(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気回路素子に複数の計測装置を接続するための、第１および第２の導体を有する線路と、共通導体と、前記線路の一方の端部において前記第１の導体を前記電気回路素子に接続する探針と、前記第２の導体と前記共通導体を接続する直列接続された抵抗とコンデンサと、前記線路のもう一方の端部において前記第１および第２の導体に前記計測装置を接続するスイッチ手段とを備えたプローブ装置。
【請求項２】
前記プローブ装置は、芯線と接地外被を有する高周波計測装置に接続される第１の線路と、信号線とガード線を有する低周波計測装置に接続される第２の線路とを備え、前記第２の線路の接地外被は前記共通導体と短絡され、
前記スイッチ手段は択一的に第１、第２の状態とを取り、前記第１の状態においては、前記第１の線路の芯線と接地外被に前記第１および第２の導体がそれぞれ接続され、前記第２の状態においては、前記第２の線路の信号線とガード線に前記第１および第２の導体がそれぞれ接続されることを特徴とする請求項１記載のプローブ装置。
【請求項３】
前記請求項２に記載のプローブ装置と、前記第１の線路に接続されたパルス発生器である高周波計測装置と、前記第２の線路に接続されたＳＭＵである低周波計測装置とを含む電気回路素子計測装置。
【請求項４】
前記コンデンサの容量値が、前記低周波計測器のガード線許容対地容量値より小さい値であることを特徴とする請求項３記載の電気回路素子計測装置。
【請求項５】
前記抵抗の抵抗値は、前記第２の導体、前記直列接続された抵抗とコンデンサ、および、前記共通導体とで作られるループの抵抗分がそのループの特性インピーダンスとなる値である請求項２記載のプローブ装置。
【請求項６】
絶縁基板上に、中心を有する円環状導体を配置し、それぞれが第１および第２の導体を有する複数の線路を更に前記中心より放射状に配置するとともに、前記線路の前記中心に近い端において、所定の前記第２の導体のそれぞれと前記円環状導体とを直列接続された抵抗とコンデンサで接続するとともに所定の前記第１の導体のそれぞれに回路素子計測用探針を取り付けて成るプローブ装置。
【請求項７】
前記抵抗の抵抗値は、前記第２の導体、前記直列接続された抵抗とコンデンサ、および、前記共通導体とで作られるループの抵抗分がそのループの特性インピーダンスとなる値である請求項６記載のプローブ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、電気回路素子計測用プローブ装置と該プローブ装置を用いる電気回路素子の計測装置とに関り、特に、計測のために高周波計測装置と低周波計測装置により共用されるプローブ装置に関する。
【０００２】
【発明の従来技術と問題点】
産業の米と言われるＩＣをはじめとする電気回路素子（以下素子と称する）の計測を高速・高精度で信頼性高く実施することは、常に要請されている。
素子の高集積化・高機能化に伴い、１素子で扱われる信号も、デジタル、アナログを問わず混在される傾向にある。そして、高周波・高速動作の確認と、低周波・高精度測定による素子品質の確認・解析を確実に行うことが、素子計測に課せられた課題である。
【０００３】
以下に集積回路（ＩＣ）を素子の一例として説明するが、より構造の複雑な素子（ＶＬＳＩ等）やより構造の簡単な素子（２端子抵抗等）にも、本発明は同様に適用できるものであり、そのような観点から以下の説明は解釈されなければならない。
【０００４】
一般に素子の計測は計測装置と素子を接続するために素子装着用の治具を設け、該治具と計測装置を計測用線路で接続する構成をとっている。
【０００５】
近年、素子の高密度、高機能化に伴い、入出力端子間隔が数分の１ｍｍで入出力端子が数１００個にも達するようになってきた。さらに、素子自身の大きさに特段の変化がないため、入出力端子の素子近傍での操作は日増しに困難さを増している。
【０００６】
従って、素子装着用の治具は、まず入出力端子を線路により素子から外方へ放射状に延伸して、該線路間距離を所要の値まで拡大する。このような目的で、集積回路計測のために用いられる治具の素子に最も近く配置せられるものとして、プローブ・カードがある。
プローブ・カードについては、本発明の実施例において詳述するが、素子の入出力端子に接触する、多数の、探針を備えた線路を円環状基盤に配置したものである。
【０００７】
一方、素子の高機能化により、計測装置も種々の機能を有する必要があり、数種類の計測器を同一入力端子に切り換え接続する必要が生ずる場合も多い。この計測器の切り換えが素子になるべく近いところで行われるのが理想的である場合が多いが、前述の理由により困難でありプローブ・カードにより線路間間隔を拡張した後、スイッチング・マトリクス手段等を用いて切り換えを行っている。本願明細書では、プローブ・カードよりスイッチング・マトリクス手段に達するまでをプローブ装置と称することにする。
【０００８】
また、高機能素子の測定をおこなう計測器も高機能・高価・大型となりやすく、使用できる数にも制限があるので、１つの計測器を多数の入出力端子の計測で共用できるようにする要求もあるから、スイッチング・マトリクス手段は、この要求をも満足するように設計されている。
【０００９】
図１は制御ゲートＣＧに接続されたゲート探針Ｇ，浮遊ゲートＦＧ，Ｐ型基板に接続された基板探針ＳＵＢ、Ｎ型ドレーン領域に接続されたドレーン探針Ｄ，Ｎ型ソース領域に接続されたソース探針Ｓを有するフラッシュメモリ・セルＦの計測システムの構成を示す図である。
【００１０】
上記図１において、パルス発生器（以下ＰＧと略称する）ＰＧは高速三値パルスを発生する出力端子を有する。
【００１１】
また、電流供給・電圧測定／電圧供給・電流測定装置（以下ＳＭＵと略称する）ＳＭＵは、その入出力ポートから電流供給と電圧測定を行うか、あるいは電圧供給と電流測定を行うかの二つの機能を択一的に選択して実施するものであり、本願出願人の出願による特開昭５８ー１４８５０６に記載の装置と同様のものであるが、従来周知の装置であり、これ以上の説明は省略する。
【００１２】
図１において、フラッシュメモリ・セルＦに接続された探針には、それぞれに接続された線路を介し、ＰＧ又はＳＭＵが選択的に接続される。その選択手段がスイッチング・マトリックス手段（以下ＳＷＭと略称する）ＳＷＭであり、ＰＧとＳＭＵの一方をセルＦに接続するように動作する。
【００１３】
上記セルの書き込みでは、図１に示すように、ソース探針ＳにＳＭＵを接続して接地電位とし、ゲート探針Ｇとドレーン探針ＤにＰＧをそれぞれ接続して、所定のパルス印加を行う。
【００１４】
また、全ての探針Ｇ，Ｓ，Ｄ、ＳＵＢをＳＭＵに接続して、漏れ電流や直流電圧・電流特性の測定をおこなうこともできる。
【００１５】
図２は、前記ＰＧのうちの２つＰＧ１、ＰＧ２と１台のＳＭＵを特に取り出して示すものである。被測定回路素子（ＤＵＴ）５０に接触する多数の探針には、プローブ・カード４０上の線路３２、３４、３６、３８等がそれぞれ接続されており、ＳＷＭ１４内の１６、１８へスイッチ２２、２８等を介して接続される。リレー１６、１８にはスイッチ２０、２４、２６を介してＰＧ２、ＳＭＵ６、ＰＧ４がそれぞれ接続される。
ＰＧ２、ＳＭＵ６、ＰＧ４とスイッチ２０、２４、２６とのそれぞれの接続は線路８、１２、１０によっておこなわれる。線路８、１０は一般に同軸ケーブル、マイクロストリップ線路やツイスト・ペア線等であり、線路１２は４芯同軸線路や、４芯同軸線路の最内層２導体を並行２線やツイスト・ペアにした変形４芯同軸線路が用いられる。線路１２の導体を内部より第１、第２、第３、第４導体とすると、第１導体は電圧センス用であり、第２導体は電流供給用であり、第３導体はガード用であって、動作時は第１導体の電位と実質時に同電位に保たれる。第４導体は一般に接地され、外部よりの電磁妨害を遮蔽する役目をもつ。
【００１６】
線路１２の第１導体と第２導体を合わせて信号線とし、第３導体をガード線として用いることが通常おこなわれる。
【００１７】
さて、本発明に関連する問題点を明らかにするため、図２の構成の一動作姿態として、線路８、３２、３４が関連する計測をおこなう場合を考え、図３の等価回路が得られる。
【００１８】
図３、図２において共通導体４２はシャーシ等に接続されている。図２のＰＧ２と線路８とはパルス源１０２と出力抵抗１０３によって表されている。スイッチ２０、２２、線路３２の線路は、第１導体１０８１と第２導体１０８２を有する線路１０８として表されている。
線路３４、スイッチ２４、２８の線路は、第１導体１１２１と第２導体１１２２とを有する線路１１２として表されている。
線路１２と、ＳＭＵ６は、代表して負荷１０６として表されている。
負荷１０６は抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３をＹ結線したものとして表され、Ｙ結線の外部端子は、それぞれ第２導体１１２２、第１導体１１２１、共通導体４２に接続される。
【００１９】
線路１０８の特性インピーダンスＺｃは抵抗１０３と等しく、線路１１２の特性インピーダンスもＺｃとするのが普通である。
【００２０】
このような構成でパルス源１０２よりパルスを印加すると、第２導体１０８２、１１２２のＤＵＴ５０に近い端末Ａ．Ｂが断絶しているため、線路インピーダンスの急変が起こり、反射が生じてＤＵＴ５０に印加されるパルス波形に乱れが生じ、計測誤差の増大を招く。
【００２１】
これを緩和するため、（１）端末Ａ，Ｂを短絡するスイッチを設け、パルス印加時はそれを閉成して線路インピーダンスの急変を避け、直流測定算においてＳＭＵが接続されるときは、それを開放して、第２導体１０８２、１１２２がガードとして動作しうるようにする方法が考えられる。
【００２２】
あるいは、（２）前記端末Ａ，Ｂと共通導体間にスイッチを設けて、パルス印加時はそれらのスイッチを閉成する方法が考えられる。
【００２３】
さらに（３）、（２）において、スイッチを容量素子（コンデンサ）に換える方法も考えられる。上記（１）、（２）はＤＵＴ５０の端子数が少ない場合は実施されている。（３）については本願発明者が実施をおこなった。
【００２４】
前記（１）の方法では、非常に多くのスイッチが必要である。汎用のプローブ装置（各探針に個性をもたせないか、個性をもたない探針を多くする場合）では、探針４８個に対し、４８Ｘ（４８ー１）÷２＝１、１２８のスイッチが必要になる場合もあり、物理的に施工困難である。
【００２５】
前記（２）の方法では、スイッチの個数は高々探針の個数となるが、その駆動回路も含めるとやはり複雑で大型であり高価となる。
もし、超小型のスイッチで高信頼のものがあり、集積化できれば使用可能であろうが現在そのような技術はみあたらない。
【００２６】
そこで、本願発明の発明者等は、前記（３）の方法を検討考案したところ、前記（１）、（２）に比較し、駆動する必要もなく、物理的に小型となり、実装に困難がないことを確認したが、次のことが問題であることを見出した。
（Ｘ．１）コンデンサの容量値によりパルス波形にリンギングが生じる。
（Ｘ．２）容量値が大きいとＳＭＵ接続動作時にＳＭＵ動作の不安定が生ずることがある。
【００２７】
【発明の目的】
従って本発明の目的は、パルス駆動計測等の高周波計測等とＳＭＵ使用計測等の低周波（直流を含む）計測に共用できるプローブ装置により、前記の問題点を解消することにある。
【００２８】
【発明の概要】
本発明のプローブ装置では、探針近傍の線路の第２導体と共通導体間にコンデンサと抵抗の直列回路を挿入することにより前記導体２、前記共通導体４２の直流的な絶縁を保ちつつ交流帰路を確保することを基本的な考えとしている。
【００２９】
そこで、第１、第２の導体を有する線路と、共通導体とを有する伝送回路において、前記線路の一方の端部において前記第２の導体と前記共通導体を直列接続された抵抗とコンデンサで接続し、前記線路のもう一方の端部において前記第１、第２の導体にスイッチ手段を設けたプローブ装置が提供される。
【００３０】
さらに、前記スイッチ手段は択一的に第１、第２の状態とを取り、前記第１の状態において、前記第１、第２の導体は高周波線路の芯線と接地外被にそれぞれ接続され、前記第２の状態において前記第１、第２の導体は低周波線路の信号線とガード線とにそれぞれ接続されるとともに、前記接地外被は前記共通導体と短絡されるように変更される。
【００３１】
そしてこの前記プローブ装置と、前記高周波線路に接続されたパルス発生器等の高周波計測装置と、前記低周波線路に接続されたＳＭＵ等の低周波計測装置とを用いて、前述したように回路素子計測装置が構成できる。
【００３２】
前記コンデンサの容量値が、前記低周波計測器のガード線許容対置容量値に応じた値とし、できるだけ大きくすることが望ましい。
【００３３】
また、前記抵抗の抵抗値を、前記第２の導体、前記直列接続された抵抗とコンデンサと前記共通導体とで作るループの抵抗分がそのループの特性抵抗となる値と選ぶこともできる。
【００３４】
本発明のプローブ装置は、絶縁基板上に、中心を有する円環状導体を配置し、それぞれが第１、第２の導体を有する複数の線路を更に前記中心より放射状に配置するとともに、前記線路の前記中心に近い端において、所定の前記第２の導体のそれぞれと前記円環状導体とを直列接続された抵抗とコンデンサで接続するとともに所定の前記第１の導体のそれぞれに回路素子計測用接触子を取り付けたものである。
【００３５】
そして、このプローブ装置において前記抵抗の抵抗値を前記第２の導体、前記直列接続された抵抗とコンデンサと前記共通体とで作るループの抵抗分がそのループの特性抵抗となる値と選ぶこともできる。
【００３６】
【発明の実施例】
図４は発明の原理を説明するための図である。図３との違いは、抵抗６４、コンデンサ６２を直列接続して成る接地素子６０と、抵抗７４、コンデンサ７２を直列接続して成る接地素子７０とをそれぞれ端末Ａと共通導体４２間、端末Ｂと共通導体４２に接続された共通プレート８０間に接続したところにある。
これら接地素子は必要としているパルス品質に応じて設ければよく、基本的に全ての探針に対して、それに接続される線路の第２導体に１つづつ接続する必要はないが、探針に個性を持たせないときは、全ての探針に対して、接地素子を設けるのを原則とする。また、抵抗６４、７４やコンデンサ６２、７２の値は一般に同じ値に選べばよく、製造上有利である。
【００３７】
コンデンサ６２、７２の値Ｃは、ＳＭＵのガード線の許容対地容量値より小さくなければならない。そうでないとＳＭＵの動作が不安定となる。本発明の一実施例では、許容対地容量値がＳＭＵのポート当たり５、０００ｐＦであり、ＳＭＵ同１ポートに並列接続される探針が４までとされているので、Ｃ＝１、０００ｐＦと選ばれる．Ｃの値はできるだけ大きく選んでおく。
【００３８】
抵抗６４、７４の値Ｒについては、いくつかの選択方法があり、それらのいずれかを適用している。まず、線路の第２導体、接地素子、共通プレート８０、共通導体４２の共通プレート８０から前記第２導体までの部分導体４２１とが構成するループがパルス入力等での高周波過渡信号を小さくし、かつ短期間で減衰せしめるように抵抗値を選定する。
以下において、ループの抵抗をＲｔ（Ｒを含む）、インダクタンスをＬ，容量をＣとし、ループの特性インピーダンスＺｏをＬ／Ｃの正の平方根とする。
【００３９】
【００４０】
一つの方法は、前記ループのリンギングの高さを低く、かつ短時間で消滅するようにＲｔを２Ｚｏ以下とし、ＲｔよりＲを決定する方法である。本発明の一実施例ではＲｔ＝Ｚｏと選んでいる。
【００４１】
さらに別の方法は、実際にパルスを印加して実験により決定する方法であり、図４においてＤＵＴ５０を第１導体１０８１と１１２１の短絡回路として、Ｒ１＝Ｒ３＝０のもとに、負荷１０６をオシロスコープとして測定しつつ、所定の波形を観測できるようにＲを調整するものである。Ｒ２は線路の特性インピーダンスとし、この両端の波形を観測するのが実際的である。
【００４２】
次に実際に本発明を適用したプローブ装置の構造について説明する。
【００４３】
図５は接地素子６０、７０の実装されたプローブ・カードの上面からの斜視図であって、下面に探針を有する。図６は図５のプローブ・カードにおいて、線路３２の第１導体３２１（図４の線路１０８１に対応する）と、接地素子６０の端子を結ぶ直線を含む垂直面で該プローブ・カードを切断した断面を示している。
線路３２の第２導体３２２は、プローブ・カード上のストリップ線によって中心部に延伸され、抵抗６４に接続する。コンデンサ６２は一方の端子が抵抗６４と直接接続され、他方の端子はプレート８０に接続される。
【００４４】
なお、図５のプローブ・カードから、ＳＷＭに至るまでに、さらに中継する回路があり、本明細書では、それらも含めてプローブ装置と称している。
【００４５】
【発明の効果】
以上にように、本発明によれば、低周波計測と高周波計測に共用できるプローブ装置が得られるから、双方の計測を要する回路素子に計測において至便であり有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】フラッシュメモリ・セルの計測システムおプロック図である。
【図２】回路素子計測システムの部分プロック図である。
【図３】図２の回路の部分等価回路図である。
【図４】本発明の一実施例を説明するための等価回路図である。
【図５】本発明の一実施例の実装状態を示す部分斜視図である（概念図）。
【図６】図５の回路の一部断面図である（概念図）。
【符号の説明】
ＰＧ，ＰＧ２、ＰＧ１＝パルス発生器
ＳＭＵ＝電流供給・電圧測定／電圧供給・電流測定装置
ＳＷＭ＝スイッチング・マトリクス手段
ＣＧ＝制御ゲート
ＦＧ＝浮遊ゲート
Ｇ＝ゲート探針
Ｓ＝ソース探針
ＳＵＢ＝基板探針
ＤＵＴ＝被測定回路素子
２、４＝パルス発生器
６＝ＳＭＵ
１４＝ＳＷＭ
４０＝プローブ装置手段
５０＝ＤＵＴ
４２＝共通導体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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