(57)【要約】【課題】プローブカード接続のための自動嵌合可能な同軸コネクタを備えた接続インターフェースにおいて、測定器からの同軸ケーブルによる力と関係なく、安定した自動嵌合能力を備える接続インターフェースを提供する。【解決手段】プローブカード上の同軸コネクタと嵌合する複数の自動嵌合可能な第１の同軸コネクタを搭載した第１のベースと、前記第１のベースと所定の距離を置いて支持され、複数の第２の同軸コネクタを備えて測定器からの高周波信号用同軸ケーブルに接続される第２のベースと、各第１の同軸コネクタと、各第２の同軸コネクタとを接続する複数の同軸ケーブルであって、該各同軸ケーブルの長さは前記第１のベースと第２のベースの前記所定の距離よりも長く、また、該各同軸ケーブルは、接続する部分が所定の長さの直線部分を形成して前記第１の同軸コネクタに接続されている接続インターフェース。【選択図】図１
2008112899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の高周波信号用の測定器接続用同軸ケーブルと、プローブカード上の複数の同軸コネクタとの間の接続を提供する接続インターフェースであって、
前記プローブカード上の複数の同軸コネクタと嵌合する複数の自動嵌合可能な第１の同軸コネクタを搭載した第１のベースと、
前記第１のベースと所定の距離を置いて支持された第２のベースであって、複数の第２の同軸コネクタを備えて前記測定器からの複数の高周波信号用同軸ケーブルに接続される、第２のベースと、
前記複数の第１の同軸コネクタの各々と、前記複数の第２の同軸コネクタの各々とを接続する複数の同軸ケーブルであって、該複数の同軸ケーブルの各々の長さは前記第１のベースと第２のベースの前記所定の距離よりも長く、また、該複数の同軸ケーブルの各々は、前記第１の同軸コネクタに接続する部分が、所定の長さの直線部分を形成して接続されている同軸ケーブルと
を有する接続インターフェース。
【請求項２】
前記複数の同軸ケーブルの各々の長さ及び形状は、嵌合の際は前記複数の第１のコネクタの変位を許容し、嵌合の前は前記複数の第１のコネクタに変位をもたらさないことを特徴とする請求項１に記載の接続インターフェース。
【請求項３】
前記複数の同軸ケーブルの各々は、前記直線部分の先が弧を描く曲線であることを特徴とする請求項１又は２に記載の接続インターフェース。
【請求項４】
半導体測定装置において、テストヘッドとプローブカードを接続する際に、プローブカード上の同軸コネクタとの接続を行うテストヘッド側の接続インターフェースであって、該接続インターフェースは、プローブカード側の面に複数の自動嵌合可能な同軸コネクタを備え、プローブカードとは反対側の面には、前記複数の自動嵌合可能な同軸コネクタの各々に対応する、固定式の同軸コネクタを備えたことを特徴とする接続インターフェース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同軸コネクタ同士を機械的に接続するインターフェースに関する。特に、同軸コネクタを介してテストヘッドにプローブカードを接続するための接続インターフェース、およびそれを用いた半導体試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体パラメトリックテスタなどの半導体試験装置では、近年、従来の直流あるいは低周波帯域でのパラメトリック試験だけでなく、ＲＦ帯域などの高周波帯域でのパラメトリック試験に注目が集まっている。例えば、測定対象が、ゲート絶縁膜の容量測定、ひずみトランジスタの特性評価、トランジスタのＲＦ特性評価等の場合がこのような試験の例として挙げられる。このような試験の場合、従来とは違った高周波帯域での測定が要求される。
【０００３】
一般に、半導体試験装置におけるテストヘッドとプローブカードとの電気的接続には、ポゴピンが用いられている。ポゴピンは、コンタクトピン、プローブピン、スプリングピンなどとも呼ばれ、ＤＣ信号や低周波信号を測定するのに用いる場合には測定精度を保つことができる。
【０００４】
しかし、ＨＦ帯域やＲＦ帯域にまで及ぶ高周波信号を測定する場合には、ポゴピンでは、反射損失等の理由で測定精度を保つのが難しい。そこで、ＨＦ帯域やＲＦ帯域の高周波信号を測定する場合には、テストヘッドとプローブカードとの接続部分に、ＨＦやＲＦ信号用の同軸コネクタを使用しなければならなければならない。
【０００５】
一般に、同軸コネクタの嵌合は、同軸ケーブルを一つ一つ手で同軸コネクタに取り付けることによって行われている。しかし、本出願人は、同軸コネクタであっても、スナップイン式の自動嵌合可能なコネクタ、およびそれをプローブカードに用いる技術を発明し出願している（特許文献１ないし特許文献３）。また、同様な自動嵌合可能なコネクタをプローブカードに用いる別の技術としては、特許文献４がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１８４６１１号公報
【特許文献２】特開平１０−１０６６７７号公報
【特許文献３】特開平１０−１０７１００号公報
【特許文献４】米国特許第６９００６４９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の半導体試験装置は、テストヘッドとプローブカードとの接続が開示されていない。
特許文献２および特許文献３に記載の技術は、プローブカード側に自動嵌合可能なコネクタを搭載するので、プローブカードの保管が難しい。
特許文献４に記載の技術は、テストヘッド側に自動嵌合可能なコネクタを搭載するが、半導体試験装置全体を考えると次のような問題点がある。
【０００８】
上記の文献に基づいて、図４を参照して、本出願の発明者が想定する問題点を説明する。
図４において、従来技術による半導体試験装置１６０は、テスタ１６４とそこにケーブル１６２で接続されたテストヘッド１５０と外部測定器１４８を備える。外部測定器１４８は、ＲＦ信号などの高周波信号を測定するのに用いられ別途ケーブル１６３でテスタ１６４に接続され、制御されている。テストヘッド１５０は、ポゴピン１５４とその取り付けのためのベース板１５２を備え、プローブカード１０に接続される。プローブカード１０は、ＲＦ信号などの高周波信号用の同軸コネクタ１５も搭載している。テストヘッド１５０は、中央に中空の筒１５６を備え、その底には、高周波信号用のフローティング構造の自動嵌合可能な同軸コネクタ２を搭載した、接続用インターフェース４０２が設けられている。ここで自動嵌合可能な同軸コネクタ２は、スナップインによる自動嵌合を可能とするために、内部にばねを備えて、上下および多少左右にも動く余裕があり、その結果斜めに変位することも可能なコネクタである。
【０００９】
測定器１４８から、自動嵌合可能な同軸コネクタ２への接続は、同軸ケーブル１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃが使用され、各同軸ケーブルの先端には同軸コネクタ１４４が備えられて、それぞれの自動嵌合可能な同軸コネクタ２に接続されている。ここで、測定器１４８は高周波信号を測定するのであるから、ケーブル１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃの各々は、ある程度曲がることが要求されるが、高周波での周波数特性を維持するために、あまり自在に曲げることはできない程度の硬さがあり、曲げる場合には常にゆるい曲率半径で曲げるよう要求される。そのため、図４においてケーブル１４６ａのように、接続先のコネクタまでの距離に対して、あまりケーブルの長さに余裕がない場合には、直線的に接続されるし、ケーブル１４６ｂのように、接続先のコネクタまでの距離と比べて長すぎる場合には、たるんだ分膨らんで接続される。これらのどちらの場合にも、フローティング構造の自動嵌合可能な同軸コネクタ２は、それ自身フローティング構造のために、上下、左右、斜めに変位可能なので、図のように、ケーブルからの力を受けて斜めに向いた状態となる。また、ケーブル１４６ｃの場合は、ケーブルが短すぎるために、フローティング構造の自動嵌合可能な同軸コネクタ２は上に引っ張られた状態となる。これらの例は、測定器１４８からの同軸ケーブル１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃが低周波信号用のケーブルほど柔らかくないために発生する。
【００１０】
そのため、自動嵌合可能な同軸コネクタ２が上記のように変位した状態のまま、プローブカード１０との接続を行うと、プローブカード側の同軸コネクタ１５とうまく接続できず、プローブカード１０をもたらすことも考えられる。また、ＲＦ信号などの高周波信号用の同軸コネクタは、偏ることなく確実に嵌合していないと、信号伝達における特性が劣化し、良好な高周波特性を発揮できない。
【００１１】
以上のような問題点に鑑み、本発明が解決する課題は、テストヘッドに設けられたプローブカード接続のためのフローティング構造を持った自動嵌合可能な同軸コネクタを備えた接続インターフェースにおいて、測定器からの同軸ケーブルによる力と関係なく、安定した自動嵌合能力を備える接続インターフェースを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明による接続インターフェースは、複数の高周波信号用の測定器接続用同軸ケーブルと、プローブカード上の複数の同軸コネクタとの間の接続を提供する接続インターフェースであって、前記プローブカード上の複数の同軸コネクタと嵌合する複数の自動嵌合可能な第１の同軸コネクタを搭載した第１のベースと、前記第１のベースと所定の距離を置いて支持された複数の第２の同軸コネクタを搭載する第２のベースであって、複数の第２の同軸コネクタを備えて前記測定器からの複数の高周波信号用同軸ケーブルに接続される、第２のベースと、前記複数の第１の同軸コネクタの各々と、前記複数の第２の同軸コネクタの各々とを接続する複数の同軸ケーブルであって、該複数の同軸ケーブルの各々の長さは前記第１のベースと第２のベースの前記所定の距離よりも長く、また、該複数の同軸ケーブルの各々は、前記第１の同軸コネクタに、接続する部分が、所定の長さの直線部分を形成して接続されている同軸ケーブルとを備える。また、本発明による接続インターフェースは、前記複数の同軸ケーブルの各々の長さ及び形状として、嵌合の際は前記複数の第１のコネクタの変位を許容し、嵌合の前は前記複数の第１のコネクタに変位をもたらさないことを特徴とする態様と、前記複数の同軸ケーブルの各々は、前記直線部分の先が弧を描く曲線であることを特徴とする態様も含む。
【００１３】
さらに、本発明による接続インターフェースは、半導体測定装置において、テストヘッドとプローブカードを接続する際に、プローブカード上の同軸コネクタとの接続を行うテストヘッド側の接続インターフェースであって、該接続インターフェースは、プローブカード側の面に複数の自動嵌合可能な同軸コネクタを備え、前記接続インターフェースのプローブカードとは反対側の面には、前記複数の自動嵌合可能な同軸コネクタの各々に対応する、固定式の同軸コネクタを備える。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明を用いると、テストヘッドに設けられたプローブカード接続のためのフローティング構造を持った自動嵌合可能な同軸コネクタを備えた接続インターフェースにおいて、測定器からの同軸ケーブルによる力と関係なく、安定した自動嵌合能力を備える接続インターフェースを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１ないし図３を参照して、本発明による接続インターフェースを説明する。
【００１６】
まず図１を参照して、本発明を用いた半導体測定装置１００について説明する。なお、以下、本発明では、前出の図の構成要素と同じものには同じ参照番号を付している。
【００１７】
本発明による半導体測定装置１００は、テスタ１６４からケーブル１６２で接続されたテストヘッド１５０を備え、また、テスタ１６４は外部測定器１４８をケーブル１６３でつないで制御する。テストヘッド１５０の底面には、ベース板１５２にポゴピン１５４が設けられ、プローブカード１０と低周波信号の接続に使われる。プローブカードは高周波信号用の同軸コネクタ１５を上面に備え、それと反対の下面には、ウエハ１１２へのプロービング用のプローブ針などのプロービング手段１１４を備える。ウエハ１１２は、プローバ内のチャック１１０に搭載されてＸＹＺ方向に移動し、精密な位置合わせが可能である。
【００１８】
テストヘッド１５０は、上下を貫く中空の筒１５６を備え、その底にはフローティング構造の自動嵌合可能な複数の同軸コネクタ２を備えた接続インターフェースの第１のベース１が設置されている。ベース１から複数のスペーサ１４０によって、接続インターフェースの第２のベース１４２が支持される。第１のベース１上の自動嵌合可能な同軸コネクタ２の各々には、それぞれ同軸コネクタを両端に備えた同軸ケーブル１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃの一方の同軸コネクタ１３４が接続され、その同軸ケーブルの他方の同軸コネクタ１３８は、第２のベース１４２に設けられた穴を貫通して、第２のベースの第１のベースとは反対側の面に突出した状態で固定され、測定器からのケーブルの接続を受けることができるように構成される。
【００１９】
ここで同軸コネクタ１３４および１３８は、高周波信号用の同軸コネクタであって、ＳＭＡなどのねじ式のコネクタである。また、同軸ケーブル１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃは、スペーサ１４０の長さ、すなわち第１のベース１と第２のベース１４２の距離よりも長く、フローティング構造の自動嵌合可能なコネクタ２が変位しても追従できることを考慮されている。また、同軸ケーブル１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃは、フローティング構造の自動嵌合可能なコネクタ２に接続される同軸コネクタ１３４の近傍の所定の長さＡの部分の形状が直線であり、その直線部分の先がゆるい曲線となっていることを特徴とする。これは、プローブカードを装着する前の状態で、フローティング構造の自動嵌合可能なコネクタ２を変位させるような力を同軸ケーブルが加えないための形状である。同軸ケーブル１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃの曲線部分は、さまざまな形をとることが可能で、ケーブル１３６ａで示されるように、コネクタ１３４と１３８の両方の近傍を直線として、間をひとつの弧を描くような曲線で形成したり、ケーブル１３６ｂで示されるように、コネクタ１３４と１３８の両方の近傍を直線として、その間を二つの弧の組み合わせとなる曲線として形成したり、ケーブル１３６ｃで示されるように、コネクタ１３４の近傍だけを直線とし、そこからコネクタ１３８までをひとつの弧を描く曲線として形成するなどさまざまな形態が可能である。
【００２０】
以上のように接続インターフェースを構成することにより、図１に測定器１４８からの同軸ケーブル１４６およびその先端の同軸コネクタ１４４による接続で第２のベース１４２上の同軸コネクタ１３８にどのような力が加わろうとも、第１のベース１上のフローティング構造の自動嵌合可能なコネクタ２は余計な力で付勢されることなく、安定してプローブカード１０上の同軸コネクタ１５とのスナップイン嵌合をすることができ、安定かつ良好な高周波特性を提供および維持することができる。
【００２１】
次に、図２を参照して本発明による接続インターフェース２００を詳細に説明する。図２に分解図として示したように、後述のフローティング構造の自動嵌合可能な複数の同軸コネクタ２をマウントした第１のベース１に、取り付け用の穴２０８を介して複数のスペーサ１４０を取り付ける。スペーサ１４０の他端には、取り付け用の穴２０４を利用して第２のベース１４２を取り付ける。第２のベース１４２には、第１のベース１にマウントされた自動嵌合可能な同軸コネクタ２のそれぞれに対応した複数の穴２０２が設けられている。次に、同軸ケーブル１３６の同軸コネクタ１３４を自動嵌合可能な同軸コネクタ２に接続し、同軸ケーブル１３６の他端の同軸コネクタ１３８を第２のベース１４２の穴２０２に貫通させ、ねじ止めなどで固定する。
【００２２】
ここで、図３を参照して、第１のベース１へのフローティング構造の自動嵌合可能な同軸コネクタ２の取り付けを説明する。
【００２３】
図３（ａ）はフローティング構造の自動嵌合可能な同軸コネクタ２の分解図であり、図３(ｂ)は同軸コネクタ２を第１のベース１に取り付けた状態を表す図である。同軸コネクタ２は、ＨＦ帯域やＲＦ帯域等の高周波信号を測定するものであり、第１のベース１を貫通して配置される。
【００２４】
第１のベース１の第１の面１aから突出するコネクト部２ａは、プローブカード１０に設けられた相手同軸コネクタ１５と嵌合する。また、第１のベース１の第２の面１ｂから突出するコネクト部２ｂには、同軸ケーブル１３６の同軸コネクタ１３４が接続される。
【００２５】
同軸コネクタ２は、図３(ａ)に示すように、自動嵌合可能な同軸コネクタ５１が、フランジナット５２とコイルばね５３とを介して第１の貫通孔１ｃに支持されるものである。自動嵌合可能な同軸コネクタ５１は鉛直方向、及び水平方向、及び結果として斜め方向に動くことができるように構成されている。
【００２６】
同軸コネクタ２がこのように構成されることによって、同軸コネクタ２と相手同軸コネクタ１５との嵌合は、双方の同軸コネクタを軸中心に回転させることなく、いずれか一方の同軸コネクタを他方に対して軸方向に押し付けるスナップイン式によって行うことが可能となる。一組の同軸コネクタ２と相手同軸コネクタとの嵌合は、約１ｋｇｆ程度である。図３では、コネクト部２ａを雌型、相手コネクタ１５を雄型としたが、コネクタ部２ａを雄型、相手コネクタ１５を雌型としても良い。
【００２７】
以上のように、本発明の実施形態を説明したが、様々な変更および改変を施すことが可能である。例えば、第２のベースに設置する同軸コネクタを自動嵌合可能なコネクタとすることもできる。また、本実施形態で示したコネクタの雄雌を他方に変更することも可能である。さらに、フローティング構造の自動嵌合可能な同軸コネクタとして、上下、左右、斜めに変位するものを例に説明したが、上下にだけ変位する自動嵌合可能な同軸コネクタについても、本発明は効果があり、このようなコネクタも、本発明におけるフローティング構造の自動嵌合可能な同軸コネクタに含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による接続インターフェースを備えた半導体測定装置を示すブロック図である。
【図２】本発明による接続インターフェースを示す分解図である。
【図３】自動嵌合可能な同軸コネクタについて説明する図である。
【図４】想定される従来技術を説明するブロック図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  第１のベース
２  フローティング構造の自動嵌合可能同軸コネクタ
１０  プローブカード
１５  同軸コネクタ
１００  半導体測定装置
１１０  チャック
１１２  ウエハ
１１４  プローブ針
１３４  同軸コネクタ
１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃ  同軸ケーブル
１３８  同軸コネクタ
１４０  スペーサ
１４２  第２のベース
１４４  同軸コネクタ
１４６  同軸ケーブル
１５２  ベース板
１５４  ポゴピン
１５６  筒
１６２、１６３  ケーブル
１６４  テスタ
１４８  外部測定器
２００  接続インターフェース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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