JP2010151818A - 伝送線路パルス試験システムの較正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】伝送線路パルス試験システムを較正する方法。
【解決手段】ＴＬＰ試験システムの過渡的な挙動を較正するための較正方法。ＴＬＰ試験システムは、ＴＬＰ発生器と、プローブ針と、公称でインピーダンス整合のとれた伝送線路と、伝送線路とＴＬＰ発生器との間に接続され、生成されたパルスの結果としての電圧及び電流の波形を同時に取得することにより、被試験素子の過渡的な挙動を検出する計測器と、を有する。較正方法は、（ａ）ＴＬＰ試験システムを開路に適用し、第１の電圧及び電流の波形を取得するステップと、（ｂ）ＴＬＰ試験システムを既知の有限インピーダンスと既知の過渡応答を含む較正要素に適用し、第２の電圧及び電流の波形を取得するステップと、（ｃ）取得した第１及び第２の電圧及び電流の波形を周波数領域に変換するステップと、（ｄ）変換された第１及び第２の電圧及び電流の波形に基づいて、ＴＬＰ試験システムの過渡的な挙動についての較正データを決定するステップと、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、伝送線路パルス（ＴＬＰ）試験システムを較正する方法に関する。

今日、ＴＬＰ、ｖｆＴＬＰ、ＨＢＭ、及びＭＭＥＳＤ試験などの種々のウェハ上のＥＳＤ試験装置が利用できる。このようなＥＳＤストレス試験中、被試験素子（ＤＵＴ）に対する電圧及び電流の波形の特性を明確にしたいという要望がある。しかし、既知の利用可能な測定法は、常に、プローブ抵抗及びプローブインダクタンスや損失伝送線路の相互接続などのシステムの寄生成分を含むため、ＤＵＴレベルで測定された電圧及び電流波形を生成していない。

そのため、ＴＬＰタイプの測定は、ＥＳＤクランプの準静的な特性評価のためにのみ使用される。ＥＳＤ試験室内においてウェハ上のＴＬＰテスタが利用できるために、ＴＬＰストレスにおいて電流及び電圧の過渡信号を調べることへの関心が広がっている。従来、それを実現する方法は、２００５年ＥＯＳＥＳＤシンポジウムの「ＴＬＰ試験における過渡電圧のオーバーシュート−本当の又は人為的な結果？（Tre'mouilles,D等著）」に開示されている。この方法は、接続線とプローブ寄生のＲＦ特性評価を必要とし、高価なＲＦ試験装置をさらに必要とするため使い勝手がよくない。

「ＴＬＰ試験における過渡電圧のオーバーシュート−本当の又は人為的な結果？」、２００５年ＥＯＳＥＳＤシンポジウム、Tre'mouilles,D等著

本発明は、ＴＬＰ試験システムの過渡的な挙動の特性評価のためにＲＦ試験装置を不要とすることができる、ＴＬＰ試験システムの較正方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、請求項１に記載のステップを含む較正方法により、上記目的が達成される。

本発明の較正方法は、伝送線路パルス試験システムの過渡的な挙動を較正するための方法であって、
伝送線路パルス試験システムは、
被試験素子を分析するための所定のパルスを生成する伝送線路パルス発生器と、
所定のパルスを被試験素子に印加するプローブ針と、
プローブ針を伝送線路パルス発生器に接続する、公称で伝送線路パルス発生器とインピーダンス整合のとれた伝送線路と、
伝送線路と伝送線路パルス発生器との間に接続され、パルスの結果として生じた被試験素子の電圧及び電流の波形を同時に取得することにより、被試験素子の過渡的な挙動を検出する計測器と、
を有する。

本発明の較正方法は、
ａ）伝送線路パルス試験システムを開路に適用し、計測器により第１の電圧及び電流の波形を取得するステップと、
ｂ）伝送線路パルス試験システムを、既知の有限インピーダンスと既知の過渡応答を有する較正要素に適用し、計測器により第２の電圧及び電流の波形を取得するステップと、
ｃ）取得した第１及び第２の電圧及び電流の波形を周波数領域に変換するステップと、
ｄ）変換された第１及び第２の電圧及び電流の波形に基づいて、伝送線路パルス試験システムの過渡的な挙動についての較正データを決定するステップと、
を含む。

本発明によれば、専用の計測器を用いて、ＴＬＰ試験システムの電圧及び電流の波形を較正する方法が開示されているため、ＲＦ装置をさらに必要とすることを回避できる。較正の方法は、ハードウェアの追加を必要とせず、任意の既存のＴＬＰソフトウェアに容易に組み込むことができる。

ＴＬＰ試験システムの較正は、開路の状態で収集された電圧及び電流の波形と、既知の有限インピーダンス（好ましくは、短絡）を有する既知の較正要素について収集された電圧及び電流の波形と、を用いて行われる。得られた波形から、針の寄生成分と損失伝送線路の相互接続に対して、モデルを抽出できる。意外にも、この方法は、テスタにより生成されるパルス波形に依存しない（これは、厳しいテスタに関連した人為的な結果が得られたとしても、方形波パルスが長い立ち上がり時間と立ち下がり時間を有することができることを意味する。）。

ここでは、「開路（open）」はプローブ針がどの素子にも接触していないこと（すなわち、プローブ針間のインピーダンスは実質的に無限であること）を意味することが意図されている。

ここでは、「短絡」はプローブ針が互いに接触していること（すなわち、試験システムが短絡されること）を意味することが意図されている。

本発明の好ましい態様は、従属請求項に記載されている。

本発明は、以下の記述と添付の図面を用いてさらに解明される。

本発明により較正されうる寄生要素（プローブ寄生、長さＬの損失伝送線路）を含む非常に速いＴＬＰ（ｖｆＴＬＰ）測定システムの概略の構成を示す図 ＤＵＴとして短絡状態の電圧測定データのｖｆＴＬＰ電圧波形の例を示す図（左側は入力パルス、右側は反射パルス） 開路状態及び短絡状態のｖｆＴＬＰパルスの電圧及び電流の測定から抽出されたＲｓ（又は図１のＲｐ）及びＬｓ（又は図１のＬｐ）を示す図

本発明は、特定の実施形態に関し、特定の図面を参照して記述される。しかし、本発明はそれに限定されず、特許請求の範囲のみによって限定される。記載された図面は、単なる概略であり、限定するものではない。図面において、一部の要素のサイズは、例示を目的として、拡大されているかもしれないが、縮尺比で描かれたものではない。寸法及び相対寸法は、本発明の現実の実施化に必ずしも対応していない。

さらに、明細書及び特許請求の範囲における、「第１」、「第２」、「第３」などの用語は、類似の要素を区別するために使用されており、必ずしも起こった順番又は年代順を示しているわけではない。用語は適当な状況下で置き換え可能であり、本発明の実施形態はここに記載された又は説明された順序以外の他の順序で動作可能である。

さらに、明細書及び特許請求の範囲における、「上部（top）」、「下部（bottom）」、「〜の上（over）」、「〜の下（under）」などの用語は、便宜的に使用されており、必ずしも相対位置を示すために使用されているわけではない。このように使用される用語は適当な状況下で置き換え可能であり、ここで記載された本発明の実施形態は、ここに記載された又は説明された方向以外の他の方向で動作可能である。

特許請求の範囲で使用される用語「有する（comprising）」は、以後記載される手段に減縮されるものであるとして解釈されるべきではない。この用語は、他の要素やステップを排除しない。この用語は、記載された特徴、整数値、ステップ、又は構成要素の存在を言及されたように特定するものとして解釈される必要があり、１以上の他の特徴、整数値、ステップ、又は構成要素、又はそれらの集まりの存在又は追加を排除しない。それ故、「手段Ａ及び手段Ｂを有する装置」の表現の範囲は、構成要素Ａ及び構成要素Ｂのみからなる装置に限定されるべきではない。この表現の範囲は、本発明に関し、その装置に唯一関連のある構成要素がＡ及びＢであることを意味する。

以下、ＲＦ装置をさらに必要とすることを避けることができ、任意の既存のＴＬＰソフトウェアに容易に組み込むことができる、ＴＬＰテスタの電圧及び電流の波形を較正する方法について説明する。

図１に非常に速いＴＬＰ（ｖｆＴＬＰ）測定システムの概略の構成を示す。ＴＬＰパルス発生器は、発生器と、発生器を電圧／電流計測ツールＡ，Ｖに接続する内部伝送線路と、を含み、長さＬの伝送線路とプローブ針を介して、被試験素子（ＤＵＴ）に接続される。現実の世界では、プローブ針は、寄生抵抗Ｒｐと特性インダクタンスＬｐとしてモデル化される寄生インピーダンスを含む。現実の世界では、伝送線路は信号損失をもたらす。寄生効果、プローブ針、及び損失伝送線路のいずれも、ＤＵＴの電圧及び電流のレスポンスから取り除かれる必要がある。本出願は、得られた電圧及び電流のレスポンスが、これらの寄生効果に対して補正されうるように設定されたｖｆＴＬＰ測定を較正する方法を開示する。

ＴＬＰ較正は、好ましくは２つの較正要素のみである開路及び短絡状態で収集された電圧及び電流の波形を使用して行われる。本方法は、このデータから、針の寄生成分と損失伝送線路の相互接続に関するモデルを抽出することができる（図１参照）。この方法は、テスタにより生成されるパルス波形に依存しない（これは、厳しいテスタに関連した人為的な結果が得られたとしても、方形波パルスが長い立ち上がり時間と立ち下がり時間を有することができることを意味する。）。

もちろん、パルス発生器から出力される信号は、実際には完全な方形パルスではない。このような実際のパルスが図２の左側に示される。パルス発生器の寄生成分（例えば、内部伝送線路）は、パルス発生器により提供されるパルスの最終形状に影響を与える。しかし、損失伝送線路／プローブ針の始まりでパルスを測定して（図１の電流Ａと電圧Ｖの計測ツールの位置を参照）、ここで測定される入力信号／反射信号の比率を用いることにより、ＴＬＰ発生器の寄生成分を除去することができる。

また、ＴＬＰ較正は、ＴＬＰ試験システムが伝送線路に接続するプローブ針の対を複数含む場合に実行できる。その方法は、プローブ針の各対について繰り返される。

較正のために、開路及び短絡状態で収集されれた電圧及び電流の波形は、ラプラス領域（Ｌ｛ｖ_ＯＰ（ｘ，ｔ）｝ Ｌ｛ｉ_ＯＰ（ｘ，ｔ）｝，Ｌ｛ｖ_ＳＨ（ｘ，ｔ）｝ Ｌ｛ｉ_ＳＨ（ｘ，ｔ） ｘは損失伝送線路に沿った位置｝）に変換される。ラプラス領域は、過渡信号を扱うのに最適であることがわかる。ラプラス領域において、伝送線路の方程式は、以下の行列形式で書くことができる（ｘ＝０は、伝送線路上の負荷の位置に対応する。）。

伝送線路上に小さい又はごくわずかな損失があると、これらのパラメータは以下のようになる。

周波数に依存しない特性インピーダンスＺ_０＝５０（ヘビサイド条件）、長さＬの伝送線路についての周波数に依存しない減衰α及び遅延Δｔ（非分散）と仮定すると、伝送線路パラメータＺ_０［ｓ］とγ_ｕ［ｓ］は以下のようになる。

伝送線路入力で測定される電圧及び電流の信号間の余分なタイミングの差異を明らかにすると、短い測定のための信号伝達の行列方程式は以下のようになる。

γ［ｓ］＝＝γ_ｕ［ｓ］Ｌ

ＤＵＴの位置は、現在の形式で空間的基準ｘ＝＝０とみなされることに留意すべきである。伝送行列の利点は、その逆数が以下のように簡素化されることである。

方程式の簡単な反転を考慮すると以下のようになる。

開路の測定のための信号伝達の行列方程式は以下のようになる。

ＤＵＴ側で、開路の電圧波形ｖ_ｏｐ［０，ｔ］の除去を考慮すると以下のようになる。

また、上記方程式は、伝送線路の特性評価のために別に使用されうる。さらに、実数値Ｚ_０のみを仮定すると、無視できない減衰と分散が存在する場合でさえ、方程式（４）への代入は伝送線路パラメータの除去を可能にする。そのため、寄生インピーダンスを示すラプラス領域の伝達関数は、４つの較正波形のみの観点で表現されうる。

又は

集中直列抵抗Ｒ_Ｓと集中直列インダクタンスＬ_Ｓで寄生成分をモデル化すると、方程式（７）は、波形のサンプルの分解能により制限される、選択された（実数値）ｓの範囲の関数として、直線に適合されうる。寄生成分が抽出されると、プローブの電圧及び電流とＤＵＴでの電圧及び電流との関係が、行列方程式により定義される。

これを伝送線路についての信号伝達行列と組み合わせると以下の結果をもたらす。

図２及び図３に、測定データを用いたデモの抽出を示す。図２は、ＤＵＴとして短絡状態の生の電圧測定データの波形の例を示している。図２の左側に、ＴＬＰパルス発生器により生成された正パルスが見える。この信号は、損失伝送線路の直前の電圧計測ツールＶにより得られる。この正パルスは、損失伝送線路とプローブ針を介して、ＤＵＴに伝送される。入力電圧の波形がＤＵＴにより反射されると、反射された電圧の波形が、プローブ針と損失伝送線路を介して、電圧計測ツールＶに戻される。この反射された信号が、ＴＬＰパルスが生成された後しばらくしてから現れる、図２の負パルスとして示される。入力電圧信号と反射電圧信号の両方が、損失伝送線路とプローブ針の寄生成分による影響を受ける。類似の波形が、電流測定において得られる。

図３に、開路状態及び短絡状態のｖｆＴＬＰパルスの電圧及び電流の測定から抽出されたＲｓ（又は図１のＲｐ）及びＬｓ（又は図１のＬｐ）を示す。電圧及び電流ｖｆＴＬＰ波形を生成するとき、図２に示されるのと同様に、異なるインピーダンスを備えたＤＵＴについて、例えば、開路及び短絡について、これらの生成された波形から寄生成分を抽出することができる。

実施形態によれば、得られた電圧及び電流ｖｆＴＬＰ波形が処理される場合、短絡の場合の電圧及び電流の波形間の集中寄生直列抵抗Ｒｓ、集中寄生直列インダクタンスＬｓ、時間遅延ＤＥＬＴＡ（ｔｓｈ）と、開路の場合の電圧及び電流の波形間の時間遅延ＤＥＬＴＡ（ｔｏｐ）とを抽出することができる。この較正において、伝送線路は、周波数に依存しない特性インピーダンスＺ_０＝５０ｏｈｍを持っていると仮定される。

図３は、インピーダンスＺｓｈ、すなわち、短絡の場合に測定されるｖｆＴＬＰ電圧波形とｖｆＴＬＰ電流波形の比率を周波数の関数として、描いている。ｙ軸について曲線の実数値妨害が寄生インピーダンスＲｓに一致している間、この曲線の傾きから、寄生インダクタンスＬｓを差し引くことができる。

Claims (7)

1. 伝送線路パルス試験システムの過渡的な挙動を較正するための較正方法であって、
   前記伝送線路パルス試験システムは、
   被試験素子を分析するための所定のパルスを生成する伝送線路パルス発生器と、
   前記所定のパルスを前記被試験素子に印加するプローブ針と、
   前記プローブ針を前記伝送線路パルス発生器に接続する、公称で前記伝送線路パルス発生器とインピーダンス整合のとれた伝送線路と、
   前記伝送線路と前記伝送線路パルス発生器との間に接続され、前記パルスの結果として生じた前記被試験素子の電圧及び電流の波形を同時に取得することにより、前記被試験素子の過渡的な挙動を検出する計測器と、
   を有し、
   前記較正方法は、
   ａ）前記伝送線路パルス試験システムを開路に適用し、前記計測器により第１の電圧及び電流の波形を取得するステップと、
   ｂ）前記伝送線路パルス試験システムを既知の有限インピーダンスと既知の過渡応答を含む較正要素に適用し、前記計測器により第２の電圧及び電流の波形を取得するステップと、
   ｃ）取得した第１及び第２の電圧及び電流の波形を周波数領域に変換するステップと、
   ｄ）前記変換された第１及び第２の電圧及び電流の波形に基づいて、前記伝送線路パルス試験システムの過渡的な挙動についての較正データを決定するステップと、
   を含む、較正方法。
2. 前記較正データは、前記第１及び第２の電流波形の両方から決定される伝達関数により形成される、請求項１に記載の方法。
3. 前記較正データは、前記プローブ針の寄生インピーダンスと、特性インピーダンスと、伝送損失と、前記伝送線路の減衰とを含む、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記ステップｂ）の前記較正要素は短絡である、請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の方法。
5. 前記プローブ針は伝送線路に接続するプローブ針の対を複数含み、前記ステップａ）からｄ）はプローブ針の各対について実行される、請求項１から請求項４のいずれかの請求項に記載の方法。
6. 伝送線路パルス試験システムを用いて、被試験素子のＥＳＤロバスト性を分析する方法であって、
   前記伝送線路パルス試験システムは、
   前記被試験素子を分析するための所定のパルスを生成する伝送線路パルス発生器と、
   前記所定のパルスを前記被試験素子に印加するプローブ針と、
   前記プローブ針を前記伝送線路パルス発生器に接続する、公称で前記伝送線路パルス発生器とインピーダンス整合のとれた伝送線路と、
   前記伝送線路と前記伝送線路パルス発生器との間に接続され、前記パルスの結果として生じた前記被試験素子の電圧及び電流の波形を同時に取得することにより、前記被試験素子の過渡的な挙動を検出する計測器と、
   を有し、
   前記分析方法は、
   ｅ）前記伝送線路パルス試験システムを用いて前記所定のパルスを前記被試験素子に印加するステップと、
   ｆ）前記計測器を用いて、前記パルスの結果として前記被試験素子に発生する電圧及び電流の波形を同時に取得するステップと、
   ｇ）請求項１から請求項５のいずれかに記載の較正方法により得られた較正データを使用して、前記ステップｆ）で取得した電圧及び電流の波形を補正するステップと、
   を含む、分析方法。
7. 前記ステップｇ）は、
   ｈ）前記ステップｅ）で獲得された前記電圧及び電流の波形を周波数領域に変換するステップと、
   ｉ）請求項２の伝達関数を前記変換された電圧及び電流の波形に適用し、補正された電圧及び電流の波形を取得するステップと、
   ｊ）前記補正された電圧及び電流の波形を時間領域に変換するステップと、
   を含む、請求項６に記載の方法。

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