JPH0823014A

JPH0823014A - 信号波形測定装置及び信号波形測定方法

Info

Publication number: JPH0823014A
Application number: JP6157285A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Wakana; 伸一若菜; Kazuyuki Ozaki; 一幸尾崎; Yoshiaki Goto; 善朗後藤; Yasutoshi Umehara; 康敏梅原
Original assignee: Advantest Corp; Fujitsu Ltd
Current assignee: Advantest Corp; Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-07-08
Filing date: 1994-07-08
Publication date: 1996-01-23
Also published as: US5550479A

Abstract

(57)【要約】【目的】信号波形測定装置に関し、光導電素子を有す
る微細探針を用い、試料と探針間に流れる被測定電流量
を参照電圧のフィードバック操作により制御し、当該試
料の高速な信号波形を測定する。【構成】試料１６と探針11Ａとの間隔を調整するピエ
ゾ駆動手段１１と、試料１６と探針11Ａとの間に流れる
被測定電流Ｉを短波長の光Ｌに基づいてチョッピングす
る光導電素子１２と、被測定電流Ｉを入力して試料１６
の測定電圧の演算基礎となる参照電圧ＶOUT をサンプリ
ングする信号処理手段１３とを備える。信号処理手段１
３は、参照電圧ＶOUT を基準にして電圧に変換された被
測定電流Ｉをサンプリングし、かつ、被測定データＤOU
T を出力するデータ出力手段13Ａと、被測定データＤOU
T と電流設定データＤＲとを比較して比較結果データＤ
Ｃを出力するデータ比較手段13Ｂと、比較結果データＤ
Ｃに基づいて参照電圧ＶOUTを出力する制御手段13Ｃと
を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、信号波形測定装置及び
信号波形測定方法に関するものであり、更に詳しく言え
ば、半導体集積回路（以下ＩＣという）や超集積大規模
半導体回路（以下ＶＬＳＩという）の高速な信号波形を
測定する装置及び方法の改善に関するものである。

【０００２】近年、マスク・露光及び微細加工技術の発
達に伴い、超微細なパターンを有するＩＣやＶＬＳＩが
製造され、それを検査する技術においては、年々高度化
の一途を辿り、今後、益々ＩＣ検査装置や故障解析装置
等の高空間分解化及び高時間分解能化への要求が厳しく
なる。これまで用いられきたレーザプローブや、電子線
プローブを用いた検査装置では、その原理上の制約，例
えば、光の波長の制約によるプローブ径の縮小限界や、
試料のチャージアップ等による正確な測定の妨げと言っ
た問題がある。今後、更なる微細加工技術の発展により
得られるであろう超微細パターンの検査において、現状
の検査装置では、益々、空間分解能を持たせることが困
難になりつつある。

【０００３】そこで、原子像まで捕らえることが可能な
ＳＴＭ（トンネル顕微鏡）やＡＦＭ（原子間力顕微鏡）
を使用し、半導体デバイスの高速な信号波形を測定する
ことができる装置及びプローブのセンシング方法が望ま
れている。

【０００４】

【従来の技術】図10，11は、従来例に係る説明図であ
る。図10は、従来例に係る第１のＩＣ検査装置の構成図
であり、図11は、従来例に係る第２のＩＣ検査装置の構
成図をそれぞれ示している。例えば、９３年秋応用物理
学会（３０ａ−Ｐ−４）に見られるような非接触プロー
ブ型のＩＣ検査装置（第１のＩＣ検査装置）は、図10に
示すように、ピエゾ駆動装置１Ａ，光導電素子２Ｂ，波
形測定回路３Ａ，パルス発振器４Ａ，レーザ光源５Ａ，
関数発生器６Ａ，８Ａ，混合回路７Ａ及びオシロスコー
プ９Ａを備える。ピエゾ駆動装置１ＡはＳＴＭプローブ
101 ，ピエゾ素子102 及びフィードバック駆動部103 を
有し、プローブ101 とピエゾ素子102 との間に光導電素
子２Ｂが設けられる。波形測定回路３Ａは、電流／電圧
変換器（以下単にＩ／Ｖ変換器という）301 及びアンプ
＆ローパスフィルタ302 を有する。

【０００５】当該装置の機能は、例えば、５０Ω系のス
トリップライン（以下単にデバイスという）１６の電圧
波形を観測する場合、まず、ＳＴＭプローブ101 とデバ
イス１６との間の距離がピエゾ素子102 により調整さ
れ、当該プローブ101 とデバイス１６との間にトンネル
電流Ｉｔが流される。このトンネル電流Ｉｔは、フィー
ドバック駆動部103 により一定に制御される。なお、ダ
イオードを介して周波数ｆの正弦波信号（クロック信
号）が関数発生器８Ａからデバイス１６に供給される。

【０００６】また、周波数ｆの正弦波信号が関数発生器
６Ａにより発生され、それを＋Δｆずらしたトリガ信号
が当該発生器６Ａからパルス発振器４Ａ及び混合回路７
Ａに出力される。パルス発振器４Ａはトリガ信号に基づ
いてｆ＋Δｆのパルス列を発生し、レーザ光源５Ａで
は、このｆ＋Δｆのパルス列に基づいてレーザ光Ｌをチ
ョッピングする。チョッピングされたレーザ光Ｌは、光
導電素子２Ａに照射される。これにより、光導電素子２
Ａがレーザ光により励起され、瞬間的に導通状態を作成
する。このため、トンネル電流Ｉｔがチョッピングさ
れ、その電流はＩ／Ｖ変換器301 により電圧に変換され
る。この電圧は、アンプ＆ローパスフィルタ302 により
増幅・フィルタ処理されてオシロスコープ９Ａに出力さ
れる。

【０００７】混合回路７Ａでは、関数発生器８Ａからの
周波数ｆの正弦波信号と、関数発生器６Ａから周波数ｆ
＋Δｆのトリガ信号とを混合し、そのビート信号をオシ
ロスコープ９Ａに出力する。これにより、高速に変化す
るトンネル電流Ｉｔをサンプリングすることにより、デ
バイス１６の高速な電圧波形が観測され、その相対的な
電位が導かれる。

【０００８】また、ＡＦＭカンチレバーをコンタクトプ
ローブとした接触プローブ型のＩＣ検査装置（第２のＩ
Ｃ検査装置）は、図11に示すように、ピエゾ駆動装置１
Ｂ，光導電素子２Ｂ，波形測定回路３Ｂ，パルス発振器
４Ｂ，レーザ光源５Ｂ，関数発生器６Ｂ，８Ｂ，混合回
路７Ｂ及びオシロスコープ９Ｂを備える。ピエゾ駆動装
置１Ｂはコンタクトプローブ104 ，ピエゾ素子105 ，フ
ィードバック駆動部106 及び光検出器107 を有し、該プ
ローブ104 とピエゾ素子105 との間に光導電素子２Ｂが
設けられる。波形測定回路３Ｂは、電流／電圧変換器
（以下単にＩ／Ｖ変換器という）303 及びアンプ＆ロー
パスフィルタ304 を有する。

【０００９】当該装置の機能は、例えば、絶縁膜の付い
ていないデバイス１６の電圧波形を観測する場合、ま
ず、プローブ104 がデバイス１６に対してオーミックコ
ンタクトされ、当該プローブ104 とデバイス１６との間
に被測定電流Ｉが流される。この被測定電流Ｉは、レー
ザてこの原理により光検出器107 が検出する変位検出信
号に基づいてフィードバック駆動部106 により、一定に
制御される。なお、ダイオードを介して周波数ｆの正弦
波信号が関数発生器８Ｂからデバイス１６に供給され
る。

【００１０】また、周波数ｆの正弦波信号が関数発生器
６Ｂにより発生され、それを＋Δｆずらしたトリガ信号
が当該発生器６Ｂからパルス発振器４Ｂ及び混合回路７
Ｂに出力される。レーザ光源５Ｂでは、ｆ＋Δｆのパル
ス列に基づいてレーザ光Ｌをチョッピングする。チョッ
ピングされたレーザ光Ｌは、光導電素子２Ｂに照射され
る。これにより、光導電素子２Ｂがレーザ光により励起
され、瞬間的に導通状態を作成する。このため、被測定
電流Ｉがチョッピングされ、その電流はＩ／Ｖ変換器30
3 により電圧に変換される。この電圧は、アンプ＆ロー
パスフィルタ304 により増幅・フィルタ処理されてオシ
ロスコープ９Ｂに出力される。

【００１１】混合回路７Ｂでは、関数発生器８Ｂからの
周波数ｆの正弦波信号と、関数発生器６Ｂから周波数ｆ
＋Δｆのトリガ信号とを混合し、そのビート信号をオシ
ロスコープ９Ｂに出力する。これにより、高速に変化す
る被測定電流Ｉをサンプリングすることにより、デバイ
ス１６の高速な電圧波形が観測され、その相対的な電位
が導かれる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来例の第
１のＩＣ検査装置によれば、通常、トンネル電流Ｉｔが
数十ナノアンペアにセットされるため、プローブの入力
インピーダンスを大きくすることができ、デバイス１６
の回路負荷を小さくすることができる。また、完全に非
接触非破壊で電圧を測定することができるので、空間分
解能が高い。

【００１３】しかし、波形測定回路３Ｂが極微量のトン
ネル電流Ｉｔを取り扱うため、デバイス１６上の被測定
電圧が、ある一定以上の振幅をもった場合に、それがト
ンネル領域を越えてしまい、リニアな電圧測定をするこ
とが困難となる。また、表面画像と、電圧波形とを同時
に得ることが困難となるという問題がある。また、従来
例の第２のＩＣ検査装置によれば、カンチレバーの変位
をレーザてこ方式により検出し、この検出量を駆動部10
6 にフィードバックしている。このため、接触を安定さ
せことができる。また、表面像も同時に取得でき、プロ
ーブ104 が直接、デバイス１６にオーミックコンタクト
されるので、大きな被測定信号でもリニアな測定するこ
とができる。

【００１４】しかし、光導電素子２Ｂをオン状態にした
ときに、オーミックコンタクト抵抗が比較的小さいこと
から、デバイス１６上の回路負荷となり得る。また、デ
バイス１６上に空気酸化膜等の絶縁層が残留している場
合には、プローブ104 を強く押しつける必要がある。こ
れは、絶縁層を突き破って、配線とオーミックコンタク
トとるためである。この際に、先鋭度の高い針先にダメ
ージを与える恐れがある。

【００１５】また、第２のＩＣ検査装置では、バネ定数
の小さなカンチレバーを使用するため、それを十分大き
な力で押さえることが難しい。さらに、プローブ104 の
先端電流がコンタクト抵抗とＩ／Ｖ変換器303 の入力イ
ンピーダンスによって決定されるため、針先の接触部分
及びデバイス（試料）１６の配線パターン等の金属表面
が酸化膜により、抵抗変化を受けやすく、安定なプロー
ビングの妨げとなるという問題がある。

【００１６】本発明は、かかる従来例の問題点に鑑み創
作されたものであり、光導電素子を有する微細探針を用
い、試料と探針間に流れる被測定電流量を参照電圧のフ
ィードバック操作により制御し、当該試料の高速な信号
波形を測定することが可能となる信号波形測定装置及び
信号波形測定方法の提供を目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】図１，２は、本発明に係
る信号波形測定装置の原理図（その１，２）であり、図
３は、本発明に係る信号波形測定方法の原理図をそれぞ
れ示している。本発明の第１の信号波形測定装置は、図
１に示すように、試料１６と探針11Ａとの間隔を調整す
るピエゾ駆動手段１１と、前記試料１６と探針11Ａとの
間に流れる被測定電流Ｉをレーザ光Ｌに基づいてチョッ
ピングする光導電素子１２と、前記試料１６の測定電圧
の演算基礎となる参照電圧ＶOUT に基づいて被測定電流
Ｉをサンプリングする信号処理手段１３とを備えること
を特徴とする。

【００１８】本発明の第１の信号波形測定装置におい
て、前記信号処理手段１３は、図１に示すように、参照
電圧ＶOUT を基準にして電圧に変換された被測定電流Ｉ
をサンプリングし、かつ、被測定データＤOUT を出力す
るデータ出力手段13Ａと、前記被測定データＤOUT と電
流設定データＤＲとを比較して比較結果データＤＣを出
力するデータ比較手段13Ｂと、前記比較結果データＤＣ
に基づいて参照電圧ＶOUT を出力する制御手段13Ｃとを
有することを特徴とする。

【００１９】本発明の第２の信号波形測定装置は、ピエ
ゾ駆動手段１１が、図２に示すように、探針11Ａを駆動
するピエゾ素子11Ｂと、前記探針11Ａの変位を検出し変
位検出信号ＳＰを出力する検出部11Ｃと、前記変位検出
信号ＳＰに基づいてピエゾ素子11Ｂの出力制御をするフ
ィードバック駆動部11Ｄとを有することを特徴とする。

【００２０】本発明の第３の信号波形測定装置は、図２
に示すように、ピエゾ駆動手段１１又は試料１６のいず
れかを走査する走査手段１４と、前記走査により得られ
る探針11Ａの変位量に基づいて試料１６の画像情報を出
力する表示手段１５とが設けられることを特徴とする。
本発明の第４又は第５の信号波形測定装置は、ピエゾ駆
動手段１１が、少なくとも、カンチレバー方式又は垂直
針方式のいずれかの探針11Ａを有することを特徴とす
る。

【００２１】本発明の第１の信号波形測定方法は、図３
の処理フローチャートに示すように、まず、ステップＰ
１で試料１６と探針11Ａとの間の距離を調整して被測定
電流Ｉを発生し、次に、ステップＰ２で前記被測定電流
Ｉを短波長の光Ｌに基づいてチョッピングし、その後、
ステップＰ３で前記試料１６の測定電圧の演算基礎とな
る参照電圧ＶOUT Ｘに基づいて被測定電流Ｉをサンプリ
ングすることを特徴とする。

【００２２】本発明の第１の信号波形測定方法におい
て、前記被測定電流Ｉのサンプリングは、ステップＰ31
で被測定電流Ｉ及び参照電圧ＶOUT Ｘを入力して被比較
電流値ＩＸを発生し、次に、ステップＰ32で前記被比較
電流値ＩＸと電流設定値ＩＲとを比較し、その後、ステ
ップＰ33で前記比較結果に基づいて被比較電流値ＩＸを
電流設定値ＩＲに収束させる参照電圧ＶOUT Ｘを発生す
ることを特徴とする。

【００２３】本発明の第２の信号波形測定方法は、前記
試料１６と探針11Ａとの間の距離を調整してトンネル電
流Ｉｔを発生させることを特徴とする。本発明の第３の
信号波形測定方法は、前記被測定電流Ｉのサンプリング
の際に、探針11Ａを試料１６に押し当ててオーミックコ
ンタクトをし、前記オーミックコンタクトに基づいて被
測定電流Ｉを発生させることを特徴とする。

【００２４】本発明の第４の信号波形測定方法は、前記
被測定電流Ｉのサンプリングの際に、試料１６の信号波
形に対する測定位相φｉを可変したサンプリング信号Ｔ
Ｐｉを生成し、前記サンプリング信号ＴＰｉに基づくレ
ーザ光ＬによりＯＮ／ＯFF制御することを特徴とする。
本発明の第５の信号波形測定方法は、前記被測定電流Ｉ
のサンプリングの際に、試料１６への供給信号を固定
し、前記固定された試料１６に対する参照電圧ＶOUT Ｘ
をスイープして、被測定電流値Ｉが最小になる第１の参
照電圧ＶOUT １を探索し、かつ、電流設定値ＩＲが得ら
れる第２の参照電圧ＶOUT ２を探索し、前記第１及び第
２の参照電圧ＶOUT １，２からオフセット電圧Ｖoff を
演算することを特徴とする。

【００２５】本発明の第６の信号波形測定方法は、前記
被測定電流Ｉのサンプリングの際に、試料１６への供給
信号に対する被比較電流値ＩＸが得られる参照電圧ＶOU
T Ｘを探索し、前記参照電圧ＶOUT Ｘからオフセット電
圧Ｖoff を減算することを特徴とし、上記目的を達成す
る。

【００２６】

【作用】本発明の第１の信号波形測定装置の動作を説
明する。例えば、試料１６と探針11Ａとの間隔がピエゾ
駆動手段１１により調整されると、試料１６と探針11Ａ
との間に流れる被測定電流Ｉ，例えば、トンネル電流Ｉ
ｔが光導電素子１２によりレーザ光Ｌに基づいてチョッ
ピングされる。この際に、試料１６と探針11Ａとをオー
ミックコンタクトすることにより被測定電流Ｉを発生す
る場合もある（第３の信号波形測定方法）。

【００２７】このチョッピングされた被測定電流Ｉが、
試料１６の測定電圧の演算基礎となる参照電圧ＶOUT に
基づいて信号処理手段１３によりサンプリングされる
（第１，第２の信号波形測定方法）。この際に、データ
出力手段13Ａでは、参照電圧ＶOUT を基準にして被測定
電流Ｉが電圧に変換される。また、電圧に変換された被
サンプル電圧Ｖｏがサンプリングされ、この結果、デー
タ出力手段13Ａからデータ比較手段13Ｂに被測定データ
ＤOUT が出力される。なお、被測定データＤOUT はメモ
リに格納される。

【００２８】データ比較手段13Ｂでは、被測定データＤ
OUT と電流設定データＤＲとが比較され、比較結果デー
タＤＣがデータ比較手段13Ｂから制御手段13Ｃに出力さ
れる。制御手段13Ｃでは、比較結果データＤＣに基づい
て参照電圧ＶOUT が出力され、これが制御手段13Ｃから
データ出力手段13Ａにフィードバックされる。このた
め、サンプリング対象となった被測定電流Ｉを参照電圧
ＶOUT Ｘに基づいて電流設定値ＩＲに収束させることが
可能となる。このことで、極微量のトンネル電流Ｉｔを
信号処理手段１３で高精度により取り扱うことができ
る。

【００２９】これにより、試料１６上の被測定電圧が、
ある一定以上の振幅をもった場合にも、それがトンネル
領域を越えた場合にも、例えば、トンネル電流Ｉｔが電
流設定値ＩＲに収束するため、試料１６のリニアな電圧
測定をすることが可能となる。本発明の第２の信号波形
測定装置によれば、ピエゾ駆動手段１１の探針11Ａがピ
エゾ素子11Ｂにより駆動されると、当該探針11Ａの変位
が検出部11Ｃにより検出される。この変位検出信号ＳＰ
はフィードバック駆動部11Ｄに出力され、変位検出信号
ＳＰに基づいてピエゾ素子11Ｂがフィードバック駆動部
11Ｄにより出力制御される。

【００３０】このため、フィードバック駆動部11Ｄによ
り試料１６と探針11Ａとの間に流れる被測定電流Ｉ，例
えば、トンネル電流Ｉｔが一定制御されることから、そ
れを参照電圧ＶOUT に基づいて安定にサンプリングする
ことが可能となる。本発明の第３の信号波形測定装置に
よれば、ピエゾ駆動手段１１又は試料１６のいずれかが
走査手段１４により走査され、この走査により得られる
探針11Ａの変位量に基づいて試料１６の画像情報が表示
手段１５に出力される。

【００３１】このため、試料１６の表面像と、その電圧
波形とを同時に取得することが可能となる。本発明の第
４の信号波形測定装置によれば、例えば、バネ定数の小
さなカンチレバー方式の探針11Ａを有するピエゾ駆動手
段１１を用いた場合であっても、極微量のトンネル電流
Ｉｔ等を参照電圧ＶOUT に基づいて信号処理手段１３に
よりサンプリングすることが可能となる。

【００３２】これにより、従来例のように、カンチレバ
ーを試料１６に無理な力で押さえることも無くなる。ま
た、試料１６の酸化膜の上から安定なプロービングを行
うことが可能となり、針先の接触部分及び試料１６の配
線パターン等の金属表面が所定形状に保護される。本発
明の第５の信号波形測定装置によれば、例えば、板バネ
支持の垂直針方式の探針11Ａを有するピエゾ駆動手段１
１を用いた場合であっても、極微量のトンネル電流Ｉｔ
等を参照電圧ＶOUT に基づいて信号処理手段１３により
サンプリングすることが可能となる。

【００３３】これにより、探針11Ａの先端電流を電流設
定データＤＲにより任意に設定することができ、従来例
のように被測定電流Ｉがコンタクト抵抗とデータ出力手
段の電流／電圧変換器の入力インピーダンス等によって
一義的に決定されることもない。また、試料１６上に空
気酸化膜等の絶縁層が残留している場合にも、トンネル
電流Ｉｔが参照電圧ＶOUT に基づいてサンプリングされ
る。このことで、光導電素子１２がオン状態のときのオ
ーミックコンタクト抵抗も比較的大きくなるため、試料
１６上の回路負荷となり得ない。また、試料１６上に探
針11Ａを強く押しつける必要がない。これにより、針先
が先鋭度の高い所定形状に維持される。

【００３４】本発明の第１の信号波形測定方法によれ
ば、図３の処理フローチャートに示すように、ステップ
Ｐ２で試料１６と探針11Ａとの間に発生された被測定電
流Ｉが、短波長の光Ｌに基づいてチョッピングされ、そ
の後、ステップＰ３で参照電圧ＶOUT Ｘに基づいて被測
定電流Ｉがサンプリングされる。例えば、ステップＰ31
で被測定電流Ｉ及び参照電圧ＶOUT Ｘに基づいて被比較
電流値ＩＸが発生され、次に、ステップＰ32で被比較電
流値ＩＸと電流設定値ＩＲとが比較され、その後、ステ
ップＰ33で被比較電流値ＩＸを電流設定値ＩＲに収束さ
せる参照電圧ＶOUT Ｘが発生される。

【００３５】このため、サンプリング対象となった被測
定電流Ｉを参照電圧ＶOUT Ｘに基づいて電流設定値ＩＲ
に収束させることが可能となる。このことで、ナノアン
ペア単位の極微量のトンネル電流Ｉｔ等を高精度により
取り扱うことができる。例えば、サンプリング信号ＴＰ
ｉに基づいてチョッピングされた被測定電流Ｉにより得
られる被測定データＤOUT から、ステップＰ４で試料１
６の高速な信号波形を再現することが可能となる（第４
の信号波形測定方法）。

【００３６】また、被測定データＤOUT の演算に当たっ
ては、第１及び第２の参照電圧ＶOUT １，２からオフセ
ット電圧Ｖoff が演算（第５の信号波形測定方法）さ
れ、試料１６の被比較電流値ＩＸを与える参照電圧ＶOU
T Ｘからオフセット電圧Ｖoffが減算（第６の信号波形
測定方法）される。これにより、再現された試料１６の
信号波形から絶対電圧を測定することが可能となる。

【００３７】

【実施例】次に、図を参照しながら本発明の実施例につ
いて説明をする。図４〜９は、本発明の実施例に係る信
号波形測定装置及びその信号波形測定方法の説明図であ
る。（１）第１の実施例の説明図４は、本発明の第１の実施例に係る電圧波形測定装置
の構成図であり、図５は、その補足説明図をそれぞれ示
している。

【００３８】例えば、本発明の第１，第２及び第５の信
号波形測定装置を組み合わせた垂直針方式の非接触型の
電圧波形測定装置は、図４に示すように、ピエゾ駆動装
置２１，パルス発振器22Ａ，レーザ光源22Ｂ，サンプリ
ング装置２３，タイミング発生回路２４，ＲＡＭ（随時
書込み／読出し可能なメモリ）２５及びレジスタ２６を
備える。

【００３９】ピエゾ駆動装置２１は図１のピエゾ駆動手
段１１の一例であり、試料１６と探針11Ａとの間隔を調
整するものである。例えば、ピエゾ駆動装置２１は、垂
直針方式の探針11Ａ，ピエゾ素子11Ｂ，検出部11Ｃ，フ
ィードバック駆動部11Ｄ，板バネ支持部11Ｅ及び光導電
素子１２を有する。探針11Ａは試料１６の測定点にプロ
ービングする。ピエゾ素子11Ｂは探針11Ａを駆動する。
検出部11Ｃは探針11Ａの変位を検出し変位検出信号ＳＰ
をフィードバック駆動部11Ｄに出力する。当該駆動部11
Ｄは変位検出信号ＳＰに基づいてピエゾ素子11Ｂの出力
制御をする。板バネ支持部11Ｅは探針11Ａを保持する。

【００４０】光導電素子１２は、試料１６と探針11Ａと
の間に流れる被測定電流Ｉをレーザ光Ｌに基づいてチョ
ッピングするものである。光導電素子１２は探針11Ａの
途中に設けられる。例えば、光導電素子１２は図５
（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板12ＡにＧａＡｓＩｎＰ等
の半絶縁性層12Ｂが設けられ、当該半絶縁性層12Ｂに一
定距離を隔てて左右（上下）の探針11Ａが設けられて成
る。光導電素子１２の機能は、半絶縁性層12Ｂに短波長
のレーザ光Ｌを照射すると、その領域が励起し、瞬間的
に導通状態になる。

【００４１】パルス発振器22Ａはサンプリング信号（以
下トリガ信号という）ＴＰｉ，〔ｉ＝０〜６〕に基づい
てｆ＋Δｆのパルス列を発生する。本発明の実施例で
は、図７に示すように基準位相φ０に対して６つの測定
位相φ１〜φ６を設定する。トリガ信号ＴＰ０〜ＴＰ６
は、基準位相φ０及び測定位相φ１〜φ６を設定する信
号となる。レーザ光源22Ｂはｆ＋Δｆのパルス列に基づ
いてレーザ光Ｌをチョッピングする。

【００４２】サンプリング装置２３は信号処理手段１３
の一例であり、試料１６の測定電圧の演算基礎となる参
照電圧ＶOUT に基づいて被測定電流Ｉをサンプリングす
るものである。例えば、サンプリング装置２３は、Ｉ／
Ｖ変換器231 ，積分器232 ，サンプルホールド回路233
，Ａ／Ｄ変換器234 ，比較器235 ，制御ロジック回路2
36 及びＡ／Ｄ変換器237 を有する。

【００４３】Ｉ／Ｖ変換器231 ，積分器232 ，サンプル
ホールド回路233 及びＡ／Ｄ変換器234 は図１のデータ
出力手段13Ａの一例を構成するものであり、Ｉ／Ｖ変換
器231 は、参照電圧ＶOUT を基準にして被測定電流Ｉを
被サンプル電圧Ｖｏに変換する。例えば、Ｉ／Ｖ変換器
231 は図５（Ｂ）に示すようなオペアンプから成り、被
サンプル電圧ＶｏはＶOUT ±ＩＲとなる。本発明の実施
例では、被測定電流Ｉを１０ｎＡに設定した場合に、帰
還抵抗Ｒを１０ｋΩ程度にする。参照電圧ＶOUT は５Ｖ
前後である。

【００４４】積分器232 はローパスフィルタ等から成
り、被サンプル電圧Ｖｏを積分する。サンプルホールド
回路233 は、容量及びサンプリングスイッチから成り、
被サンプル電圧Ｖｏをサンプリングする。サンプリング
スイッチはクロック信号ＣＫ１に基づいてＯＮ／ＯFF動
作する。Ａ／Ｄ変換器234 は容量に充電された被サンプ
ル電圧をクロック信号ＣＫ２に基づいてＡ／Ｄ変換し、
被測定データＤOUT を発生する。

【００４５】比較器235 はデータ比較手段13Ｂの一例で
あり、被測定データＤOUT と電流設定データＤＲとを比
較して比較結果データＤＣを制御ロジック回路236 に出
力するものである。制御ロジック回路236 及びＤ／Ａ変
換器237 は、制御手段13Ｃの一例を構成するものであ
り、当該ロジック回路236 は、比較結果データＤＣをデ
コードして制御データＤＬをＤ／Ａ変換器237 に出力す
る。制御データＤＬの内容は、図５（Ｃ）に示すよう
に、サンプリング回数ｎに対して被測定電流Ｉを電流設
定値ＩＲに収束するようなデータである。

【００４６】例えば、ロジック回路236 は、比較結果デ
ータＤＣが＋方向に推移する場合には、それを−方向に
推移するような制御データＤＬを出力し、当該データＤ
Ｃが−方向に推移する場合には、それを＋方向に推移す
るような制御データＤＬを出力する。Ｄ／Ａ変換器237
は制御データＤＬに基づいて参照電圧ＶOUT を発生し、
それをＩ／Ｖ変換器231 に出力する。

【００４７】タイミング発生回路２４は基準クロック信
号ＣＫに基づいてトリガ信号ＴＰｉ，クロック信号ＣＫ
１，ＣＫ２を発生し、それらをパルス発振器22Ａ，サン
プルホールド回路233 及びＡ／Ｄ変換器234 に出力す
る。ＲＡＭ２５は、被測定データＤOUT を格納する。レ
ジスタ２６は電流設定データＤＲを保持する。このデー
タＤＲは探針11Ａの電流設定パラメータであり、トンネ
ル電流Ｉｔを設定することができる。

【００４８】次に、本発明の各実施例に係る電圧波形測
定方法について、装置の動作を説明する。図６は、本発
明の各実施例に係る電圧波形の測定フローチャートであ
り、図７は、その測定フローチャートの補足説明図であ
る。図８は、その参照電圧対被測定電流の関係図をそれ
ぞれ示している。例えば、試料１６と探針11Ａとの間に
流れるトンネル電流Ｉｔを監視し、試料１６に供給した
クロック信号ＴＣＫに基づいて発生する測定点の電圧波
形を測定する場合、図６に示すように、まず、ステップ
Ｐ１で基準位相φ０に対して測定位相φｉを設定する。
これは、試料１６の信号波形の基準位相φ０に対する測
定位相φ１〜φ６のトリガ信号ＴＰ１〜ＴＰ６φを生成
し、このトリガ信号ＴＰ１〜ＴＰ６に基づくレーザ光Ｌ
を発生するためである。

【００４９】なお、測定位相φｉの設定によって、タイ
ミング発生回路２４により、基準クロック信号ＣＫに基
づくトリガ信号ＴＰ０，クロック信号ＣＫ１及びＣＫ２
が発生され、それらがパルス発振器22Ａ，サンプルホー
ルド回路233 及びＡ／Ｄ変換器234 にそれぞれ出力され
る。次に、ステップＰ２でレーザ光Ｌによってチョッピ
ングされた被測定電流Ｉを取り込む。ここでは、試料１
６の測定点に位置合わせされた探針11Ａが、ピエゾ素子
11Ｂにより駆動されてプロービングされる。このとき、
探針11Ａの変位が検出部11Ｃにより検出され、変位検出
信号ＳＰがフィードバック駆動部11Ｄに出力される。変
位検出信号ＳＰに基づいてピエゾ素子11Ｂが当該駆動部
11Ｄにより出力制御される。これにより、トンネル電流
Ｉｔ等の一定制御が可能となる。

【００５０】また、トリガ信号ＴＰ０に基づいてパルス
発振器22Ａは、ｆ＋Δｆのパルス列を発生し、これに基
づいてレーザ光源22Ｂはレーザ光Ｌをチョッピングす
る。このレーザ光Ｌは光導電素子１２を励起し、瞬間的
に探針11Ａ間を導通状態にする。これにより、試料１６
と探針11Ａとの間に流れるトンネル電流Ｉｔがチョッピ
ングされる（第４の信号波形測定方法）。

【００５１】なお、探針11Ａを試料１６に押し当ててオ
ーミックコンタクトをし、オーミックコンタクトに基づ
いて試料１６と探針11Ａとの間に被測定電流Ｉを発生し
ても良い（第３の信号波形測定方法）。次いで、ステッ
プＰ３で被測定電流Ｉ又はトンネル電流Ｉｔと参照電圧
ＶOUTＸとに基づいて被比較電流値ＩＸを発生する。例
えば、参照電圧ＶOUT を基準にしてトンネル電流Ｉｔが
Ｉ／Ｖ変換器231 により被サンプル電圧Ｖｏに変換され
る。ＶOUT ±ＩＲが測定位相φｉの被サンプル電圧Ｖｏ
となる。これは絶対電圧ではない。

【００５２】また、被サンプル電圧Ｖｏが積分器232 に
より積分され、それがクロック信号ＣＫ１に基づいてサ
ンプルホールド回路233 の容量に充電される。また、充
電された被サンプル電圧Ｖｏは、クロック信号ＣＫ２に
基づいてＡ／Ｄ変換器234 によりＡ／Ｄ変換されて被測
定データＤOUT となる。これにより、試料１６の測定電
圧の演算基礎となる参照電圧ＶOUT Ｘに基づいてチョッ
ピングされたトンネル電流Ｉｔをサンプリングすること
ができる。

【００５３】次に、ステップＰ４で被比較電流値ＩＸと
電流設定値ＩＲとを比較する。この際に、電流値ＩＸが
設定値ＩＲよりも大きい場合（ＹES）には、ステップＰ
５に移行して、制御データＤＬを小さくする。また、電
流値ＩＸが設定値ＩＲよりも小さい場合（ＮＯ）には、
ステップＰ６に移行して、制御データＤＬを大きくす
る。

【００５４】具体的には、レジスタ２６から比較器235
に電流設定データＤＲが転送されると、比較器235 では
被測定データＤOUT と電流設定データＤＲとが比較さ
れ、比較結果データＤＣが制御ロジック回路236 に出力
される。ここで、制御ロジック回路236 では、比較結果
データＤＣがデコードされ、制御データＤＬがＤ／Ａ変
換器237 に出力される。

【００５５】その後、ステップＰ７で比較結果に基づい
て被比較電流値ＩＸを電流設定値ＩＲに収束させる参照
電圧ＶOUT Ｘを発生する。例えば、制御データＤＬの内
容は、図５（Ｃ）に示すようなサンプリング回数ｎに対
して被測定電流Ｉを電流設定値ＩＲに収束するようなデ
ータである。具体的には、比較結果データＤＣが＋方向
に推移する場合には、それを−方向に推移するような制
御データＤＬが、ロジック回路236 からＤ／Ａ変換器23
7 に出力される。反対に比較結果データＤＣが−方向に
推移する場合には、それを＋方向に推移するような制御
データＤＬがＤ／Ａ変換器237 に出力される。この制御
データＤＬに基づいて参照電圧ＶOUT がＤ／Ａ変換器23
7 により発生され、それがＩ／Ｖ変換器231 に出力され
る。

【００５６】次いで、ステップＰ８で測定位相φｉにつ
いてサンプリング回数ｎを実行したか否かを判断する。
この際に、例えば、測定位相φ１について回数ｎを実行
した場合（ＹES）には、ステップＰ９に移行し、回数ｎ
を実行しない場合（ＮＯ）には、ステップＰ２に戻っ
て、被測定電流Ｉを取込み、サンプリングを継続する。
これは、基準位相φ０と測定位相φ１とで規定する１サ
イクル周期に多数サンプリングを行う場合であり、この
際に、図５（Ｃ）に示すように、最初の数回から数百回
程度では、参照電圧ＶOUT を比較的大きく変化させて、
被測定電流Ｉを取込み、その後、回数ｎに近づく程、被
測定電流Ｉを最適な値になるように参照電圧ＶOUT を小
さく変化させる。

【００５７】また、ステップＰ９では測定位相φｉを変
更するか否かを判断する。この際に、例えば、測定位相
φ１からφ２に変更する場合（ＹES）には、ステップＰ
１に戻って、新たな測定位相φ２を設定する。本発明の
実施例では残りの測定位相φ３〜φ６についてサンプリ
ングを行う。それを変更しない場合（ＮＯ）には、ステ
ップＰ11に移行する。なお、ステップＰ３で得られた被
測定データＤOUT は、ステップＰ10でメモリ加算をす
る。具体的にはＲＡＭ２５に、被測定データＤOUT が格
納され、適当な回数ｎだけ積算される。これにより、被
測定データＤOUTの信号対雑音比〔観測Ｓ／Ｎ比〕を改
善することができる。

【００５８】また、ステップＰ11では試料１６の電圧波
形を再現する。例えば、図７に示すようにトリガ信号Ｔ
Ｐ０〜ＴＰ６により取得した各測定位相φ０〜φ６の演
算データがプロットされ、試料１６の電圧波形ＶＸが再
現される。ここで、Ｖｒは絶対電圧Ｖｒであり、Ｖoff
はオフセット電圧である。その後、ステップＰ12で波形
測定の終了判断をする。波形測定が終了していない場合
（ＮＯ）には、ステップＰ１に戻ってサンプリングを継
続する。（ＹES）により測定を終了する。

【００５９】このようにして、本発明の第１の実施例に
係る信号波形測定装置によれば、図１に示すように、ピ
エゾ駆動装置２１，パルス発振器22Ａ，レーザ光源22
Ｂ，サンプリング装置２３，タイミング発生回路２４，
ＲＡＭ（随時書込み／読出し可能なメモリ）２５及びレ
ジスタ２６を備える。このため、サンプリング対象とな
った被測定電流Ｉをサンプリング装置２３により、参照
電圧ＶOUT Ｘに基づいてフィードバック制御をすること
により、電流設定値ＩＲに収束させることが可能とな
る。このことで、図８（Ｂ）に示すように、絶縁破壊領
域Ｂに至らない電流設定値ＩＲを設定すると、トンネル
領域Ａにおいて、トンネル電流Ｉｔをある一定値になる
ように、サンプリングすることができる。

【００６０】また、トンネル電流Ｉｔの印加電圧とギャ
ップ距離とに対する非線形性が信号波形測定に反映され
なくなるため、高精度な電圧波形測定を行うことが可能
となる。また、本発明の装置によれば、ピエゾ駆動装置
２１の探針11Ａが変位検出信号ＳＰに基づいてフィード
バック駆動部11Ｄにより出力制御される。このため、試
料１６と探針11Ａとの間に流れるトンネル電流Ｉｔが一
定制御されることから、参照電圧ＶOUT に基づいて安定
にトンネル電流Ｉｔをサンプリングすることが可能とな
る。

【００６１】さらに、本発明の装置によれば、光導電素
子１２のオン抵抗が小さい状態でも、その先端の微小電
流を電流設定データＤＲにより任意に設定することがで
きる。このことで、従来例のように被測定電流Ｉがコン
タクト抵抗とＩ／Ｖ変換器231 の入力インピーダンスに
よって一義的に決定されることがない。また、Ｉ／Ｖ変
換器231 の入力をハイ・インピーダンスにでき、試料１
６に過大な負荷を与えない。これにより、板バネ支持の
垂直針方式の探針11Ａにより、波形歪みの無い信号波形
を測定することが可能となる。

【００６２】また、本発明の測定方法によれば、図６の
処理フローチャートに示すように、ステップＰ２で試料
１６と探針11Ａとの間に発生されたトンネル電流Ｉｔ
が、レーザ光Ｌに基づいてチョッピングされ、その後、
ステップＰ３で参照電圧ＶOUTＸに基づいてトンネル電
流Ｉｔがサンプリングされる。このため、サンプリング
対象となった被測定電流Ｉを参照電圧ＶOUT Ｘに基づい
て、例えば、トンネル電流Ｉｔを与える電流設定値ＩＲ
に収束させることが可能となる。このことで、極微量の
トンネル電流Ｉｔ等を高精度により取り扱うことができ
る。

【００６３】これにより、試料１６上の被測定電流Ｉ
が、ある一定以上の振幅をもった場合にも、それがトン
ネル領域を越えた場合にも、トンネル電流Ｉｔが電流設
定値ＩＲに収束するため、試料１６のリニアな電圧測定
をすることが可能となる。例えば、試料１６へのクロッ
ク信号ＴＣＫを固定し、図８（Ａ）に示すように、参照
電圧ＶOUT Ｘをスイープして、被測定電流値Ｉが最小に
なる参照電圧ＶOUT １を探索する。また、電流設定値Ｉ
Ｒが得られる参照電圧ＶOUT ２を探索し、両参照電圧Ｖ
OUT １，２からオフセット電圧Ｖoff を演算する（第５
の信号波形測定方法）。

【００６４】さらに、試料１６へのクロック信号ＴＣＫ
に対する被比較電流値ＩＸが得られる参照電圧ＶOUT Ｘ
を探索し、参照電圧ＶOUT Ｘからオフセット電圧Ｖoff
を減算する（第６の信号波形測定方法）。これにより、
ステップＰ11でトンネルモードであって、完全にオーミ
ックコンタクトしていない状態でも、試料１６の絶対電
圧Ｖｒを正確に測定することが可能となる。

【００６５】（２）第２の実施例の説明図９は、本発明の第２の実施例に係る電圧波形測定装置
の構成図を示している。第２の実施例では第１の実施例
と異なり、ステージ駆動部３４，モニタ３５及びカンチ
レバー方式の探針31Ａが設けられる。すなわち、本発明
の第１，第３及び第４の信号波形測定装置を組み合わせ
た非接触型の電圧波形測定装置は、図９に示すように、
カンチレバー方式の探針31Ａ，ピエゾ素子31Ｂ，検出部
31Ｃ，フィードバック駆動部31Ｄ，光導電素子３２，パ
ルス発振器32Ａ，レーザ光源32Ｂ，Ｉ／Ｖ変換器331 ，
積分器332 ，サンプルホールド回路333 ，Ａ／Ｄ変換器
334 ，比較器335 ，制御ロジック回路336 ，Ａ／Ｄ変換
器337 ，ステージ駆動部３４，モニタ３５，レジスタ３
６及びタイミング発生回路３７を備える。

【００６６】ステージ駆動部３４は走査手段１４の一例
であり、試料１６をＸＹ方向に走査するものである。走
査手段１４はカンチレバー，探針31Ａ，ピエゾ素子31Ｂ
及び検出部31Ｃが組み込まれたピエゾ駆動装置を走査す
るものでも良い。モニタ３５は表示手段１５の一例であ
り、走査により得られる探針11Ａの変位量に基づいて試
料１６の画像情報を出力する。なお、第１の実施例と同
じ名称のものは、同じ機能を有するため、その説明を省
略する。

【００６７】このようにして、本発明の第２の実施例に
係る電圧波形測定装置によれば、試料１６がステージ駆
動部３４により走査され、この走査により得られる探針
31Ａの変位量に基づいて試料１６の画像情報がモニタ３
５に出力される。このため、試料１６の表面像と、その
電圧波形とを同時に取得することが可能となる。例え
ば、バネ定数の小さなカンチレバーを用いて配線上に数
十Å程度の空気酸化膜等が残留する試料１６の信号波形
を測定する場合に、モニタ３５の表面像の情報から任意
の測定点にプローブビングすることができる。また、従
来例のように探針31Ａを絶縁層に突き当てたり、探針先
端に大きな力を加える必要もない。また、極微量のトン
ネル電流Ｉｔを参照電圧ＶOUT に基づいてＩ／Ｖ変換器
331 ，積分器332 ，サンプルホールド回路333 ，Ａ／Ｄ
変換器334 ，比較器335 ，制御ロジック回路336 及びＡ
／Ｄ変換器337 によりサンプリングすることが可能とな
る。

【００６８】これにより、配線と探針先端部との間に流
れるトンネル電流を観察することにより、波形歪みのな
い信号波形を測定することが可能となる。また、針先の
接触部分及び試料１６の配線パターン等の金属表面が所
定形状に保護され、探針31Ａの寿命を長くすることが可
能となる。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の信号波形
測定装置によれば、試料と探針との間隔を調整するピエ
ゾ駆動手段と、その間に流れる被測定電流を短波長の光
に基づいてチョッピングする光導電素子と、参照電圧に
基づいて被測定電流をサンプリングする信号処理手段と
を備える。

【００７０】このため、サンプリング対象となった被測
定電流を参照電圧に基づいて電流設定値に収束させるこ
とが可能となる。このことで、極微量のトンネル電流等
を信号処理手段により高精度に取り扱うことができ、試
料の絶対電圧を測定することが可能となる。本発明の他
の装置によれば、ピエゾ駆動手段のフィードバック駆動
部により試料と探針との間に流れる被測定電流が一定制
御される。このため、参照電圧に基づいて極微量のトン
ネル電流の変化を安定にサンプリングすることが可能と
なる。

【００７１】本発明の他の装置によれば、ピエゾ駆動手
段又は試料のいずれかを走査する走査手段と、探針の変
位量に基づいて試料の画像情報を表示する表示手段が設
けられる。このため、試料の表面像と、その電圧波形と
を同時に取得することが可能となり、プロービング位置
の決定が容易になる。本発明の他の装置によれば、バネ
定数の小さなカンチレバー方式の探針や板バネ支持の垂
直針方式の探針を用いた信号波形測定装置を構成するこ
とができる。また、試料の酸化膜等の上から安定なプロ
ービングを行うことが可能となり、針先の接触部分及び
試料の配線パターン等の金属表面が所定形状に保護され
る。

【００７２】本発明の信号波形測定方法によれば、試料
と探針との間に発生された被測定電流が、短波長の光に
基づいてチョッピングされ、その後、参照電圧に基づい
て被測定電流がサンプリングされる。このため、被測定
電流が参照電圧に基づいて電流設定値に収束されること
から、探針の先端電流を電流設定データにより任意に設
定することができる。また、試料上の信号波形が、ある
一定以上の振幅をもった場合にも、被測定電流を電流設
定値に収束させることができるため、試料のリニアな電
圧測定をすること、及び、高速な信号波形を再現するこ
とが可能となる。

【００７３】また、本発明の他の方法によれば、試料上
に空気酸化膜等の絶縁層が残留している場合にも、トン
ネル電流が参照電圧に基づいてサンプリングされる。こ
のことから、試料上に探針を強く押しつける必要がな
く、針先が先鋭度の高い所定形状に維持される。これに
より、原子レベルのプロービング機能を備え、ＩＣやＶ
ＬＳＩ等の高速な信号波形を測定するトンネル電流型及
び原子間力型の信号波形測定装置の提供に寄与するとこ
ろが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る信号波形測定装置の原理図（その
１）である。

【図２】本発明に係る信号波形測定装置の原理図（その
２）である。

【図３】本発明に係る信号波形測定方法の原理図であ
る。

【図４】本発明の第１の実施例に係る電圧波形測定装置
の構成図である。

【図５】本発明の各実施例に係る電圧波形測定装置の補
足説明図である。

【図６】本発明の各実施例に係る電圧波形の測定フロー
チャートである。

【図７】本発明の各実施例に係る測定フローチャートの
補足説明図である。

【図８】本発明の各実施例に係る参照電圧対被測定電流
の関係図である。

【図９】本発明の第２の実施例に係る電圧波形測定装置
の構成図である。

【図10】従来例に係る第１のＩＣ検査装置の構成図であ
る。

【図11】従来例に係る第２のＩＣ検査装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

１１…ピエゾ駆動手段、 11Ａ…探針、 11Ｂ…ピエゾ素子、 11Ｃ…検出部、 11Ｄ…フィードバック駆動部、１２…光導電素子、１３…信号処理手段、 13Ａ…データ出力手段、 13Ｂ…データ比較手段、 13Ｃ…制御手段、１４…走査手段、１５…表示手段、ＶOUT …参照電圧、ＤOUT …被測定データ、ＤＲ…電流設定データ、ＤＣ…比較結果データ、Ｉ…被測定電流、Ｉｔ…トンネル電流、ＳＰ…変位検出信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者後藤善朗神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者梅原康敏宮城県仙台市青葉区上愛子字松原48番２株式会社アドバンテスト研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料（１６）と探針（11Ａ）との間隔を
調整するピエゾ駆動手段（１１）と、前記試料（１６）
と探針（11Ａ）との間に流れる被測定電流（Ｉ）を短波
長の光（Ｌ）に基づいてチョッピングする光導電素子
（１２）と、前記試料（１６）の測定電圧の演算基礎と
なる参照電圧（ＶOUT ）に基づいて被測定電流（Ｉ）を
サンプリングする信号処理手段（１３）とを備えること
を特徴とする信号波形測定装置。
【請求項２】前記信号処理手段（１３）は、参照電圧
（ＶOUT ）を基準にして電圧に変換された被測定電流
（Ｉ）をサンプリングし、被測定データ（ＤOUT ）を出
力するデータ出力手段（13Ａ）と、前記被測定データ
（ＤOUT ）と電流設定データ（ＤＲ）とを比較して比較
結果データ（ＤＣ）を出力するデータ比較手段（13Ｂ）
と、前記比較結果データ（ＤＣ）に基づいて参照電圧
（ＶOUT ）を出力する制御手段（13Ｃ）とを有すること
を特徴とする請求項１記載の信号波形測定装置。
【請求項３】ピエゾ駆動手段（１１）は、探針（11
Ａ）を駆動するピエゾ素子（11Ｂ）と、前記探針（11
Ａ）の変位を検出し変位検出信号（ＳＰ）を出力する検
出部（11Ｃ）と、前記変位検出信号（ＳＰ）に基づいて
ピエゾ素子（11Ｂ）の出力制御をするフィードバック駆
動部（11Ｄ）とを有することを特徴とする請求項１記載
の信号波形測定装置。
【請求項４】ピエゾ駆動手段（１１）又は試料（１
６）のいずれかを走査する走査手段（１４）と、前記走
査により得られる探針（11Ａ）の変位量に基づいて試料
（１６）の画像情報を出力する表示手段（１５）とが設
けられることを特徴とする請求項１記載の信号波形測定
装置。
【請求項５】ピエゾ駆動手段（１１）は、少なくと
も、カンチレバー方式又は垂直針方式のいずれかの探針
（11Ａ）を有することを特徴とする請求項１記載の信号
波形測定装置。
【請求項６】試料（１６）と探針（11Ａ）との間の距
離を調整して被測定電流（Ｉ）を発生し、前記被測定電
流（Ｉ）を短波長の光（Ｌ）に基づいてチョッピング
し、前記試料（１６）の測定電圧の演算基礎となる参照
電圧（ＶOUT Ｘ）に基づいて被測定電流（Ｉ）をサンプ
リングすることを特徴とする信号波形測定方法。
【請求項７】前記被測定電流（Ｉ）のサンプリング
は、被測定電流（Ｉ）及び参照電圧（ＶOUT Ｘ）を入力
して被比較電流値（ＩＸ）を発生し、前記被比較電流値
（ＩＸ）と電流設定値（ＩＲ）とを比較し、前記比較結
果に基づいて被比較電流値（ＩＸ）を電流設定値（Ｉ
Ｒ）に収束させる参照電圧（ＶOUT Ｘ）を発生すること
を特徴とする請求項６記載の信号波形測定方法。
【請求項８】前記被測定電流（Ｉ）のサンプリングの
際に、試料（１６）と探針（11Ａ）との間の距離を調整
してトンネル電流（Ｉｔ）を発生させることを特徴とす
る請求項６記載の信号波形測定方法。
【請求項９】前記被測定電流（Ｉ）のサンプリングの
際に、探針（11Ａ）を試料（１６）に押し当ててオーミ
ックコンタクトをし、前記オーミックコンタクトに基づ
いて被測定電流（Ｉ）を発生させることを特徴とする請
求項６記載の信号波形測定方法。
【請求項10】前記被測定電流（Ｉ）のサンプリングの
際に、試料（１６）の信号波形に対する測定位相（φ
ｉ）を可変したサンプリング信号（ＴＰｉ）を生成し、
前記サンプリング信号（ＴＰｉ）に基づくレーザ光
（Ｌ）によりＯＮ／ＯFF制御することを特徴とする請求
項６記載の信号波形測定方法。
【請求項11】前記被測定電流（Ｉ）のサンプリングの
際に、試料（１６）への供給信号を固定し、前記固定さ
れた試料（１６）に対する参照電圧（ＶOUTＸ）をスイ
ープして、被測定電流値（Ｉ）が最小になる第１の参照
電圧（ＶOUT１）を探索し、かつ、電流設定値（ＩＲ）
が得られる第２の参照電圧（ＶOUT ２）を探索し、前記
第１及び第２の参照電圧（ＶOUT １，２）からオフセッ
ト電圧（Ｖoff ）を演算することを特徴とする請求項６
記載の信号波形測定方法。
【請求項12】前記被測定電流（Ｉ）のサンプリングの
際に、試料（１６）への供給信号に対する被比較電流値
（ＩＸ）が得られる参照電圧（ＶOUT Ｘ）を探索し、前
記参照電圧（ＶOUT Ｘ）からオフセット電圧（Ｖoff ）
を減算することを特徴とする請求項６記載の信号波形測
定方法。