JPH0330919B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は測定器と被測定素子との間を接続する
複数の測定信号ケーブルのガード間接続を行なう
測定装置に関する。

近年、半導体技術の進歩にともなつて、多くの
パラメータを多くの測定点で非常に微小な値まで
高分解能でしかも高速で測定することができる測
定装置が益々強く求められている。その様な測定
装置の１つとして第１図に示す様に複数の測定器
と被測定素子が接続されるチヤネル部間をスイツ
チ・マトリクス及び測定信号ケーブルを用いて結
合する測定装置が考えられる。第１図の測定装置
においては、高周波電圧源１２及び電流計１４を
備えたインピーダンス測定器１０、電源・電流
計・電圧計として機能するSMU₁乃至SMU_oを備
えた直流微小信号測定器２０が設けられている。
また被測定素子（以下、DUTと称する）１１０，
１１２は直接、或は延長ケーブル１２０を介して
チヤネル・ボツクス８０に設けられたチヤネル部
CH₁乃至CH_kに適宜接続される。各測定器１０，
２０とチヤネルCH₁乃至CH_kとの間は測定信号ケ
ーブル３０乃至４０，６０乃至７０及びスイツ
チ・マトリクス５０によつて選択的に接続され
る。スイツチ・マトリクス５０内には測定器１
０，２０に接続される測定信号ケーブル３０乃至
４０とチヤネル部CH₁乃至CH_kに接続される測定
信号ケーブル６０乃至７０を選択的に接続するた
めの多数のスイツチが設けられているが、この様
なスイツチについては、「マトリクス・スイツチ」
と題された実願昭56−17021（実開昭57−131743）
の明細書及び図面に示されているので、ここでは
説明を省略する。またチヤネル部CH₁乃至CH_kと
測定信号ケーブル６０乃至７０を選択的に接続す
るスイツチ９０乃至１００をチヤネル・ボツクス
８０内に設ける。

とこで上に述べた様な測定器においては、測定
器定精度を向上させまた安定な測定を行なうため
に測定信号ケーブルにはガードが設けられる。第
１図ではガードはＧ、HG、LGなる記号で表わ
されている。このガードに要求される条件は測定
項目によつて異なる。たとえば上に例示した直流
微小信号測定とインピーダンス測定をチヤネル
CH₁及びCH₂間に接続されたDUT１１０につい
て行なう場合は以下のになる。

(i) 直流微小信号測定 たとえばSMU₁及びSMU₂を用いるとすれば、
各SMUからの電源用の線（以下、フオース
（force）線と称する）Ｆ及び電圧検知用の線（以
下、センス（sense）線と称する）Ｓは、各々が
SMUよりのガードＧにより、なるべくDUTの近
傍までシールドされ、漏洩電流の影響が出ない様
になつている。そのためには芯線であるフオース
線Ｆ、センス線ＳとそれぞれのガードＧとが同電
位でなければならない。

(ii) インピーダンス測定 インピーダンス測定器１０の高周波電源１２，
電流計１４に夫々接続された測定信号ケーブル３
０，３２のＨ線、Ｌ線は、チヤネル部CH₁，CH₂
に接続された測定信号ケーブル６０乃至６６のフ
オース線Ｆ、センス線Ｓのどちらかに夫々接続さ
れる。また測定信号ケーブル３０，３２のガード
HG，LGを測定信号ケーブル６０乃至６６のガ
ードＧに接続することにより、測定信号ケーブル
６０乃至６６を静電シールドする必要がある。更
に重要なことはDUT１１０にできるだけ近い所
で測定信号ケーブル９０，９２と９４，９６のガ
ードＧ間を破線１３０で示す如く充分低インピー
ダンスでシヨートしなければならない。その理由
は各測定信号ケーブルのガードＧにリターン電流
パスを確保し電磁シールドを行なうことである。
その結果、DUT１１０に直列に入る測定信号ケ
ーブルのインダクタンスが減少し、また測定信号
ケーブル間の相互インダクタンスもなくなり、測
定精度・分解能の向上、及び測定ケーブルの相互
配置にともなう測定結果の変動の防止の効果があ
る。

さて、直流微小信号測定定の場合には(i)で述べ
た様にガードと芯線とを同電位にしなければなら
ないが、たとえばDUTに電葦をかけて電流を流
す等DUTの被測定素子間は同電位になるとは限
らないため、DUTの近傍で測定信号線のガード
間をインピーダンス測定時の如如くシヨートして
おくことはできない。

また、DUTをチヤネル部へ直接接続するので
はなく、DUTを固定したり、また被測定点に探
針等により接触させて電気的接続を得るためのテ
ストフイクスチヤ（test fixture）やブローバ
（prober）等の測定用治具をチヤネル部の先に接
続することが通常行なわれるが、この場合には以
下の様な間題がある。すなわち上の(i)、(ii)に述べ
たことからして、DUTにできるだけ近い所まで
ガードを設けることが望ましいため、ブローバ等
を使用する場合には第１図のチヤネル部CH_kにお
いて見られる様にガード付きの延長ケーブル１２
０によつてガードをブローバ等の内部のDUTの
近くまで延長する。ガード間のシヨート処理は延
長ケーブルの先端部で行うことが理想ではある
が、ブローバ等の機構や操作上、延長ケーブルの
先端部はできるだけ身軽にしておく必要がある。
また本測定装置の性格上、チヤネル部までは標準
的構成として提供できるが、チヤネル部の先に取
付けられるプローバやテストフイクスチヤは使用
者側で必要に応じて多様な形態のものを採用する
ことが多いと考えられる。この場合使用者側にガ
ード間のシヨート処理を負担させることは好まし
くないし、またプローバやテストフイクスチヤの
構造等によつてはこれが不可能な場合もある。

本発明は以上で説明した問題点を解決し、測定
項目に応じて適切なガード間シヨート処理を行な
つて測定の精度・分解能・安定度を向上させるこ
とを目的とする。

以下、図面に基いて本発明を詳細に説明する。

第２図は第１図に示した測定装置に本発明を適
用した第１の実施例の測定装置の構成を示す図で
あり、第１図と共通の要素については同一の参照
記号を付してある。本実施例においてはガード間
を接続するためのガード間接続線１５０、及びチ
ヤネル部CH₁乃至CH_kに対応して設けられ夫々対
応するガード間接続線１５０間を選択的に接続す
るスイツチ１４０乃至１４４がチヤネルボツクス
８０内に設けられている。そしてスイツチ１４０
乃至１４４（またスイツチ９０乃至１００及びス
イツチ・マトリクス５０も）は自動測定コントロ
ーラ（図示せず）によつて開閉制御される。ここ
で、チヤネル部CH₂及びCH₂間に接続された
DUT１１０のインピーダンスをインピーダンス
測定器１０により測定する場合について説明す
る。先ずスイツチ・マトリクス５０によりインピ
ーダンス測定器１０からのＨ線、Ｌ線を夫々測定
信号ケーブル６０，６４のフオース線Ｆ（もちろ
んセンス線Ｓ側でも良い）へ接続し、またガード
HG，LGも夫々対応するガードＧへ接続する。
そしてスイツチ９０，９４を閉じることによりイ
ンピーダンス測定器１０をチヤネル部CH₂，CH₂
へ接続する。更にガード・スイツチ１４０，１４
２を閉じることによつてガード接続線１５０を介
して測定信号ケーブル６０，６４のガード間をシ
ヨートし、リターン電流i_Rをガードに流すことに
よつて電磁シールドを行なう。また上で言及され
なかつたスイツチ類は開放しておく。一方直流微
小信号測定を行なう場合にはスイツチ・マトリク
ス５０の接続切換を行なうとともにスイツチ９
０，９２，９４，９６を閉じる。またガード・ス
イツチ１４０，１４２は開放状態にしてガード間
の接続を切つておく。この様な構成をとることに
より、任意のチヤネル部間に対応するガード間を
自由にシヨート・開放可能となるため、測定項目
に応じて適切なガード間シヨート処理を任意のチ
ヤネル部間について行なうことができる。

なお、本実施例においてはガード・スイツチ１
４０乃至１４４及びガード接続線１５０の構成に
よりガード間のシヨートを行なう経路は１つしか
とれないが、複数の独立した経路を設けても良
い。そのためにはたとえばガード接続線やガー
ド・スイツチを多重に配設したり、また第２図の
ガード接続線１５０の様な共通接続線を設けるか
わりにチヤネル部の各対毎にガード・スイツチを
設けてガード間シヨート処理を行なう等の各種の
変形が可能である。

さて、第１図に関して説明した様に、チヤネル
部の先に更にプローバやテストフイクスチヤを取
付けてDUTの測定を行なう場にはチヤネル部か
ら延びる延長ケーブルについての配慮が必要であ
る。この場合についての本発明の第２の実施例を
第３図乃至第６図を用いて以下で説明する。

第３図は第１図に示した測定装置のチヤネル部
に延長ケーブルを介してプローバを接続したもの
に本発明を適用した実施例の測定装置の構成を示
す図であり、第１図と共通の要素については同一
の参照記号を付してある。第３図の測定装置にお
いて、チヤネル部CH₁乃至CH_kとプローバ１６０
との間は夫々延長ケーブル１１６乃至１２０によ
つて結合されている。またプローバ１６０内に
DUT１１４が置かれている。そして延長ケーブ
ルの先端をできるだけ身軽にしておくため、各延
長ケーブル１１６乃至１２０の先端のガードを
夫々ガード引出し線１７０乃至１７４によりチヤ
ネル部CH₁乃至CH₄の近傍まで引出し、ここにガ
ード接続線２００及びガード・スイツチ１９０乃
至１９４を設け、第２図に示された第１の実施例
と同様なガード間シヨート処理を行なう。ここに
おいて、ガード引出し線１７０乃至１７４は夫々
分布インダクタンスL₁乃至L₃，分布抵抗R₁乃至
R₃を有するため、ガードによつて構成されるリ
ターン電流パスに直列に入るインピーダンスが測
定に好ましくない影響を与える場合がある。その
場合インピーダンス測定周波数において分布イン
ダクタンスL₁乃至L₃とともに直列共振するキヤ
パシタンスを有するコンデンサ１８０乃至１８４
を第３図に示す如く夫々ガード引出し線１７０乃
至１７４に直列に挿入すれば良い。

ところで、ガード引出し線１７０乃至１７４間
には相互インダクタンスが存在し、かつこれらの
相互インダクタンスはガード引出し線１７０乃至
１７４の配置に依存して大幅に変動する。そこで
第４図のガード引出し線の処理をす図の如く、ガ
ード引出し線を相互に撚り合わせて伝送線路トラ
ンスを構成することが望ましい。第５図はインピ
ーダンス測定時の上述の撚り合わせの効果の説明
図であり、また第６図はガード引出し線１７０か
ら１７２までの等価回路を示す図である（ただし
分布抵抗分は省略）。第５図及び第６図において、
M₁₂は撚り合わせによつて構成された伝送線路ト
ランスにおけるガード引出し線１７０，１７２間
の相互インダクタンスである。第５図に示した様
に、リターン電流i_Rは伝送線路トランスをノーマ
ル・モードで通過する。よつてガード線１７０，
１７２に直列に入るインダクタンス分は第６図に
示される様に夫々L₁−M₁₂，L₂−M₁₂と、極めて
小さくなる（理想状態ではL₁＝L₂＝M₁₂となり、
直列インダクタンス分は０になる）。従つて、イ
ンピーダンス測定用高周波の角周波をωとすると
き、直列共振用コンデンサ１８０，１８２のキヤ
バシタンスC₁，C₂は夫々以下の様に定められる。

Cm＝１／ω²（Lm−M₁₂） （ｍ＝１，
２） この様にガード引出し線を互いに撚り合わせる
ことにより、リターン電流に直列に入るインダク
タンス分は非常に小さくなるとともに、ガード引
出し線の配置に依存しなくなる。また電磁シール
ド効果がもたらされるため、外乱の影響を受けに
くくなる。また撚り合わせによつて上述のインダ
クタンス分が充分に小さくなつた場合は、直列共
振用コンデンサ１８０，１８２は全く不要にな
る。

なお、本発明は第１図に示される様なスイツ
チ・マトリクスを用いた測定装置に限定されるも
のではないことは当然である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される測定装置の一例の
構成図、第２図は本発明の第１の実施例の測定装
置の構成図、第３図は本発明の第２の実施例の測
定装置の構成図、第４図は第３図の測定装置のガ
ード引出し線の処理を示す図、第５図は第４図の
ガード引出し線の処理の効果を説明する図、第６
図は第５図中のガード引出し線の部分の等価回路
図である。 １０…インピーダンス測定器、２０…直流微小
信号測定器、３０乃至４０，６０乃至７０…測定
信号ケーブル、１１０乃至１１４…DUT、１１
６乃至１２０…延長ケーブル、１４０乃至１４
４，１９０乃至１９４…ガード・スイツチ、１５
０，２００…ガード接続線、１７０乃至１７４…
ガード引出し線、１８０乃至１８４…コンデン
サ、CH₁乃至CH_k…チヤネル部、Ｇ，HG，LG…
ガード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被測定素子に接続される複数のチヤネル部
   と、前記チヤネル部を測定器に接続し、また各々
   がガードを有する複数の測定信号ケーブルと、 前記ガード間を被測定素子側で選択的に接続す
   るスイツチ手段 とを有する測定装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の測定装置におい
   て、 前記チヤネル部から前記被測定素子までの接続
   のために各々がガードを有する延長ケーブルを設
   けるとともに、前記スイツチ手段を前記チヤネル
   部の近傍に配置し、前記各延長ケーブルの先端部
   のガードを前記スイツチ手段に電気的に接続し、
   もつて前記延長ケーブルの先端のガード間を選択
   的に接続することを特徴とする測定装置。 ３ 特許請求の範囲第２項記載の測定装置におい
   て、 前記各延長ケーブル先端部のガードと前記スイ
   ツチ手段との電気的接続は容量を介して行なわれ
   ることを特徴とする測定装置。