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の課
題を解決するために成されたものであり、寄生容量の影
響を除去して精度の高い測定値を提供することができる
微小容量測定システムを提供することを目的とする。
題を解決するために成されたものであり、寄生容量の影
響を除去して精度の高い測定値を提供することができる
微小容量測定システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明は、ボックスと、前記ボックス内に被測
定試料を配置したプローバであって、一端が前記被測定
試料と接触させるための検出端子となされた信号線と、
前記信号線を包囲するシールド線とを含むプローバと、
前記ボックスの導電性部分又は前記被測定試料の所定の
導電性部分の少なくとも一方と前記シールド線とを同電
位とする手段と、前記信号線の他端が接続された反転入
力端子と前記シールド線が接続された非反転入力端子と
を有し、前記反転入力端子と前記非反転入力端子との間
がイマジナリ・ショートの状態であり、前記非反転入力
端子に交流信号を印加したとき、前記被測定試料の静電
容量に対応する値を持つ信号を出力する演算増幅器を備
える容量測定回路と、を具備し、前記ボックス内の寄生
容量及びその変動の影響を除去したことを特徴とする微
小容量測定システム、を提供する。
めに、この発明は、ボックスと、前記ボックス内に被測
定試料を配置したプローバであって、一端が前記被測定
試料と接触させるための検出端子となされた信号線と、
前記信号線を包囲するシールド線とを含むプローバと、
前記ボックスの導電性部分又は前記被測定試料の所定の
導電性部分の少なくとも一方と前記シールド線とを同電
位とする手段と、前記信号線の他端が接続された反転入
力端子と前記シールド線が接続された非反転入力端子と
を有し、前記反転入力端子と前記非反転入力端子との間
がイマジナリ・ショートの状態であり、前記非反転入力
端子に交流信号を印加したとき、前記被測定試料の静電
容量に対応する値を持つ信号を出力する演算増幅器を備
える容量測定回路と、を具備し、前記ボックス内の寄生
容量及びその変動の影響を除去したことを特徴とする微
小容量測定システム、を提供する。
【０００９】ここで、ボックスはシールドされているシ
ールドボックスであることが好ましい。また、ボックス
の形状は箱型に限られず、プローバを収納することがで
きる入れ物であればよい。被測定試料の所定の導電性部
分とは、アース（接地）電極を除く、少なくとも或る瞬
間に測定対象となっている電極以外のすべての導電性部
分であることが好ましいが、現実には、それらすべてを
接続することが難しいため、プローブカードのように、
プローブ針に接続されている導電性部分のうち、測定対
象電極以外であってもよいし、可能な他の手段により接
続され得る測定対象電極以外のすべて又はその一部分の
導電性部分であってもよい。
ールドボックスであることが好ましい。また、ボックス
の形状は箱型に限られず、プローバを収納することがで
きる入れ物であればよい。被測定試料の所定の導電性部
分とは、アース（接地）電極を除く、少なくとも或る瞬
間に測定対象となっている電極以外のすべての導電性部
分であることが好ましいが、現実には、それらすべてを
接続することが難しいため、プローブカードのように、
プローブ針に接続されている導電性部分のうち、測定対
象電極以外であってもよいし、可能な他の手段により接
続され得る測定対象電極以外のすべて又はその一部分の
導電性部分であってもよい。
【００１０】前記被測定試料の少なくとも２つの電極の
間には静電容量が形成され、前記検出端子は前記被測定
試料の前記電極とのうちのいずれか一方と接触する。
間には静電容量が形成され、前記検出端子は前記被測定
試料の前記電極とのうちのいずれか一方と接触する。
【００１１】前記シールド線は、前記検出端子を除いて
前記信号線の全長を包囲するものであることが望まし
い。
前記信号線の全長を包囲するものであることが望まし
い。
【００１２】更に、この微小容量測定システムは、前記
被測定試料の前記電極のうちの他方と一端が接触し、他
端が接地された接地信号線と、前記接地信号線を包囲
し、前記シールドボックスと電気的に接続されたシール
ド線と、を備えることが好ましい。そこで、前記プロー
バは、前記信号線と前記接地信号線との一端を前記被測
定試料と前記電極との適所とそれぞれ接触させるための
マニピュレータを備えることが望ましい。プローバの所
定の導電性部分は前記シールドボックスと同電位とされ
る。
被測定試料の前記電極のうちの他方と一端が接触し、他
端が接地された接地信号線と、前記接地信号線を包囲
し、前記シールドボックスと電気的に接続されたシール
ド線と、を備えることが好ましい。そこで、前記プロー
バは、前記信号線と前記接地信号線との一端を前記被測
定試料と前記電極との適所とそれぞれ接触させるための
マニピュレータを備えることが望ましい。プローバの所
定の導電性部分は前記シールドボックスと同電位とされ
る。
【００１３】ここで、プローバの所定の導電性部分と
は、検出端子とその信号線以外の部分の一部又は全部を
意味する。前記被測定試料は例えば半導体ウェハであ
る。
は、検出端子とその信号線以外の部分の一部又は全部を
意味する。前記被測定試料は例えば半導体ウェハであ
る。
【００１４】
【作用】演算増幅器の反転入力端子と非反転入力端子と
の間がイマジナリ・ショートの状態にあるため、シール
ドボックス内の任意の寄生容量及びその変動の影響が除
去され、被測定容量の容量値が高精度に測定される。
の間がイマジナリ・ショートの状態にあるため、シール
ドボックス内の任意の寄生容量及びその変動の影響が除
去され、被測定容量の容量値が高精度に測定される。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図１〜図３を参照しなが
ら、この発明の一つの実施の形態を詳細に説明する。図
１は、この発明に係る微小容量測定システムの構成を概
略的に示す図であり、図２は、図１の微小容量測定シス
テムにおける被測定試料付近を拡大して示す図である。
図１及び図２において、図４及び図５に示す構成要素と
同じ又は同等の構成要素には同一の参照数字を付すこと
にし、それらの構成要素についての説明は省略する。
ら、この発明の一つの実施の形態を詳細に説明する。図
１は、この発明に係る微小容量測定システムの構成を概
略的に示す図であり、図２は、図１の微小容量測定シス
テムにおける被測定試料付近を拡大して示す図である。
図１及び図２において、図４及び図５に示す構成要素と
同じ又は同等の構成要素には同一の参照数字を付すこと
にし、それらの構成要素についての説明は省略する。
【００１６】図１において、この発明に係る微小容量測
定システムは、プローバ１と、容量測定装置５とを含
む。プローバ１は、図４及び図５について既に説明した
のと同様の構成を有しており、シールドボックス１、ス
テージ１３、マニピュレータ１４を備え、ステージ１３
に被測定容量１２を形成する被測定試料が載置される。
シールドボックス１１、ステージ１３の導電性部分、マ
ニピュレータ１４の導電性部分、シリコン基板１２１の
裏面等、プローバ１全体の導電性部分は互いに電気的に
接続されて同電位とされる。
定システムは、プローバ１と、容量測定装置５とを含
む。プローバ１は、図４及び図５について既に説明した
のと同様の構成を有しており、シールドボックス１、ス
テージ１３、マニピュレータ１４を備え、ステージ１３
に被測定容量１２を形成する被測定試料が載置される。
シールドボックス１１、ステージ１３の導電性部分、マ
ニピュレータ１４の導電性部分、シリコン基板１２１の
裏面等、プローバ１全体の導電性部分は互いに電気的に
接続されて同電位とされる。
【００１７】容量測定装置５は容量測定回路６と同軸ケ
ーブル７とを含み、同軸ケーブル７の外部導体７１はシ
ールドボックス１１に電気的に接続されると共に、内部
導体７２の先端が１００ミクロン以下の長さだけ露出す
るように被測定容量１２の近くまで延びて内部導体７２
をシールドする。同軸ケーブル７の内部導体７２の露出
した先端部は検出端子として作用し、マニピュレータ１
４によって位置調整されて下部電極１２３の適宜の位置
に接触する。内部導体７２の先端部すなわち検出端子の
断面直径は３０ミクロン以下であることが望ましい。
ーブル７とを含み、同軸ケーブル７の外部導体７１はシ
ールドボックス１１に電気的に接続されると共に、内部
導体７２の先端が１００ミクロン以下の長さだけ露出す
るように被測定容量１２の近くまで延びて内部導体７２
をシールドする。同軸ケーブル７の内部導体７２の露出
した先端部は検出端子として作用し、マニピュレータ１
４によって位置調整されて下部電極１２３の適宜の位置
に接触する。内部導体７２の先端部すなわち検出端子の
断面直径は３０ミクロン以下であることが望ましい。
【００１８】容量絶縁膜１２４を介して下部電極１２３
に対向する測定電極１２５を接地するために、他の同軸
ケーブル８が設けられる。図２に示すとおり、同軸ケー
ブル８の内部導体８２の先端部は測定電極１２５に接触
し、内部導体７２の他端は接地される。同軸ケーブル８
の外部導体８１は被測定容量１２に近接した側まで延び
て内部導体８１の先端部のみを１００ミクロン以下の長
さだけ露出させると共に、シールドボックス１１に電気
的に接続される。マニピュレータ１４は内部導体８２の
露出された先端部を測定電極１２５の適宜の位置に接触
させる。この露出した先端部の直径は３０ミクロン以下
であることが望ましい。
に対向する測定電極１２５を接地するために、他の同軸
ケーブル８が設けられる。図２に示すとおり、同軸ケー
ブル８の内部導体８２の先端部は測定電極１２５に接触
し、内部導体７２の他端は接地される。同軸ケーブル８
の外部導体８１は被測定容量１２に近接した側まで延び
て内部導体８１の先端部のみを１００ミクロン以下の長
さだけ露出させると共に、シールドボックス１１に電気
的に接続される。マニピュレータ１４は内部導体８２の
露出された先端部を測定電極１２５の適宜の位置に接触
させる。この露出した先端部の直径は３０ミクロン以下
であることが望ましい。
【００１９】容量測定回路６は演算増幅器６１を備え、
同軸ケーブル７の外部導体７１の他端は演算増幅器６１
の非反転入力端子（＋）に、内部導体７２の他端は演算
増幅器６１の反転入力端子（−）にそれぞれ接続され
る。以下、容量測定回路６の構成と動作について、図３
を用いて説明する。
同軸ケーブル７の外部導体７１の他端は演算増幅器６１
の非反転入力端子（＋）に、内部導体７２の他端は演算
増幅器６１の反転入力端子（−）にそれぞれ接続され
る。以下、容量測定回路６の構成と動作について、図３
を用いて説明する。
【００２０】図３において、演算増幅器６１はその電圧
利得の方が閉ループ利得よりも極めて大きく、その開ル
ープ利得が無限大に近い演算増幅器であり、その出力端
子６２と反転入力端子（−）との間に帰還抵抗６３が接
続されていて演算増幅器６１に負帰還がかかっている。
演算増幅器６１の非反転入力端子（＋）には交流信号発
生器６４が接続される。同軸ケーブル７の外部導体７１
は、外部からのノイズ等の不要信号が内部導体７２に誘
導されるのを防止するよう動作するが、接地されず、前
記のとおり、演算増幅器１の非反転入力端子（＋）と接
続される。この結果、シールドボックス１１、ステージ
１３の導電性部分、マニピュレータ１４の導電性部分、
シリコン基板１２１の裏面等、プローバ１全体の導電性
部分も、演算増幅器６１の非反転入力端子（＋）と短絡
されることになる。
利得の方が閉ループ利得よりも極めて大きく、その開ル
ープ利得が無限大に近い演算増幅器であり、その出力端
子６２と反転入力端子（−）との間に帰還抵抗６３が接
続されていて演算増幅器６１に負帰還がかかっている。
演算増幅器６１の非反転入力端子（＋）には交流信号発
生器６４が接続される。同軸ケーブル７の外部導体７１
は、外部からのノイズ等の不要信号が内部導体７２に誘
導されるのを防止するよう動作するが、接地されず、前
記のとおり、演算増幅器１の非反転入力端子（＋）と接
続される。この結果、シールドボックス１１、ステージ
１３の導電性部分、マニピュレータ１４の導電性部分、
シリコン基板１２１の裏面等、プローバ１全体の導電性
部分も、演算増幅器６１の非反転入力端子（＋）と短絡
されることになる。
【００２１】演算増幅器６１の反転入力端子（−）に
は、同軸ケーブル７の内部導体７２の一端が接続され、
内部導体７２の他端は被測定容量１２を形成する一方の
電極である下部電極１２３に接触する。被測定容量１２
を形成する他方の電極である測定電極１２５は同軸ケー
ブル８の内部導体８２を介して接地される。
は、同軸ケーブル７の内部導体７２の一端が接続され、
内部導体７２の他端は被測定容量１２を形成する一方の
電極である下部電極１２３に接触する。被測定容量１２
を形成する他方の電極である測定電極１２５は同軸ケー
ブル８の内部導体８２を介して接地される。
【００２２】演算増幅器６１には帰還抵抗６３を介して
負帰還がかかっており、しかも、演算増幅器６１はその
電圧利得の方が閉ループ利得よりも極めて大きく、その
開ループ利得が無限大に近いので、演算増幅器６１はイ
マジナリ・ショートの状態にある。すなわち、演算増幅
器６１の反転入力端子（−）と非反転入力端子（＋）と
の間の電圧差は実質的にゼロである。したがって、内部
導体７２と外部導体７１とは同電位にあるので、内部導
体７２と外部導体７１との間に生じる浮遊容量をキャン
セルすることができる。このことは、内部導体７２の長
さに無関係に成立するし、内部導体７２の移動や折り曲
げ、折り返し等に関係なく成立することである。
負帰還がかかっており、しかも、演算増幅器６１はその
電圧利得の方が閉ループ利得よりも極めて大きく、その
開ループ利得が無限大に近いので、演算増幅器６１はイ
マジナリ・ショートの状態にある。すなわち、演算増幅
器６１の反転入力端子（−）と非反転入力端子（＋）と
の間の電圧差は実質的にゼロである。したがって、内部
導体７２と外部導体７１とは同電位にあるので、内部導
体７２と外部導体７１との間に生じる浮遊容量をキャン
セルすることができる。このことは、内部導体７２の長
さに無関係に成立するし、内部導体７２の移動や折り曲
げ、折り返し等に関係なく成立することである。
【００２３】いま、交流信号発生器６４の交流出力電圧
をＶｉとし、交流出力電圧Ｖｉの角周波数をωとする。
また、被測定容量１２の静電容量をＣｘ、被測定容量１
２を流れる電流をｉ1、帰還抵抗６３の抵抗値をＲｆ、
帰還抵抗６３を流れる電流をｉ2とし、演算増幅器６１
の反転入力端子（−）における電圧をＶｍ、演算増幅器
６１の出力電圧をＶｏとすると、演算増幅器６１は前述
のとおりイマジナリ・ショートの状態にあるので、反転
入力端子（−）における電圧Ｖｍは交流信号発生器６４
の交流信号出力電圧Ｖｉと同電位である。すなわち、
をＶｉとし、交流出力電圧Ｖｉの角周波数をωとする。
また、被測定容量１２の静電容量をＣｘ、被測定容量１
２を流れる電流をｉ1、帰還抵抗６３の抵抗値をＲｆ、
帰還抵抗６３を流れる電流をｉ2とし、演算増幅器６１
の反転入力端子（−）における電圧をＶｍ、演算増幅器
６１の出力電圧をＶｏとすると、演算増幅器６１は前述
のとおりイマジナリ・ショートの状態にあるので、反転
入力端子（−）における電圧Ｖｍは交流信号発生器６４
の交流信号出力電圧Ｖｉと同電位である。すなわち、
【００２４】
【数１】Ｖｉ＝Ｖｍ である。しかも、
【００２５】
【数２】ｉ1＝−Ｖｍ／（１／ｊωＣｘ）＝−Ｖｉ／
（１／ｊωＣｘ） ｉ2＝（Ｖｍ−Ｖｏ）／Ｒｆ＝（Ｖｉ−Ｖｏ）／Ｒｆ が成り立つ。ここで、ｉ1＝ｉ2であるから、演算増幅器
６１の出力電圧Ｖｏを求めると、
（１／ｊωＣｘ） ｉ2＝（Ｖｍ−Ｖｏ）／Ｒｆ＝（Ｖｉ−Ｖｏ）／Ｒｆ が成り立つ。ここで、ｉ1＝ｉ2であるから、演算増幅器
６１の出力電圧Ｖｏを求めると、
【００２６】
【数３】Ｖｏ＝Ｖｉ（１＋ｊωＲｆ・Ｃｘ） となる。この式は、演算増幅器６１が被測定容量１２の
静電容量Ｃｘに比例する交流成分を含む電圧を出力する
ことを表している。
静電容量Ｃｘに比例する交流成分を含む電圧を出力する
ことを表している。
【００２７】ここで留意すべきは、演算増幅器６１はイ
マジナリ・ショートの状態にあるので、シールドボック
ス１１内に形成される寄生容量のような、等価的に内部
導体７２と外部導体７１との間に形成されるとみなされ
る浮遊容量が演算増幅器６１の反転入力端子（−）と非
反転入力端子（＋）の間に現れることはないということ
である。これにより、演算増幅器６１の出力電圧Ｖｏ
は、内部導体７２と外部導体７１との間に生じる浮遊容
量に関係する項を全く含まないので、被測定容量１２の
静電容量ＣｘがｆＦ（フェムトファラッド。ピコファラ
ッドの１０００分の１）のオーダーの微小なものであっ
ても、演算増幅器６１からは、そのような微小な静電容
量Ｃｘのみに対応した電圧Ｖｏが出力される。この出力
電圧Ｖｏを積分することにより、被測定容量１２の静電
容量Ｃｘに比例した直流電圧を求めることができ、この
直流電圧の値、帰還抵抗６３の抵抗値Ｒｆ及び交流出力
電圧Ｖｉの大きさから、静電容量Ｃｘを求めることが可
能になる。前述のとおり、演算増幅器６１の出力電圧Ｖ
ｏは内部導体７２と外部導体７１との間に生じる浮遊容
量に関係する項を含まず、被測定容量１２の静電容量Ｃ
ｘに対応する項を含むのみであるから、静電容量Ｃｘが
いかに微小であっても、その静電容量Ｃｘを高精度に検
出することができる。
マジナリ・ショートの状態にあるので、シールドボック
ス１１内に形成される寄生容量のような、等価的に内部
導体７２と外部導体７１との間に形成されるとみなされ
る浮遊容量が演算増幅器６１の反転入力端子（−）と非
反転入力端子（＋）の間に現れることはないということ
である。これにより、演算増幅器６１の出力電圧Ｖｏ
は、内部導体７２と外部導体７１との間に生じる浮遊容
量に関係する項を全く含まないので、被測定容量１２の
静電容量ＣｘがｆＦ（フェムトファラッド。ピコファラ
ッドの１０００分の１）のオーダーの微小なものであっ
ても、演算増幅器６１からは、そのような微小な静電容
量Ｃｘのみに対応した電圧Ｖｏが出力される。この出力
電圧Ｖｏを積分することにより、被測定容量１２の静電
容量Ｃｘに比例した直流電圧を求めることができ、この
直流電圧の値、帰還抵抗６３の抵抗値Ｒｆ及び交流出力
電圧Ｖｉの大きさから、静電容量Ｃｘを求めることが可
能になる。前述のとおり、演算増幅器６１の出力電圧Ｖ
ｏは内部導体７２と外部導体７１との間に生じる浮遊容
量に関係する項を含まず、被測定容量１２の静電容量Ｃ
ｘに対応する項を含むのみであるから、静電容量Ｃｘが
いかに微小であっても、その静電容量Ｃｘを高精度に検
出することができる。
【００２８】図１〜図３の被測定容量１２を形成する一
方の電極である下部電極１２３は半導体ウェハであり得
る。この場合、図１の微小容量測定システムは被測定試
料の良否を判定するために使用することができる。この
ために、下部電極１２３と測定電極１２５との間に形成
される静電容量の大きさが監視され、静電容量の値が正
常値であるかどうかによって被測定試料の良否が判定さ
れる。この場合にも、演算増幅器６１の出力電圧Ｖｏは
内部導体７２と外部導体７１との間に生じる浮遊容量に
関係する項を含まず、被測定試料と測定電極との間の静
電容量に対応する項を含むのみであるから、該静電容量
がいかに微小であっても、その静電容量を高精度に検出
することができるので、被測定試料の良否を高精度に判
定することが可能となる。具体的には、ＤＲＡＭのメモ
リセル容量素子、配線容量、ＭＯＳトランジスタのゲー
ト容量やオーバーラップ容量、ｐｎジャンクション容量
等、半導体デバイス内の各部の微小容量の測定を行うこ
とができ、高性能で低価格の半導体デバイスを提供する
ことができる。
方の電極である下部電極１２３は半導体ウェハであり得
る。この場合、図１の微小容量測定システムは被測定試
料の良否を判定するために使用することができる。この
ために、下部電極１２３と測定電極１２５との間に形成
される静電容量の大きさが監視され、静電容量の値が正
常値であるかどうかによって被測定試料の良否が判定さ
れる。この場合にも、演算増幅器６１の出力電圧Ｖｏは
内部導体７２と外部導体７１との間に生じる浮遊容量に
関係する項を含まず、被測定試料と測定電極との間の静
電容量に対応する項を含むのみであるから、該静電容量
がいかに微小であっても、その静電容量を高精度に検出
することができるので、被測定試料の良否を高精度に判
定することが可能となる。具体的には、ＤＲＡＭのメモ
リセル容量素子、配線容量、ＭＯＳトランジスタのゲー
ト容量やオーバーラップ容量、ｐｎジャンクション容量
等、半導体デバイス内の各部の微小容量の測定を行うこ
とができ、高性能で低価格の半導体デバイスを提供する
ことができる。
【００２９】更に、図１〜図３の被測定容量１２は例え
ば容量型センサの容量であり得る。容量型センサの一方
の電極は内部導体７２を介して演算増幅器６１の反転入
力端子（−）に接続され、他方の電極（又はそれに相当
するもの）は接地されるか、適宜なバイアス電位に固定
されるか、あるいは、非接地で空間に解放される。この
場合の「容量型センサ」には、加速度センサ、地震計、
圧力センサ、変位センサ、変位計、近接センサ、タッチ
センサ、イオンセンサ、湿度センサ、雨滴センサ、雪セ
ンサ、雷センサ、位置合わせセンサ、接触不良センサ、
形状センサ、終点検出センサ、振動センサ、超音波セン
サ、角速度センサ、液量センサ、ガスセンサ、赤外線セ
ンサ、放射線センサ、水位計、凍結センサ、水分計、振
動計、帯電センサ、プリント基板検査機等の公知の容量
型センサばかりでなく、静電容量を検出する全てのデバ
イスが含まれる。
ば容量型センサの容量であり得る。容量型センサの一方
の電極は内部導体７２を介して演算増幅器６１の反転入
力端子（−）に接続され、他方の電極（又はそれに相当
するもの）は接地されるか、適宜なバイアス電位に固定
されるか、あるいは、非接地で空間に解放される。この
場合の「容量型センサ」には、加速度センサ、地震計、
圧力センサ、変位センサ、変位計、近接センサ、タッチ
センサ、イオンセンサ、湿度センサ、雨滴センサ、雪セ
ンサ、雷センサ、位置合わせセンサ、接触不良センサ、
形状センサ、終点検出センサ、振動センサ、超音波セン
サ、角速度センサ、液量センサ、ガスセンサ、赤外線セ
ンサ、放射線センサ、水位計、凍結センサ、水分計、振
動計、帯電センサ、プリント基板検査機等の公知の容量
型センサばかりでなく、静電容量を検出する全てのデバ
イスが含まれる。
【００３０】なお、以上の説明では、同軸ケーブル７、
８を用いるものとして説明してきたが、その代わりに、
下部電極１２３と演算増幅器６１の反転入力端子との間
を接続するケーブル、測定電極１２５を接地するための
ケーブル及びこれらのケーブルをそれぞれ包囲するシー
ルド線を用いることができる。
８を用いるものとして説明してきたが、その代わりに、
下部電極１２３と演算増幅器６１の反転入力端子との間
を接続するケーブル、測定電極１２５を接地するための
ケーブル及びこれらのケーブルをそれぞれ包囲するシー
ルド線を用いることができる。
【００３１】
【発明の効果】以上、実施の形態を参照しながら説明し
たところから明らかなとおり、この発明は、シールドボ
ックス内の寄生容量やその変動等、信号線とそれを包囲
するシールド線との間に形成されるとみなされる一切の
浮遊容量に影響されることなく、被測定容量の容量値の
みに依存した出力を得ることができるので、被測定容量
の容量値が微小であっても、該容量値を高精度に検出す
ることが可能になるという格別の効果を奏する。
たところから明らかなとおり、この発明は、シールドボ
ックス内の寄生容量やその変動等、信号線とそれを包囲
するシールド線との間に形成されるとみなされる一切の
浮遊容量に影響されることなく、被測定容量の容量値の
みに依存した出力を得ることができるので、被測定容量
の容量値が微小であっても、該容量値を高精度に検出す
ることが可能になるという格別の効果を奏する。
【００３２】本発明による測定結果では、数ｆＦ（フェ
ムトファラッド）の精度で測定できることが確かめられ
た。
ムトファラッド）の精度で測定できることが確かめられ
た。
【００３３】また、被測定試料が半導体ウェハである場
合には、該半導体ウェハの各種の微小容量を高精度に測
定することができるので、高性能で低価格な半導体デバ
イスを提供することができる。
合には、該半導体ウェハの各種の微小容量を高精度に測
定することができるので、高性能で低価格な半導体デバ
イスを提供することができる。
【図１】この発明に係る微小容量測定システムの構成を
概略的に示す図である。
概略的に示す図である。
【図２】図１の微小容量測定システムにおける被測定容
量の付近を拡大して示す図である。
量の付近を拡大して示す図である。
【図３】図１の容量測定回路の構成を概略的に示す図で
ある。
ある。
【図４】従来の容量測定システムの構成を概略的に示す
図である。
図である。
【図５】図４の容量測定システムにおける被測定容量の
付近を拡大して示す図である。
付近を拡大して示す図である。
１：プローバ、 ５：容量測定装置、 ６：容量測定回
路、 ７、８：同軸ケーブル、 １２：被測定容量、
１３：スタンド、 １４：マニピュレータ、６１：演算
増幅器、 １２３：下部電極、 １２５：測定電極
路、 ７、８：同軸ケーブル、 １２：被測定容量、
１３：スタンド、 １４：マニピュレータ、６１：演算
増幅器、 １２３：下部電極、 １２５：測定電極
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年６月９日（１９９９．６．９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明は、被測定試料を配置し得るボックス内
に設けられたプローバであって、一端が前記被測定試料
と接触させるための検出端子となされた信号線と、前記
信号線を包囲するシールド線とを含むプローバと、前記
ボックスの導電性部分又は前記被測定試料の所定の導電
性部分の少なくとも一方と前記シールド線とを同電位と
する手段と、前記信号線の他端が接続された反転入力端
子と前記シールド線が接続された非反転入力端子とを有
し、前記反転入力端子と前記非反転入力端子との間がイ
マジナリ・ショートの状態であり、前記非反転入力端子
に交流信号を印加したとき、前記被測定試料の静電容量
に対応する値を持つ信号を出力する演算増幅器を備える
容量測定回路と、を具備し、前記ボックス内の寄生容量
及びその変動の影響を除去したことを特徴とする微小容
量測定システム、を提供する。 ─────────────────────────────────────────────────────
めに、この発明は、被測定試料を配置し得るボックス内
に設けられたプローバであって、一端が前記被測定試料
と接触させるための検出端子となされた信号線と、前記
信号線を包囲するシールド線とを含むプローバと、前記
ボックスの導電性部分又は前記被測定試料の所定の導電
性部分の少なくとも一方と前記シールド線とを同電位と
する手段と、前記信号線の他端が接続された反転入力端
子と前記シールド線が接続された非反転入力端子とを有
し、前記反転入力端子と前記非反転入力端子との間がイ
マジナリ・ショートの状態であり、前記非反転入力端子
に交流信号を印加したとき、前記被測定試料の静電容量
に対応する値を持つ信号を出力する演算増幅器を備える
容量測定回路と、を具備し、前記ボックス内の寄生容量
及びその変動の影響を除去したことを特徴とする微小容
量測定システム、を提供する。 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年１１月１８日（１９９９．１１．
１８）
１８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明は、ボックスと、前記ボックス内に被測
定試料を配置したプローバであって、一端が前記被測定
試料と接触させるための検出端子となされた信号線と、
前記信号線を包囲するシールド線とを含むプローバと、
前記ボックスの導電性部分又は前記被測定試料の所定の
導電性部分の少なくとも一方と前記シールド線とを同電
位とする手段と、前記信号線の他端が接続された反転入
力端子と前記シールド線が接続された非反転入力端子と
を有し、前記反転入力端子と前記非反転入力端子との間
がイマジナリ・ショートの状態であり、前記非反転入力
端子に交流信号を印加したとき、前記被測定試料の静電
容量に対応し且つ前記の印加された交流信号に正比例し
た値を含む信号を出力する演算増幅器を備える容量測定
回路と、を具備し、前記ボックス内の寄生容量及びその
変動の影響を除去したことを特徴とする微小容量測定シ
ステム、を提供する。
めに、この発明は、ボックスと、前記ボックス内に被測
定試料を配置したプローバであって、一端が前記被測定
試料と接触させるための検出端子となされた信号線と、
前記信号線を包囲するシールド線とを含むプローバと、
前記ボックスの導電性部分又は前記被測定試料の所定の
導電性部分の少なくとも一方と前記シールド線とを同電
位とする手段と、前記信号線の他端が接続された反転入
力端子と前記シールド線が接続された非反転入力端子と
を有し、前記反転入力端子と前記非反転入力端子との間
がイマジナリ・ショートの状態であり、前記非反転入力
端子に交流信号を印加したとき、前記被測定試料の静電
容量に対応し且つ前記の印加された交流信号に正比例し
た値を含む信号を出力する演算増幅器を備える容量測定
回路と、を具備し、前記ボックス内の寄生容量及びその
変動の影響を除去したことを特徴とする微小容量測定シ
ステム、を提供する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G028 AA01 AA04 BB13 BC01 BD05 BF08 CG06 CG07 CG08 CG11 CG18 CG19 DH03 FK01 FK02 GL02 HM01 HM05 HM07 HN01 HN09 KQ01
Claims (8)
- 【請求項１】 ボックスと、 前記ボックス内に被測定試料を配置したプローバであっ
て、一端が前記被測定試料と接触させるための検出端子
となされた信号線と、前記信号線を包囲するシールド線
とを含むプローバと、 前記ボックスの導電性部分又は前記被測定試料の所定の
導電性部分の少なくとも一方と前記シールド線とを同電
位とする手段と、 前記信号線の他端が接続された反転入力端子と前記シー
ルド線が接続された非反転入力端子とを有し、前記反転
入力端子と前記非反転入力端子との間がイマジナリ・シ
ョートの状態であり、前記非反転入力端子に交流信号を
印加したとき、前記被測定試料の静電容量に対応する値
を持つ信号を出力する演算増幅器を備える容量測定回路
と、を具備することを特徴とする微小容量測定システ
ム。 - 【請求項２】 前記プローバが、前記信号線と前記接地
信号線との一端を前記被測定試料の前記電極との適所と
それぞれ接触させるためのマニピュレータを更に備え、
該プローブの所定の導電性部分を前記ボックスと同電位
とする手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の微
小容量測定システム。 - 【請求項３】 シールドボックス内に被測定試料を配置
したプローバと、 一端が前記被測定試料と接触させるための検出端子とな
された信号線と、 前記信号線を包囲するシールド線と、 前記シールドボックスの導電性部分、前記被測定試料の
導電性部分及び前記シールド線を同電位とする手段と、 前記信号線の他端が接続された反転入力端子と前記シー
ルド線が接続された非反転入力端子とを有し、前記反転
入力端子と前記非反転入力端子との間がイマジナリ・シ
ョートの状態であり、前記非反転入力端子に交流信号を
印加したとき、前記被測定試料の静電容量に対応する値
を持つ信号を出力する演算増幅器を備える容量測定回路
と、を具備し、前記シールドボックス内の寄生容量及び
その変動の影響を除去したことを特徴とする微小容量測
定システム。 - 【請求項４】 前記被測定試料の少なくとも２つの電極
の間に静電容量を形成してなり、前記検出端子が前記被
測定試料の前記電極のうちのいずれか一方と接触するこ
とを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の
微小容量測定システム。 - 【請求項５】 前記シールド線が、前記検出端子を除い
て前記信号線の全長を包囲するシールド線であることを
特徴とする、請求項１〜４記載の微小容量測定システ
ム。 - 【請求項６】 前記被測定試料の前記電極とのうちの他
方と一端が接触し、他端が接地された接地信号線と、 前記接地信号線を包囲し、前記シールドボックスと電気
的に接続されたシールド線と、を更に備えることを特徴
とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の微小容量測
定システム。 - 【請求項７】 前記プローバが、前記信号線と前記接地
信号線との一端を前記被測定試料の前記電極との適所と
それぞれ接触させるためのマニピュレータを更に備え、
該プローブの所定の導電性部分を前記シールドボックス
と同電位とする手段を備えたことを特徴とする請求項１
〜６のいずれか１つに記載の微小容量測定システム。 - 【請求項８】 半導体装置の容量を測定するプローブと
容量測定回路とを含み、 前記プローブは、少なくとも一端が前記被測定試料と接
触されるための検出端子となされた信号線と、前記信号
線を包囲するシールド線とを含み、 前記容量測定回路は、前記信号線の他端が接続された反
転入力端子と、前記シールド線が接続された非反転入力
端子とを有し、前記反転入力端子と前記非反転入力端子
との間がイマジナリ・ショートの状態であり、前記非反
転入力端子に交流信号を印加したとき、前記被測定試料
の静電容量に対応する値を持つ信号を出力する演算増幅
器を具備することを特徴とするプロービングシステム。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22693198A JP3474111B2 (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 微小容量測定システム及びプロービングシステム |
| TW088111952A TW438978B (en) | 1998-08-11 | 1999-07-14 | Microscopic capacitance measurement system and probing system |
| KR1019990032797A KR100329359B1 (ko) | 1998-08-11 | 1999-08-10 | 미소용량측정 시스템 및 프로빙 시스템 |
| US09/371,546 US6348809B1 (en) | 1998-08-11 | 1999-08-10 | Microscopic capacitance measurement system and probing system |
| DE69929941T DE69929941T2 (de) | 1998-08-11 | 1999-08-11 | Mikroskopische Kapazitätmesssystem und Testsystem |
| EP99306328A EP0980004B1 (en) | 1998-08-11 | 1999-08-11 | Microscopic capacitance measurement system and probing system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22693198A JP3474111B2 (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 微小容量測定システム及びプロービングシステム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000055956A true JP2000055956A (ja) | 2000-02-25 |
| JP3474111B2 JP3474111B2 (ja) | 2003-12-08 |
Family
ID=16852858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22693198A Expired - Fee Related JP3474111B2 (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 微小容量測定システム及びプロービングシステム |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6348809B1 (ja) |
| EP (1) | EP0980004B1 (ja) |
| JP (1) | JP3474111B2 (ja) |
| KR (1) | KR100329359B1 (ja) |
| DE (1) | DE69929941T2 (ja) |
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