JP3273075B2 - 低電流測定用治具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、電流測定装置に関り、特
に微小電流測定に用いる測定用治具に関する。

【０００２】

【従来技術とその問題点】電子装置の高機能化、高性能
化に伴い、それら電子装置の特性を測定するため、微小
電流を測定することが増々重要になってきた。特に、半
導体素子の微細化、低電力化にともない、それらの良否
判定のため、ｆＡオーダを下まわる電流の測定を要求さ
れることも稀ではない。

【０００３】半導体素子等の被測定素子（以下ＤＵＴと
いう）の洩れ電流を測定するばあいなど、多くの微小電
流測定システムでは、ＤＵＴを測定のため装着する測定
用治具と、その治具に接続されて、被測定電流を測定
し、表示し、あるいは出力する電流測定器（以下ＣＭＵ
という）とを有する構成をとっている。

【０００４】ＣＭＵの電流入力端子対は、仮想短絡を実
現するようにされ、それら入力端子対の外側を外部導体
で遮蔽し、該外部導体を接地電位に強制するようにする
のが普通である。ＤＵＴの被測定部位から、ＣＭＵの電
流入力端子対へ、低雑音で安定に、かつ作業性よく被測
定用電流を導入するための装置が測定治具（以下ＪＩＧ
という）の役目である。

【０００５】図２はそのようなＪＩＧ１の外観を示す斜
視図である。導電性材料から成る下部部材２と上部部材
３とは、直方桶状で内部に空間を有し、背面６に設けら
れた蝶番７を支点として、前記上部部材３を双矢印５の
方向に開閉することができる。また測定用ケーブル４−
１、４−２、４−３、４−４は４本に限られないが、下
部部材２の前面２−１に設けられたそれぞれの開口か
ら、該下部部材２の内部空間に導入され、内部に装着さ
れたＤＵＴから、被測定出電流を外部のＣＭＵへ入力せ
しめるものと、ＤＵＴへ電圧あるいは電流を印加せしめ
るものとから成る。図２において、下部部材２及び上部
部材３は、外観を良くするため、ビニール等の絶縁物で
被覆するばあいもある。

【０００６】図３は、図２のＪＩＧ１の側断面図であ
り、導電用ケーブル等は１部斜視的に描かれている。電
流測定用ケーブル４−２は芯線１０、該芯線１０を絶縁
物を介して囲む内部シールド１１、内部シールド１１を
絶縁物を介して囲み、かつ下部部材２に電気的に接続さ
れた外部シールド１２から成り、芯線１０と内部シール
ド１１は中継同軸線１３を経て、下部部材２に取りつけ
られた貫通型スタンドオフ端子１４、１５のそれぞれに
接続され、さらに、導線１６、１７により、ＤＵＴ２０
装着用のソケット１８のピン１８ａ、１８ｂ、まで延伸
する。ソケット１８は下部部材２に取りつけられた高絶
縁絶縁物にピン１８ａ、１８ｂ等を植生したもので、Ｄ
ＵＴ２０の電極が該ピン１８ａ、１８ｂ等に電気的に接
続して、機械的に支持される構成となっている。スタン
ドオフ端子１４、１５の外部絶縁物及びソケット１８の
絶縁物は、高絶縁、低損失でテフロン等が用いられる。

【０００７】電流測定にあたっては、上部部材３の前面
を上部に上げて下部部材２の上面を露出せしめ、ソケッ
ト１８にＤＵＴ２０を装着した後、上部部材３を閉じて
からおこなう。ＪＩＧ１の構成は機械的にも堅固であ
り、かつ上部部材３と下部部材２との電気的導通は良好
に保たれねばならない。

【０００８】前記中継ケーブル１３をそのまま延伸し
て、ソケット１８のピン１８ａ、１８ｂに到達させるこ
ともできる。このばあいは、被測定電流が流れる芯線１
０と内部シールド１１との電位差は実質的に零となるよ
うにされるのが普通であり、ピン１８ａに接続された
（測定したい電流を発生する）ＤＵＴ２０の内部素子か
らの電流のみがピン１８ａに流入し、ピン１８ｂやピン
１８ａのもう一つの隣り合うピン１８ｃによって（図で
はピン１８ｃとピン１８ｂの接続がなされていないの
で、該接続を完成したばあい）該素子に外からのピン１
８ａへの電流の漏洩は防止される。

【０００９】しかしながら、一般にピン１８ａの電位
と、上部部材３の電位は異なり、相互にＶボルトの電位
差を有する。そして、ピン１８ａ及び導線１６と上部部
材３及び下部部材２間の浮遊容量がＣファラドであると
すると、それらの間には電荷Ｑクーロンが蓄積される。
したがって、上記変数の変化により、ピン１８ａには、
下式で表わされる雑音電流Ｉアンペアが生じる。 Ｉ＝ｄＱ／ｄｔ＝Ｖ（ｄＣ／ｄｔ）＋Ｃ（ｄＶ／ｄｔ） ここで、ｄＱ／ｄｔ、ｄＣ／ｄｔ及びｄＶ／ｄｔは、そ
れぞれＱ、Ｃ及びＶの時間微分である。

【００１０】印加電圧Ｖが一定に保たれたとしても、浮
遊容量Ｃが変化すると電流が生じる。それは、一般にＪ
ＩＧ１の機械的変形から生ずる。例えばＶを１０ボル
ト、Ｃが振幅０．００１ピコファラドで５０ヘルツの正
弦波振動をおこなうとすると、Ｃの変化による雑音電流
の振幅は３．１４ピコアンペアにもなる。このような微
小な容量変化を防止するのは困難である。

【００１１】工業上有用な応用である半導体ウエーハ上
に集積された電界効果素子の測定においても、特に面積
の大きいサブストレートにその影響が多く表われる。

【００１２】

【発明の目的】従って本発明の目的は、微小電流測定に
用いるＪＩＧにおいて被測定素子を囲む導電性ガードを
設けて、低雑音化し、上記問題を解消することにある。

【００１３】

【発明の概要】本発明の目的を達成するため、電流測定
状態において、被測定素子と接続ケーブルを囲む導電性
のガードが設けられ該ガードの電位が、被測定電流の流
出する電極の電位と同じに制御される。従って前記Ｖが
殆んど０ボルトになり（実用的には数ミリボルトの電圧
が残留する）、誘起される電流も極めて微小となる。ま
た、前記ガードが、被測定電流の流出する電極と電位の
異なる部分を該電極から遮蔽するので、前記容量Ｃの大
きさが極めて小さくなる効果も得られる。

【００１４】

【発明の実施例】図１は、外観が図２と同様な、本発明
の一実施例のＪＩＧ１００の断面図である。図２、図３
におけると同様な機能を有する素子には同一の参照番号
を付してある。

【００１５】従来技術におけるＪＩＧ１とＪＩＧ１００
との差異の１つは、ガード３０、３３が設けられたこと
にある。ガード３０は、下部部材２に絶縁スペーサ３
１、３２を介して取りつけられており、下部部材とは機
械的に固定されているが、電気的には絶縁されている。
また、ガード３３は、ガード３０と対を成しており、電
流測定時には、導電性蝶ネジ３４、３５によってガード
３０に機械的にも電気的にも接続されている。なお、ガ
ード３０、３３のいずれも上部部材３あるいは下部部材
２のいずれとも電気的に絶縁されている。ガード３０
は、また、測定用ケーブルの内部シールド１１と同電位
となるように、点１９において、図示のようにスタンド
オフ端子１５の上方端子に電気的に接続される。なお、
ガード３３とガード３０の間には、図示のように導体の
薄い板バネが介挿される。図では、ガード３３とガード
３０の間が誇張して描かれているのは、このバネを明示
するためである。

【００１６】図４では、図１における導線１６、１７を
同軸ケーブル３６で置き換えた、本発明の他の実施例を
示している。同軸ケーブル３６の芯線はＤＵＴピン１８
ａと測定用ケーブル４−２の芯線１０とを接続し、その
外被は、ガード３３に接続されるとともに、ＤＵＴのピ
ン１８ｂ、１８ｃに接続されている。この実施例の利点
は、導線１６と電位差を有する部分との間を遮蔽できる
ことである。このような同軸ケーブルを、他の測定用ケ
ーブルについても適用するのが好ましいし、その他の導
体部分で被測定電流が流出する電極と異なる電位を有す
る部分についても遮蔽するのがよい。

【００１７】図５は本発明のさらに別の実施例を図４と
同様の断面図で示す。この実施例では、ガード３３が絶
縁ワッシャ５１、５２を介して、電気的に絶縁された状
態で、ネジ５３、５４により上部部材３に機械的に固定
されている。そして、ガード３３には金属性ピン５５が
植えられており、ガード３０に設けられた開口５６に電
気的に接続するようになっている。この実施例では、上
部部材３を上方に上げれば、ＤＵＴ２０が直ちに露出す
る利点がある。

【００１８】図５において、さらに設けたスイッチ３７
は、ガード３０、３３の電位を電流測定する測定用ケー
ブルの内部シールドの電位に一致させるようにするため
である。ケーブル４−２に接続されたＣＭＵが測定状態
にあればスイッチ３７は閉成され、そうでなく、別の測
定用ケーブル（例えばケーブル４−１）に接続されたＣ
ＭＵが測定状態であれば、ケーブル４−１の内部シール
ドとガード３０を導通させるスイッチが閉成され、スイ
ッチ３７は開放される。

【００１９】以上のようにして、被測定電流の流れる導
体部分と異なる電位を有する部分を有効に遮蔽できるの
で、雑音電流は有効に抑圧される。もちろん、スイッチ
３７等の開閉は、リレーを用いて外部より自動的に制御
することができることは当業者には容易に推察されよ
う。

【００２０】前記の実施例では、測定用ケーブル４−２
からの中継ケーブル１３と同軸ケーブル３６をスタンド
オフ端子１４、１５で中継しているが、中継ケーブル１
３と同軸ケーブル３６を直接接続してもよいし、コネク
タを介して接続しても良い。その場合、ケーブルの外被
シールド導体をガード３０、３３と導通させる。

【００２１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のＪＩＧを
用いれば、微小電流測定における高精度測定が、作業性
よく行うことができるので有益である。一般に、ガード
３０、３３の電位と被測定電流の流出する電極の電位と
の差は、１ミリボルト程度とすることができるので、１
０ボルト程度の電位差を生じた従来例に比較し、１００
００倍程度の信号対雑音比の向上が達成される。なお、
本発明の上述の実施例において、上部部材３や下部部材
２を絶縁体としても動作する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の低電流測定用治具の概略断
面図である。

【図２】従来技術の低電流測定用治具、及び本発明の一
実施例の低電流測定用治具の斜視図である。

【図３】図２の従来技術の低電流測定用治具の概略断面
図である。

【図４】本発明の別の実施例の低電流測定用治具の概略
断面図である。

【図５】本発明のさらに別の実施例の低電流測定用治具
の概略断面図である。

【符号の説明】

１，１００：ＪＩＧ（低電流測定用治具） ２：下部部材 ３：上部部材 ４−１，４−２，４−３，４−４：測定用ケーブル ５：上部部材３の開閉方向 ６：ＪＩＧの裏面 ７：蝶番 １８：ソケット １８ａ，１８ｂ，１８ｃ：ソケットのピン ２０：ＤＵＴ ３０，３３：ガード ３４，３５：蝶ネジ ３６：同軸ケーブル ３７：スイッチ ５１，５２：絶縁ワッシャ ５３，５４：ネジ ５５：金属性ピン ５６：ピン５５を受ける開口

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定電流を発生する被測定素子を装着
   し、前記被測定電流を電流測定器に出力するために相互
   に絶縁された第一、第二、第三の導体からなる出力端子
   を有する測定用治具であって、 前記第一の導体の導入
   口を有し前記被測定素子を包囲して実質的に閉空間に閉
   じ込めるための導体からなる、前記第一の導体と同電位
   に付勢されて前記第二の導体に接続されたガードと、前
   記第三の導体に接続された接地とを有し、前記第一の導
   体を前記導入口より前記閉空間に延伸導入して前記被測
   定素子の所定の部位に電気的に接続し、前記部位から前
   記被測定電流を前記第一の導体を介して前記出力端子よ
   り前記電流測定器に出力するようにした低電流測定用治
   具。
2. 【請求項２】前記第三の導体が前記ガードを実質的に包
   囲するように延伸してなる、請求項１記載の低電流測定
   用治具。
3. 【請求項３】第一、第二の被測定電流を発生する被測定
   素子を装着し、前記第一、第二の被測定電流をそれぞれ
   電流測定器に出力する相互に絶縁されたそれぞれが第
   一、第二、第三の導体からなる第一、第二の出力端子を
   有する測定用治具であって、 前記それぞれの第一の導体の導入口を有し前記被測定素
   子を包囲して実質的に閉空間に閉じ込めるための導体か
   らなる、前記第一、第二の出力端子の一方を択一的に選
   択し、該選択された一方の出力端子の第一の導体と同電
   位に付勢されて、前記選択された一方の出力端子の前記
   第二の導体に接続されたガードと、前記第三の導体の少
   なくとも一方に接続された接地とを有し、前記選択され
   た一方の出力端子の前記第一の導体を前記被測定素子の
   所定の部位に電気的に接続し、前記部位から前記被測定
   電流を出力するようにした低電流測定用治具。
4. 【請求項４】前記選択された一方の出力端子の前記第二
   の導体を前記ガードに接続するためのスイッチを追加し
   てなる請求項３記載の低電流測定用治具。