微小電流測定方法および微小電流測定装置

トップ :: G 物理学 :: G01 測定;試験

【発明の名称】	微小電流測定方法および微小電流測定装置
【発明者】	【氏名】坂尾栄一
【要約】	【課題】コストを上昇させることなく、被測定体を流れる微小電流を十分正確に測定できる微小電流測定方法および微小電流測定装置を提供する。【解決手段】測定装置から被測定体に所定の電圧を印加することによって、被測定体に流れる微小電流を測定する微小電流測定方法であって、商用電源の１周期またはその整数倍の時間に相当する期間中に、商用電源の半周期について１回以上の割合で、一定時間毎に被測定体に流れる微小電流を測定し（Ｓ６）、それらの平均値を真の測定電流値とする（Ｓ１３）。

【特許請求の範囲】
【請求項１】測定装置から被測定体に所定の電圧を印加することによって、前記被測定体に流れる微小電流を測定する微小電流測定方法であって、商用電源の１周期またはその整数倍の時間に相当する期間中に、前記商用電源の半周期について１回以上の割合で、一定時間毎に前記被測定体に流れる微小電流を測定し、それらの平均値を真の測定電流値とすることを特徴とする、微小電流測定方法。
【請求項２】１回目の測定と、その測定から商用電源の半周期に相当する時間の経過後に行った２回目の測定との平均値を真の測定電流値とする、請求項１に記載の微小電流測定方法。
【請求項３】被測定体に所定の電圧を印加する電圧供給手段と、前記被測定体に流れる電流を測定する電流測定手段と、商用電源の１周期またはその整数倍の時間に相当する期間中に、前記商用電源の半周期について１回以上の割合で、一定時間毎に前記電流測定手段による測定結果をサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段によりサンプリングされた測定結果を記憶する測定結果記憶手段と、前記測定結果記憶手段に記憶された測定結果の平均値を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする、微小電流測定装置。
【請求項４】前記サンプリング手段は、１回目のサンプリング時から商用電源の半周期に相当する時間の経過後に２回目のサンプリングを行い、前記演算手段は、前記測定結果記憶手段に記憶されている、前記サンプリング手段による１回目のサンプリング結果と２回目のサンプリング結果との平均値を演算する、請求項３に記載の微小電流測定装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、たとえば半導体ディバイスなどのリーク電流のような微小な電流を測定する微小電流測定方法、およびその微小電流測定方法の実施に用いる微小電流測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ダイオード、発光ダイオード、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、ＩＣ（integrated circuit）、あるいはＬＳＩ（large scale integration ）のような半導体ディバイスは、製造後の工場出荷前に、各種の検査が行われ、良品と不良品とが区別される。
【０００３】このような検査は、たとえばＩＣテスタなどの自動検査装置によって、各種の検査項目が連続的に実行される。そして、この検査項目中に、リーク電流の検査がある。このリーク電流の検査は、半導体ディバイスなどの被測定体に逆バイアスを印加し、そのときに被測定体を流れる微小電流を測定するものである。
【０００４】ところで、半導体ディバイスの逆バイアス時のインピーダンスは、絶縁体と同様に非常に大きいので、リーク電流は極めて微小であって、たとえばｐＡあるいはｎＡのオーダーであり、このような微小な電流を測定する場合、電磁誘導による誤差が大きな問題となる。たとえば、自動検査装置自体、あるいは自動検査装置の付近に設置されている機器には、変圧器や電動機などが備えられており、これらの変圧器や電動機などが商用電源によって駆動されることに起因して、微小電流の測定結果に誘導による誤差が生じる。
【０００５】このため、従来の自動検査装置では、被測定体のリーク電流を安定して十分正確に測定することができず、良品と不良品とを正しく判定できない場合があることから、不良品を良品と判断する検査ミスや、良品を不良品と判断することによる歩留りの低下を引き起こすという課題があった。
【０００６】なお、このような問題を低減するために、測定回路に電磁シールドを施すことが考えられるが、このようにすると、コストが非常に高価になり、しかも完全なシールドは困難であって、十分に満足な測定結果を必ずしも得られないものと思われる。
【０００７】
【発明の開示】本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、コストを上昇させることなく、被測定体を流れる微小電流を十分正確に測定できる微小電流測定方法および微小電流測定装置を提供することを、その課題とする。
【０００８】上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００９】本願発明の第１の側面によれば、測定装置から被測定体に所定の電圧を印加することによって、被測定体に流れる微小電流を測定する微小電流測定方法であって、商用電源の１周期またはその整数倍の時間に相当する期間中に、商用電源の半周期について１回以上の割合で、一定時間毎に被測定体に流れる微小電流を測定し、それらの平均値を真の測定電流値とすることを特徴とする、微小電流測定方法が提供される。
【００１０】好ましい実施の形態によれば、１回目の測定と、その測定から商用電源の半周期に相当する時間の経過後に行った２回目の測定との平均値を真の測定電流値とする。
【００１１】本願発明の第２の側面によれば、被測定体に所定の電圧を印加する電圧供給手段と、被測定体に流れる電流を測定する電流測定手段と、商用電源の１周期またはその整数倍の時間に相当する期間中に、商用電源の半周期について１回以上の割合で、一定時間毎に電流測定手段による測定結果をサンプリングするサンプリング手段と、サンプリング手段によりサンプリングされた測定結果を記憶する測定結果記憶手段と、測定結果記憶手段に記憶された測定結果の平均値を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする、微小電流測定装置が提供される。
【００１２】好ましい実施の形態によれば、サンプリング手段は、１回目のサンプリング時から商用電源の半周期に相当する時間の経過後に２回目のサンプリングを行い、演算手段は、測定結果記憶手段に記憶されている、サンプリング手段による１回目のサンプリング結果と２回目のサンプリング結果との平均値を演算する。
【００１３】本願発明によれば、商用電源の１周期またはその整数倍の時間に相当する期間中に、商用電源の半周期について１回以上の割合で、一定時間毎に被測定体に流れる微小電流を測定し、それらの平均値を真の測定電流値とするので、商用電源による誘導の影響の正負を相殺できることから、コストを上昇させることなく、被測定体を流れる微小電流を十分正確に測定できる。すなわち、商用電源は所定周波数の正弦波交流電力であるので、その周波数の半周期毎に、測定結果に正の影響と負の影響とを交互に及ぼす。したがって、１個の被測定体に対する測定期間を商用電源の１周期またはその整数倍の期間とし、その期間において、商用電源の半周期について１回以上の割合で、一定時間毎に被測定体に流れる微小電流を測定することにより、商用電源の誘導が測定結果に及ぼす正の影響の絶対値の合計と負の影響の絶対値の合計とが等しくなる。この結果、測定期間における測定値の平均値を算出することにより、商用電源の影響を排除した真のリーク電流値を得ることができる。もちろん、商用電源の影響を避けるための電磁シールドなどを必要としないので、コストの上昇もない。
【００１４】なお、２個のハンドリング装置を用いて、被測定体の測定中に別の被測定体のハンドリングを行うことにより、検査作業の効率を向上させた自動検査装置においては、被測定体の測定中にハンドリング装置の電動機が作動し、それによる測定結果への影響が特に大きいのであるが、本願発明の微小電流測定装置は、このような自動検査装置に採用することにより、特に大きな効果を発揮する。
【００１５】また、１回目の測定と、その測定から商用電源の半周期に相当する時間の経過後に行った２回目の測定との平均値を真の測定電流値とれば、商用電源の半周期に相当する時間で測定を完了させることができ、被測定体を流れる微小電流を短時間で十分正確に測定できる。しかも、１回目の測定と２回目の測定との間に、逆バイアス時のリーク電流以外の各種の検査項目についての測定を行うことにより、極めて効率よく自動検査を行うことができる。
【００１６】被測定体としては、ダイオード、発光ダイオード、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、ＩＣ、あるいはＬＳＩなどが考えられるが、これらに限るものではない。
【００１７】電流測定手段と被測定体との接続は、たとえば被測定体のリード線やピンなどの端子を電流測定手段のソケットに挿入することにより実現できるが、これに限るものではない。
【００１８】サンプリング手段は、ディスクリート部品あるいはＩＣなどにより構成されるサンプル・ホールド回路により実現できるが、これに限るものではない。
【００１９】測定結果記憶手段としては、ＲＡＭ（random access memory）やＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable and programmable read only memory ）を用いることができるが、これらに限るものではない。
【００２０】演算手段は、所定のプログラムに基づいて動作するＣＰＵ（central processing unit ）により実現できるが、これに限るものではない。
【００２１】本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本願発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００２３】図１は、本願発明に係る微小電流測定装置を備えた自動検査装置の回路ブロック図であって、この自動検査装置は、ＣＰＵ１、ＲＯＭ（read only memory）２、ＲＡＭ３、入出力インターフェイス４、電源回路５、測定回路６、ソケット７、サンプル・ホールド回路８、搬入用ハンドリング装置９、および搬出用ハンドリング装置１０を備えている。ＣＰＵ１、ＲＯＭ２、ＲＡＭ３、および入出力インターフェイス４は、バス線により相互に接続されている。バス線には、アドレスバス、データバス、および制御信号線が含まれる。入出力インターフェイス４には、電源回路５、サンプル・ホールド回路８、搬入用ハンドリング装置９、および搬出用ハンドリング装置１０が接続されている。ソケット７はケーブルにより測定回路６に接続されており、測定回路６は電源回路５およびサンプル・ホールド回路８に接続されている。
【００２４】ＣＰＵ１は、自動検査装置の全体を制御する。ＲＯＭ２は、ＣＰＵ１を動作させるためのプログラムやデータを記憶している。ＲＡＭ３は、ＣＰＵ１にワーク領域を提供するとともに、測定データなどの各種のデータを記憶する。入出力インターフェイス４は、ＣＰＵ１と電源回路５、サンプル・ホールド回路８、搬入用ハンドリング装置９、および搬出用ハンドリング装置１０との間のインターフェイスとして機能する。電源回路５は、商用電源を利用して安定化された直流電圧を生成し、測定回路６などの能動素子に供給するとともに、測定回路６に測定用の電圧を供給する。測定回路６は、ソケット７に装着されるＩＣなどの被測定体の各種電気特性を測定する。ソケット７は、搬入用ハンドリング装置９によって被測定体（図示せず）が装着されることにより、被測定体と測定回路６とを接続する。サンプル・ホールド回路８は、測定回路６による測定結果を所定時間毎にサンプリングして、次のサンプリング時までそのデータを記憶する。搬入用ハンドリング装置９は、ＭＰＵ（micro processing unit ）や油圧サーボ機構などを備えており、ＣＰＵ１からの指令に基づいて、被測定体を所定の位置から搬送してソケット７に装着する。搬出用ハンドリング装置１０は、ＭＰＵ（micro processing unit ）や油圧サーボ機構などを備えており、ＣＰＵ１からの指令に基づいて、被測定体をソケット７から抜き取って所定の位置に搬送する。
【００２５】次に、上記自動検査装置におけるＣＰＵ１の動作について、図２のフローチャートを参照しながら説明する。
【００２６】操作部（図示せず）に対して検査開始指示操作が施されると、ＣＰＵ１が、入出力インターフェイス４を介して搬入用ハンドリング装置９に装着指示コマンドを供給する（Ｓ１）。これにより搬入用ハンドリング装置９が、ＩＣなどの被測定体をソケット７に装着する、いわゆる搬入動作の最終工程を開始する。なお、一連の検査作業の開始時の場合などのように、搬入用ハンドリング装置９が被測定体を保持してソケット７の近傍に待機している状態でない場合には、搬入用ハンドリング装置９が、ＩＣなどの被測定体を所定の位置から搬送してソケット７に装着する、いわゆる搬入動作の最初の工程を開始する。そしてＣＰＵ１が、入出力インターフェイス４を介して搬入用ハンドリング装置９から供給される信号に基づいて、搬入用ハンドリング装置９による搬入動作が完了したか否かを判断する（Ｓ２）。なお、搬入用ハンドリング装置９は、ソケット７への被測定体の装着が完了すれば、次の被測定体を所定の位置から搬送して、被測定体を保持した状態でソケット７の近傍位置で待機する。
【００２７】搬入用ハンドリング装置９による搬入動作が完了すれば（Ｓ２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１が、入出力インターフェイス４を介して電源回路５に電圧印加指示信号を供給する（Ｓ３）。これにより電源回路５が、測定回路６を介してソケット７の所定の端子に、逆バイアス時に被測定体を流れる電流を測定するための電圧を印加する。そしてＣＰＵ１が、変数Ｎを２に設定する（Ｓ４）。この変数Ｎは、測定結果のサンプリング回数をカウントするためのものである。そしてＣＰＵ１が、タイマ（図示せず）を起動させる（Ｓ５）。このタイマは、測定結果のサンプリング間隔を計時するためのものであり、商用電源が６０Ｈｚの場合、１／１２０秒を計時し、商用電源が５０Ｈｚの場合、１／１００秒を計時する。そしてＣＰＵ１が、入出力インターフェイス４を介してサンプル・ホールド回路８によるホールドデータを読み取り、ＲＡＭ３の所定領域に記憶させる（Ｓ６）。すなわち、ソケット７に被測定体が装着された状態で、被測定体に逆バイアスを印加して、そのときに被測定体に流れる微小電流を測定回路６により測定し、その測定結果をサンプル・ホールド回路８によりサンプリングして、そのホールドデータをＲＡＭ３に記憶させておくのである。そしてＣＰＵ１が、変数Ｎから１を減算して、その結果を変数Ｎに設定する（Ｓ７）。そしてＣＰＵ１が、変数Ｎが０であるか否かを判断する（Ｓ８）。
【００２８】変数Ｎが０でなければ（Ｓ８：ＮＯ）、ＣＰＵ１が、電源回路５を制御して、被測定体の逆バイアス時のリーク電流以外の各種の検査項目に関する測定を行わせる（Ｓ９）。これらの測定結果は、ＲＡＭ３に格納される。そしてＣＰＵ１が、Ｓ５で起動させたタイマがタイムアップしたか否かを判断する（Ｓ１０）。タイムアップしていなければ（Ｓ１０：ＮＯ）、Ｓ１０に戻ってタイマがタイムアップするのを待つ。タイムアップしていれば（Ｓ１０：ＹＥＳ）、Ｓ６に戻って次のホールドデータのＲＡＭ３への記憶のための処理を開始する。このように、Ｓ５～Ｓ１０の一連の処理により、商用電源の半周期に相当する時間に２回のリーク電流の測定結果がサンプリングされ、それらがＲＡＭ３に記憶される。
【００２９】すなわち、図３に示すように、破線で示す逆バイアス時の被測定体の真のリーク電流に対して、測定回路６による現実の測定結果は、搬入用ハンドリング装置９の電動機などに起因する商用電源による誘導の影響で、実線で示すように商用電源と同一周波数の正弦波状に変動する。そこで本実施形態においては、図３に黒丸印で示すように、測定回路６による測定結果のサンプリングを、１回目のサンプリングから商用電源の半周期に相当する時間の経過後に２回目のサンプリングを行うようにし、それら２回のサンプリング結果をＲＡＭ３に記憶させている。このようにすれば、サンプリングした測定結果を後述のように平均することにより、商用電源による誘導の影響で真のリーク電流よりも測定結果が大きくなったものと小さくなったものとが相殺され、正しく真のリーク電流を求めることができる。このことは、図３から視覚的に判断しても明らかである。しかも、１つの被測定体について商用電源の半周期に相当する短い時間で検査が完了する。
【００３０】Ｓ８において、変数Ｎが０であれば（Ｓ８：ＹＥＳ）、測定を完了したということなので、ＣＰＵ１が、入出力インターフェイス４を介して電源回路５に電圧印加停止指示信号を供給する（Ｓ１１）。これにより電源回路５が、測定回路６を介してソケット７の所定の端子に供給していた、被測定体に流れる微小電流を測定するための電圧の印加を停止する。そしてＣＰＵ１が、入出力インターフェイス４を介して搬出用ハンドリング装置１０に抜取指示コマンドを供給する（Ｓ１２）。これにより搬出用ハンドリング装置１０が、ソケット７から被測定体を抜き取って所定の位置に搬送する、いわゆる搬出動作を開始する。そしてＣＰＵ１が、Ｓ６でＲＡＭ３に記憶させた合計２回の測定結果の平均値を演算し、その演算結果をＲＡＭ３の所定領域に記憶させる（Ｓ１３）。そしてＣＰＵ１が、Ｓ１２における演算結果と予め決められた閾値とを比較して、被測定体が良品であるか不良品であるかを判定し、その判定結果をＲＡＭ３の所定領域に記憶させる（Ｓ１４）。もちろん、この判定には、リーク電流以外の検査項目の判定結果も用いられる。Ｓ１３における演算結果やＳ１４における判定結果は、表示装置（図示せず）の表示画面に表示されるとともに、プリンタ（図示せず）により記録用紙上に随時印刷される。そしてＣＰＵ１が、入出力インターフェイス４を介して搬出用ハンドリング装置１０から入力される信号に基づいて、搬出用ハンドリング装置１０による抜き取り動作が完了したか否かを判断する（Ｓ１５）。なお、Ｓ１２における判定結果が不良であった被測定体は、搬出用ハンドリング装置１０による搬出動作の完了後に、搬出用ハンドリング装置１０自体あるいは別の搬送装置によって、良品とは別の場所に搬送される。検査済の被測定体を所定の位置に搬送した搬出用ハンドリング装置１０は、ソケット７近傍の待機位置に戻る。
【００３１】搬出用ハンドリング装置１０による被測定体のソケット７からの抜き取り動作が完了すれば（Ｓ１５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１が、一連の測定が終了したか否かを判断する（Ｓ１６）。すなわち、操作部に対して検査終了指示操作が施されたかどうか調べる。一連の測定が終了すれば（Ｓ１６：ＹＥＳ）、このルーチンを終了する。
【００３２】Ｓ１６において、一連の測定が終了していなければ（Ｓ１６：ＮＯ）、Ｓ１に戻って新たな被測定体の測定を開始する。
【００３３】Ｓ１５において、搬出用ハンドリング装置１０による抜き取り動作が完了していなければ（Ｓ１５：ＮＯ）、Ｓ１５に戻って搬出用ハンドリング装置１０による抜き取り動作が完了するのを待つ。
【００３４】Ｓ２において、搬入用ハンドリング装置９による装着動作が完了していなければ（Ｓ２：ＮＯ）、Ｓ２に戻って搬入用ハンドリング装置９による装着動作が完了するのを待つ。
【００３５】なお、上記実施形態においては、商用電源の半周期に相当する時間の間隔をあけてリーク電流を２回測定し、その平均を演算したが、商用電源の１周期もしくはその整数倍に相当する時間に、商用電源の半周期に１回以上の割合で所定時間毎にリーク電流を測定し、その平均を演算してもよい。
【００３６】また、上記実施形態においては、一連の検査の開始と終了とを作業員が操作部に所定の操作を施すことによりＣＰＵ１に指示するように構成したが、所定の位置に被測定体を検出するセンサを設け、このセンサからの検出信号に基づいて、ＣＰＵ１が一連の検査の開始と終了とを自動的に判断するように構成してもよい。

【出願人】	【識別番号】０００１１６０２４【氏名又は名称】ローム株式会社
【出願日】	平成９年（１９９７）１２月１９日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】吉田稔（外２名）
【公開番号】	特開平１１－１８３５２９
【公開日】	平成１１年（１９９９）７月９日
【出願番号】	特願平９－３５０９５３