(57)【要約】レーザダイオードのような種類のデバイスを試験するために、ウエハ上の接触パッドに対して、直流電流と変調信号とを同時に与える。プローブ、プローブシステム及びプローブ方法を用いて、インピーダンス整合抵抗を経て被試験デバイスに変調信号を伝達し、インピーダンス整合抵抗を回避する信号経路を経て被試験デバイスに直流電流を伝達することにより、信号の歪み及び電力浪費が減少する。
2006506618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）被試験デバイスの信号接触パッドと選択的に係合するように配置された導電性信号接触ティップと、
（ｂ）第１の信号入力ポートと、
（ｃ）前記信号接触ティップに接続された第１のポートと、前記第１の信号入力ポートに接続された第２のポートとを有する抵抗と、
（ｄ）前記信号接触ティップに導電接続された第２の信号入力ポートとを具えるプローブアセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載のプローブアセンブリであって、前記信号接触ティップが前記信号接触パッドと選択的に係合する際に、前記被試験デバイスのアース接触パッドと係合するように配置された導電性アース接触ティップを具えるプローブアセンブリ。
【請求項３】
（ａ）被試験デバイスの信号接触パッドと選択的に係合するように配置された第１の導電性信号接触ティップと、
（ｂ）第１の信号入力ポートと、
（ｃ）前記第１の信号接触ティップに接続された第１のポートと、前記第１の信号入力ポートに接続された第２のポートとを有する抵抗と、
（ｄ）前記第１の信号接触ティップが前記信号接触パッドと係合する際に、前記被試験デバイスの前記信号接触パッドと係合するように配置された第２の導電性信号接触ティップと、
（ｅ）前記第２の信号接触ティップに導電接続された第２の信号入力ポートとを具えるプローブアセンブリ。
【請求項４】
請求項３に記載のプローブアセンブリであって、前記第１の信号接触ティップが前記信号接触パッドと係合する際に、前記被試験デバイスのアース接触パッドと係合するように配置された導電性アース接触ティップを具えるプローブアセンブリ。
【請求項５】
被試験デバイスの性能を測定するためのプローブ装置であって、
（ａ）変調信号成分と直流電流成分とを含む信号の信号源と、
（ｂ）前記信号の前記信号源に接続され、前記信号の前記直流電流成分を伝達する直流電流ポートと、前記信号の前記変調信号成分を伝達する変調信号ポートとを含む第１のバイアス・ティと、
（ｃ）前記変調信号成分を受信するために前記第１のバイアス・ティの前記変調信号ポートに導電接続された第１のポートと、第２のポートとを有するインピーダンス整合抵抗と、
（ｄ）前記被試験デバイスの信号接触パッドと選択的に係合するように配置され、前記インピーダンス整合抵抗の前記第２のポートに導電接続された信号接触ティップと、
（ｅ）前記信号の前記直流電流成分を受信するために前記第１のバイアス・ティの前記直流電流ポートに導電接続された直流電流ポートと、変調信号ポートと、前記信号接触ティップに導電接続された組合せ信号ポートとを含む第２のバイアス・ティと、
（ｆ）前記第２のバイアス・ティの前記変調信号ポートに導電接続され、かつ前記変調信号成分の信号経路を終端させる終端抵抗とを具えるプローブ装置。
【請求項６】
請求項５に記載のプローブ装置であって、さらに
（ａ）前記信号接触ティップが前記信号接触パッドに係合する際に、前記被試験デバイスのアース接触パッドと係合するように設置されたアース接触ティップと、
（ｂ）アースと、
（ｃ）前記アース接触ティップと前記アースとの間の導電接続部とを具えるプローブ装置。
【請求項７】
請求項５に記載のプローブ装置であって、前記信号接触ティップが、
（ａ）前記インピーダンス整合抵抗の前記第２のポートに導電接続され、かつ前記被試験デバイスの信号接触パッドと選択的に係合するように配置された第１のティップと、
（ｂ）前記第２のバイアス・ティの前記組合せ信号ポートに導電接続され、かつ前記第１のティップが前記信号接触パッドと係合する際に前記被試験デバイスの前記信号接触パッドと係合するように配置された第２のティップとを具えるプローブ装置。
【請求項８】
請求項７に記載のプローブ装置であって、さらに
（ａ）前記信号接触ティップが前記信号接触パッドに係合する際に、前記被試験デバイスのアース接触パッドと係合するように設置されたアース接触ティップと、
（ｂ）アースと、
（ｃ）前記アース接触ティップと前記アースとの間の導電接続部とを具えるプローブ装置。
【請求項９】
被試験デバイスの性能を測定するためのプローブ装置であって、
（ａ）直流電源と、
（ｂ）変調信号の信号源と、
（ｃ）前記直流電源と接続した直流電流ポートと、変調信号ポートと、直流電流成分及び変調信号成分を有する信号を伝達するための組合せ信号ポートとを含むバイアス・ティと、
（ｄ）前記バイアス・ティの前記変調信号ポートに導電接続され、かつ前記組合せ信号ポートで受信した変調信号の信号経路を終端させる終端抵抗と、
（ｅ）前記被試験デバイスの信号接触パッドと選択的に係合するように配置され、前記バイアス・ティの前記組合せ信号ポートに導電接続された信号接触ティップと、
（ｆ）前記信号接触ティップに導電接続された第１のポートと、第２のポートとを有するインピーダンス整合抵抗と、
（ｇ）前記変調信号の前記信号源から前記インピーダンス整合抵抗の前記第２のポートまで変調信号を導電接続し、かつ前記インピーダンス整合抵抗の前記第２のポートから出る直流電流を遮断する直流ブロックとを具えるプローブ装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のプローブ装置であって、さらに
（ａ）前記信号接触ティップが前記信号接触パッドに係合する際に、前記被試験デバイスのアース接触パッドと係合するように設置されたアース接触ティップと、
（ｂ）アースと、
（ｃ）前記アース接触ティップと前記アースとの間の導電接続部とを具えるプローブ装置。
【請求項１１】
請求項９に記載のプローブ装置であって、前記信号接触ティップが、
（ａ）前記インピーダンス整合抵抗の前記第２のポートに導電接続され、かつ前記被試験デバイスの信号接触パッドと選択的に係合するように配置された第１のティップと、
（ｂ）前記第２のバイアス・ティの前記組合せ信号ポートに導電接続され、かつ前記第１のティップが前記信号接触パッドと係合する際に前記被試験デバイスの前記信号接触パッドと係合するように配置された第２のティップとを具えるプローブ装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載のプローブ装置であって、さらに
（ａ）前記信号接触ティップが前記信号接触パッドに係合する際に、前記被試験デバイスのアース接触パッドと係合するように設置されたアース接触ティップと、
（ｂ）アースと、
（ｃ）前記アース接触ティップと前記アースとの間の導電接続部とを具えるプローブ装置。
【請求項１３】
被試験デバイスの性能を測定するためのプローブ装置であって、
（ａ）直流電源と、
（ｂ）変調周波数を有する変調信号の信号源と、
（ｃ）前記変調信号の前記信号源に直流電流が流入するのを防止し、かつ前記変調信号の前記信号源からの変調信号を伝える直流ブロックと、
（ｄ）前記変調信号を受信するために前記直流ブロックに導電接続した第１のポートと、第２のポートとを有するインピーダンス整合抵抗と、
（ｅ）前記被試験デバイスの信号接触パッドと選択的に係合するように配置され、前記インピーダンス整合抵抗の前記第２のポートに導電接続された信号接触ティップと、
（ｆ）前記直流電源と前記信号接触ティップとの間を接続し、前記変調周波数では、前記直流電源から流れる直流電流に対して最小のインピーダンスを有し、かつ前記被試験デバイスのインピーダンスよりも充分大きなインピーダンスを有する誘導接続部とを具えるプローブ装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載のプローブ装置であって、さらに
（ａ）前記信号接触ティップが前記信号接触パッドに係合する際に、前記被試験デバイスのアース接触パッドと係合するように設置されたアース接触ティップと、
（ｂ）アースと、
（ｃ）前記アース接触ティップと前記アースとの間の導電接続部とを具えるプローブ装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載のプローブ装置であって、前記信号接触ティップが、
（ａ）前記インピーダンス整合抵抗の前記第２のポートに導電接続され、かつ前記被試験デバイスの信号接触パッドと選択的に係合するように配置された第１のティップと、
（ｂ）前記直流電源に導電接続され、かつ前記第１のティップが前記信号接触パッドと係合する際に前記被試験デバイスの前記信号接触パッドと係合するように配置された第２のティップとを具えるプローブ装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載のプローブ装置であって、さらに
（ａ）前記信号接触ティップが前記信号接触パッドに係合する際に、前記被試験デバイスのアース接触パッドと係合するように設置されたアース接触ティップと、
（ｂ）アースと、
（ｃ）前記アース接触ティップと前記アースとの間の導電接続部とを具えるプローブ装置。
【請求項１７】
被試験デバイスを試験する方法であって、
（ａ）前記被試験デバイスの信号接触パッドをプローブ試験装置の信号接触ティップに係合させるステップと、
（ｂ）インピーダンス整合抵抗の第１のポートを前記信号接触ティップに接続するステップと、
（ｃ）前記信号接触ティップに直流電流を流すステップと、
（ｄ）前記インピーダンス整合抵抗の第２のポートに変調信号を伝えるステップとを含む、被試験デバイスを試験する方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、さらに
（ａ）前記信号接触ティップから前記変調信号の信号源に向かう前記直流電流の流れを遮断するステップと、
（ｂ）電源から前記信号接触ティップまでインダクタを含む信号経路を経て前記直流電流を流すステップを含み、前記変調信号の変調周波数では、前記インダクタは前記直流電流に対して最小のインピーダンスを有し、かつ前記被試験デバイスよりも充分大きなインピーダンスを有する、被試験デバイスを試験する方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の方法であって、さらに
（ａ）前記信号接触ティップから前記変調信号の信号源に向かう前記直流電流の流れを遮断するステップと、
（ｂ）前記信号接触ティップ上での組合せ信号を直流電流成分及び変調信号成分へと分離するステップと、
（ｃ）前記変調信号成分の信号経路を終端するステップとを含む、被試験デバイスを試験する方法。
【請求項２０】
請求項１７に記載の方法であって、さらに
（ａ）直流電流成分及び変調信号成分を含む組合せ信号を発生させるステップと、
（ｂ）前記組合せ信号の前記直流電流成分を前記変調信号成分から分離するステップと、
（ｃ）前記変調信号成分の信号経路を終端するステップとを含む、被試験デバイスを試験する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被試験デバイスに直流電流及び変調信号を同時に与えて試験することにより、集積回路及び他のマイクロ電子機器の電気特性を測定するプローブ測定システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
集積回路及び他の形態のマイクロ電子機器の特性を測定するために開発されたプローブアセンブリには、多くの類型がある。アセンブリのひとつの代表例では回路カードを用い、このカードの上には信号ライン及びアースラインとして機能する細長い導電性トレースが形成されている。このカードは中心部に孔穴が形成され、この孔穴に隣接するそれぞれのトレースの終端部には、針状のプローブティップが取付けられており、試験を施すマイクロ電子デバイスの非常に密集した接触パッドと選択的に接続するアセンブリにより、下方向に集中する針状のティップのアレイが放射状に延在するように与えられている。この類型のプローブアセンブリは、例えばＨａｒｍｏｎによる米国特許第３，４４５，７７０号に開示されている。しかしながら、この類型のプローブアセンブリは、ギガヘルツ範囲のマイクロ波周波数を含む比較的高周波数での使用には不向きである。なぜなら、そのような高周波数では、針状のティップが誘導素子として機能してしまい、また、ある程度抵抗効果のある広帯域の特性を生じさせ、容量効果によってこのインダクタンスを適切に相殺する素子が近接して存在しないからである。従って、ここで述べた類型のプローブアセンブリは、信号反射レベルが高いことと、針状のプローブティップで生じる相当なインダクタンスの損失とのため、マイクロ波周波数での使用には不向きである。
【０００３】
アセンブリの入力ターミナルとプローブティップとの間にインピーダンス制御を施した低損失経路を設けることができるプローブアセンブリのひとつの類型が、Ｇｏｄｓｈａｌｋ等により米国特許第５，５０６，５１５号に説明されている。このプローブはティップアセンブリを有し、これはテフロン（登録商標）誘電体を有する半剛体の同軸ケーブルと自由端とを含んでいる。ケーブルの自由端には、内側のフィンガ及び一対の外側のフィンガが設置されている。フィンガは、同一平面上の伝達ラインを成すために、それぞれが弾性を有する導電材料で作製されている。前記フィンガの突出部はケーブルの終端部を越えて延在し、多数の接触サイクルを続けても一様で安定した特性を有する空気誘電体伝達経路を形成している。フィンガは、非平面のウエハ接触パッドをプローブするための適切な手段を与えられており、また接触パッドの領域では視認性が向上している。典型的なマイクロ波プローブ及びケーブルの特性インピーダンスは約５０オームであり、典型的なマイクロ波被試験デバイス（ＤＵＴ）のインピーダンスと密接に整合がとれているので、広帯域信号は最小の損失でプローブを通過できる。
【０００４】
しかしながら、レーザダイオードのような、ある種のデバイスを試験する際には、典型的なマイクロ波プローブを使用するのは問題がある。レーザダイオードの試験には、変調光出力を発生させるために、デバイスの接触パッドに対して変調信号及び直流電流を同時に与えなくてはならない。試験に際して変調信号となるのは、典型的には掃引周波数正弦曲線（ＡＣ）又は広帯域パルス波である。直流信号及び変調信号は合成され、その組合せ信号は、ＤＵＴの接触パッドに対して選択的に係合するプローブの接触ティップまで伝えられる。例えばアクティブレーザダイオードの動作抵抗のように、変調信号側からするとインピーダンスとなるものは、典型的には約５オームである。その結果、典型的なマイクロ波プローブ及びケーブルには相当なインピーダンス不整合が生じ、この不整合のインピーダンスのため、試験器具が測定した変調信号には歪みが生じてしまう。ある器具、例えばベクトルネットワーク分析器（ＶＮＡ）を用いて測定することで歪みは補正されるが、この歪みは他の器具を用いて行なう測定にはかなりの影響を与え得る。さらに、ある周波数においては変調信号を減衰させる規模の歪みが生じ、たとえＶＮＡを用いて測定を行ったとしても、測定のダイナミックレンジ及び精度の損失を招来し得る。
【発明の開示】
【０００５】
インピーダンス整合を向上させ、また変調信号の歪みを低減させるために、マイクロ波プローブの接触ティップと直列にインピーダンス整合抵抗を設置することができる。レーザダイオードの試験に際しては、典型的な直列インピーダンス整合抵抗は４５オームの抵抗値を有し、この抵抗値は典型的なレーザダイオードの５オームの動作抵抗と直列にすることで、プローブ及びケーブル（約５０オーム）と満足なインピーダンス整合を与え、試験信号の歪みをかなり低減する。他の類型のデバイスを試験するに際しては、インピーダンスを整合させるため、プローブに他の値の抵抗を組み込むこともできる。しかしながら、変調信号及び直流電流は同一の半導体に重ね合わされるので、両方の信号が直列のインピーダンス整合抵抗を通過しなければならず、このため、前記抵抗値と前記電流の二乗との積に等しい電力が浪費される。さらに高い電流レベルを要するＤＵＴに対しては、抵抗により浪費される電力は相当なものとなる。一方で、高周波信号を伝えるためには、抵抗のサイズは小さくなければならず、また寄生直列インダクタンス及び並列キャパシタンスを最小限に抑えるためには、抵抗と接触ティップとの距離は短くなければならない。プローブ及びケーブルのインピーダンスを整合するのに充分な抵抗値と、電圧降下及び抵抗により浪費される電力を最小限に抑えるため最小化した抵抗値と、という競合する要求のため、直列インピーダンス整合抵抗を有するプローブの性能については妥協せざるを得ない。
【０００６】
それゆえ、直流電流及び変調信号が同時にＤＵＴに与えられる際、変調信号の歪みを最小限に抑えるために、プローブ及びケーブルのインピーダンスを整合するのに充分な抵抗と共に、電圧降下及び電力浪費を最小限に抑えるために最小の抵抗を有するプローブシステム及び方法が望まれる。
【０００７】
ある種のデバイスをオンウエハで試験するには、被試験デバイス（ＤＵＴ）に対応するウエハ上の導電性接触パッドに対して、直流電流と変調信号を同時に与えることが必要である。例えばウエハ上でレーザダイオードを試験するためには、そのダイオードの接触パッドに、直流電流及び変調信号を同時に与える。直流電流は光を発生させるための電力を供給し、変調信号はレーザ強度を変化させて変調光出力を生みだす。試験に際して変調信号となるのは、典型的には掃引周波数正弦曲線（ＡＣ）又は広帯域パルス波である。レーザダイオードを試験する際には、稼動しているダイオードの典型的には約５オームの動作抵抗は、変調信号側からするとインピーダンスになる。一方、典型的なマイクロ波プローブ及びケーブルは、約５０オームのインピーダンスを有している。相当なインピーダンス不整合が生じる結果、変調信号には歪みが生じる。試験器具の中には、ベクトルネットワーク分析器（ＶＮＡ）のように、ある信号の歪みを補正してくれるものもあるが、他の器具を用いて歪みの補正をすることはできない。さらに、たとえＶＮＡを用いて測定を行ったとしても、特定の周波数においては、歪みが前記信号の減衰を引き起こし、測定のダイナミックレンジ及び精度に悪影響を及ぼすことがある。
【０００８】
インピーダンス整合を改善して変調信号の歪みを低減するために、プローブのティップに抵抗を内蔵することができる。例えば、稼動している典型的なレーザダイオードの動作抵抗５オームと直列で４５オームの抵抗値を有するインピーダンス整合抵抗は、典型的なマイクロ波プローブ及びケーブルのインピーダンスと充分な整合をし、信号の歪みを相当に低減する。しかしながら、変調信号及び直流電流は同一の半導体に重ね合わされるので、両方の信号が直列インピーダンス整合抵抗を通過しなければならず、その結果、電圧降下及び前記抵抗値と前記直流電流の二乗との積にほぼ等しい電力の浪費が生じる。高電流レベルを要するデバイスに対しては、抵抗により浪費される電力は相当なものとなる。しかしながら、プローブの寄生直列インダクタンス及び並列キャパシタンスを最小限に抑えるためには、前記抵抗のサイズも最小限に抑えて、電力を浪費する能力を制限しなくてはならない。インピーダンス整合抵抗に課される競合する要求を満たそうとすれば、プローブの性能は妥協せざるを得ない。抵抗を低減させることで、抵抗が浪費する電力量は減少するが、インピーダンス不整合及び信号の歪みが増加する。その一方で、前記抵抗のサイズを増大させると、抵抗が電力を浪費する能力が増大するが、抵抗のインダクタンス及びキャパシタンスも増加し、その結果、変調信号の歪みも増加する。信号の経路を分離することにより、変調信号は、整合したインピーダンスを有する単一経路により伝達され、また直流電流は、損失及び電力の浪費を最小限に抑えるために抵抗を最小にした単一経路により伝達されれば、直流電流と変調信号との組合せをＤＵＴに与えるプローブの性能は向上し得る、と本願発明者は結論した。
【０００９】
以下、図面につき詳細な説明を加えるが、本発明において複数の類似する部分は、対応する参照番号により示してある。図１につき詳細に説明すると、直流電流及び変調信号を同時に与えなくてはならないＤＵＴ２２（例えばレーザダイオード）を試験するオンウエハ・プローブシステム２０は、直流電源２４と、変調信号を与えるＶＮＡ又はビットレート・エラーテスタ等の高速試験器具２６とを含んでいる。直流電源２４はバイアス・ティ３０のＤＣポート２８に接続されている。バイアス・ティ３０は、直流電流及び変調信号を重ね合わせるのに用いたり、又は組合せ信号からその信号の高周波成分に影響を与えることなく直流電流成分を抽出したりするためのデバイスである。バイアス・ティ３０のＤＣ／ＲＦ組合せポート３２は、組合せ信号プローブ４０の第１の入力ポート４２に接続されている。バイアス・ティ３０の変調信号又は無線周波数（ＲＦ）ポート３４は、終端抵抗３６に接続され、バイアス・ティと組合せ信号プローブとを接続する導体に与えられる変調信号にインピーダンス整合の取れた終端を与える。組合せ信号プローブ４０の第１の入力ポート４２は、ＤＵＴ２２（レーザダイオード）の信号接触パッド４６に選択的に係合するよう設置された信号接触ティップ４４に導電接続されている。
【００１０】
一方、プローブシステム２０の器具２６によって発生した変調信号は、直流ブロック５０に伝達される。一般的に直流ブロック５０は直列キャパシタンスを具え、これにより、器具２６を組合せ信号プローブ４０に接続する導体を経て直流電流が器具２６に流入することは防止される。変調信号は、直流ブロック５０から組合せ信号プローブ４０の第２の入力ポート４８に伝達され、この入力ポート４８はインピーダンス整合抵抗５２の第１のポート５３に導電接続されている。インピーダンス整合抵抗５２の第２のポート５４は、プローブの信号接触ティップ４４に導電接続されている。ＤＵＴ２２の第２の接触パッド５６は、組合せ信号プローブ４０のアース接触ティップ４５を経て、５８でアースしてある。信号接触ティップ４４及びアース接触ティップ４５は、それぞれがＤＵＴ２２の信号接触パッド４６及びアース接触パッド５６と同時に選択的に係合するように設置されている。
【００１１】
プローブシステム２０において、変調信号は、ＤＵＴの動作抵抗と、第１の入力ポート４２からバイアス・ティ３０の方に向けて見たインピーダンスとを並列に組合せたもの、及びそれらと直列のインピーダンス整合抵抗５２を含む終端となっている。終端抵抗３４が、バイアス・ティ３０と組合せ信号プローブ４０との接続部のインピーダンスに整合した抵抗を有するならば、ＤＵＴにおけるインピーダンスは、バイアス・ティと組合せ信号プローブとの接続部のインピーダンスに等しい。典型的には、バイアス・ティ３０と組合せ信号プローブ４０との接続部は、約５０オームのインピーダンスを有する同軸ケーブルを具えている。ＤＵＴのインピーダンスは、同軸ケーブル接続部を通過してバイアス・ティ３０に向かう方向に見たインピーダンスよりも典型的には充分小さい（典型的にはレーザダイオードに対して５オーム）ので、インピーダンスを並列に組合せたものは、より小さい方のインピーダンスに支配され、変調信号経路は概ね整合終端され、変調信号の歪みを最小化する。一方、ＤＵＴに電力を与える直流電流の信号経路はインピーダンス整合抵抗を通過しないため、インピーダンス整合抵抗内の損失は最小化される。プローブシステム２０により、変調信号は、インピーダンス整合抵抗５２を含む第１の信号経路を経てＤＵＴ２２への伝達が可能となり、また直流電流はインピーダンス整合抵抗を通過しない第２の信号経路を経てＤＵＴへと伝達される。
【００１２】
図２に関して、第２の実施例であるプローブシステム６０においては、器具６２がオフセット変調信号源である。直流電流及び変調信号の組合せは、第１のバイアス・ティ６４の組合せ信号ポートに伝達される。第１のバイアス・ティ６４において、直流電流及び変調信号の成分に分離される。変調信号は組合せ信号プローブ６８の第１の入力ポート４８に伝達され、このポートはインピーダンス整合抵抗７０の第１のポートに導電接続されている。プローブ６８のインピーダンス整合抵抗７０の第２のポートは、ＤＵＴ２２の信号接触パッド４６に選択的に係合するよう設置された変調信号接触ティップ７２に接続されている。
【００１３】
前記直流電流は、第１のバイアス・ティ６４から第２のバイアス・ティ６６に伝達される。第２のバイアス・ティ６６の組合せ信号（ＤＣ／ＲＦ）ポートは、プローブの第２の入力ポート４２に接続されている。この入力ポート４２は直流信号プローブ７６に導電接続され、このプローブ７６は、変調信号プローブ７２がＤＵＴ２２の信号接触パッド４６に係合している際に、該信号接触パッドに係合するように設置されている。第２のバイアス・ティ６６と直流信号プローブ７６とを接続する導体に与えられる変調信号に対してインピーダンス整合した終端は、第２のバイアス・ティ６６のＲＦポートに接続されている終端抵抗７４により提供される。第１の実施例のように、変調信号は、歪みを最小にするインピーダンス整合をした信号経路を経てＤＵＴ２２の信号接触パッド４６へと伝えられ、また直流電流は、インピーダンス整合抵抗を含まないことで電力の浪費が最小限となる信号経路を経て、同時に信号接触パッドへと伝えられる。
【００１４】
図９に関して、さらに他の実施例であるプローブシステム８０においては、直流電流は電源２４により与えられ、インダクタ８２で示すインダクタンスを含む信号経路を経て、組合せ信号プローブ６８の直流信号接触ティップ７６へと伝達される。変調信号は、器具２６により発生され、直流ブロック５０を経て組合せ信号プローブ６８の第１の入力ポート４８へと伝達され、この入力ポート４８はインピーダンス整合抵抗７０の第１のポートに導電接続されている。インピーダンス整合抵抗７０の第２のポートは、変調信号接触ティップ７２に導電接続され、このティップ７２は、直流信号接触ティップ７６がＤＵＴ２２の信号接触パッド４６に接触している際に、該信号接触パッドに係合するように設置されている。器具２６に向かう直流電流の流入は直流ブロック５０のキャパシタンスにより遮断される。変調信号の周波数においては、インダクタンス８２により与えられるインピーダンスは、ＤＵＴのインピーダンスよりも充分大きく、変調信号が電源に向かって流れるのを充分に防止するが、一方で直流電流は、インピーダンス整合抵抗７０を通過しない信号経路を経て、組合せ信号プローブ６８へとほぼ妨げられずに流れることが可能となる。変調信号経路におけるインピーダンス整合により変調信号の歪みは最小に抑えられ、また直流電流がインピーダンス整合抵抗７０を通過するのは回避されるので電力の損失も最小化される。
【００１５】
図３〜６に関して、本発明による好適な第１の実施例の組合せ信号ウエハプローブ１００は、ウエハプローブステーションのプローブ支持部材１０２上に搭載されるように設計され、ウエハ１０４上で個別のレーザダイオード素子等のＤＵＴをプローブするにあたり適切な位置をとることができる。このような適用例において、典型的には、ＤＵＴはプローブステーションの一部であるチャック１０６の上部表面に、真空圧下で支持されている。支持部材とチャックとの間で運動させるため、通常はマイクロメータ・ノブ・アセンブリのようなＸ−Ｙ−Ｚ位置決め機構を設け、プローブのティップアセンブリ１１０が、ＤＵＴ上で測定を要する特定の部品に対応する接触パッドに押し付けて接触できるようにする。
【００１６】
全体的な構造に関しては、ウエハプローブ１００は主支持ブロック１１２を含み、このブロックは、説明した実施例では真ちゅう製であり、またプローブ支持部材１０２と接続するのに適した構造になっている。この接続を成すために、ブロックに形成された円形の開口部１１４が、プローブ支持部材から上方に突出している位置合わせピン（不図示）とスライド自在で密接に嵌合している。また、プローブ支持部材とネジで接合するように、一対の締め付けネジ１１６が、ブロック上に設けられた対応する一対の皿ネジ用穴１１８に挿入され、それぞれのネジは前記部材に形成されたそれぞれのネジ穴の内部にある。
【００１７】
好適な第１の実施例の組合せ信号ウエハプローブ１００は、図１で説明したように、第１の入力ポート１２０及び第２の入力ポート１２２を含んでおり、これらは、図示した好適な実施例においては、スパークプラグ型のＫコネクタを具えている。このコネクタにより、ウエハプローブの入力ポート１２０及び１２２に通常の同軸ケーブルの外部接続を施すことが可能となる。第１の入力ポート１２０に同軸ケーブルを接続することで、プローブと測定器具２６との間に、充分遮蔽した高周波伝達チャネルが確立される。同様に、プローブの第２の入力ポート１２２とバイアス・ティの（ＤＣ／ＲＦ）組合せポートとの間を同軸ケーブルで接続することにより、バイアス・ティ６６と組合せ信号ウエハプローブ１００との間にも遮蔽した高周波伝達チャネルが確立される。必要に応じて、２．４ｍｍコネクタ又は１．８５ｍｍコネクタ又は１ｍｍコネクタのような他の型のコネクタを用いることもできる。組合せ信号ウエハプローブ１００は、入力ポート１２０及び１２２から接触ティップアセンブリ１１０まで、制御されたインピーダンス特性を有する低損失伝達経路を提供する。ウエハプローブのティップアセンブリ１１０は特別に頑丈な構造を有し、保守又は修理をすることなく、接触・分離のサイクルに５００，０００回以上耐久することができる。また同時に、前記ティップアセンブリは、ウエハ１０４上のＤＵＴの非平面である接触パッド表面に対して、容易に適応することができる。
【００１８】
図４に示す好適な実施例において、半剛体の同軸ケーブル１２４は、後方の終端部で、第１の入力ポート１２０のＫコネクタに導電接続されている。また図７について、この同軸ケーブル１２４は、中心導体１２６と内部誘電体１２８と外部導体１３０とを有し、また望ましくは、位相安定低損失型のケーブルとする。同様に、図６に示すように、半剛体の同軸ケーブル１５０は、後方の終端部で、第２の入力ポート１２２のＫコネクタに接続されている。
【００１９】
ケーブル１２４及び１５０の後方終端部を適切なＫコネクタに接続する準備のために、この後方終端部を剥離して中心導体を露出させる。この中心導体は、主支持ブロック１１２に形成した孔穴１４０及び１５２内部で、近接する外部導体を半田付けする間、一時的にダミーのコネクタ内部に留めておく。ブロック内部でこの孔穴の下方に形成した凹部１４２は、半田付け処理を容易にする。それからダミーのコネクタは除去され、コネクタと同軸ケーブル１２４及び１５０との間に電気接続を施すために、ブロック上で前記孔穴の上方に形成したネジ穴１４４に、Ｋコネクタをねじ込み式に設置する。機械的に強固な接続を確保するために、設置前に予めＫコネクタのネジに、ネジ止め剤を付加しておくこともできる。
【００２０】
図４及び５に関して、ケーブル１２４の前方終端部１４６は自由端にしておき、この状態においてプローブの終端部１１０の移動支点として機能する。第１の入力ポート１２０のＫコネクタに接続する前に、ケーブル１２４を、図４に示すような形態で、第１及び第２の中間部分に亘って湾曲させ、ケーブルがそれぞれ上方には９０°また下方には２３°の湾曲を形成するようにする。同軸ケーブル１２４の突出した終端部に亘って、セミフレキシブルなマイクロ波吸収材料のチューブ１５４がスライド式に挿入されている。このチューブの形成に使用する材料には鉄及びウレタンが含まれる。剛体の支持ブロック１１２の底部は、ブロック底部に亘ってクッション層を与えるために、マイクロ波吸収材料製の軟らかく曲げやすいシート１５６で覆われている。この目的に好適な材料の例としては、鉄を含有する充てんシリコンゴムがある。この好適なプローブのマイクロ波吸収部品の構成、すなわち剛体の支持ブロック１１２及び柔軟なシート１５６及びセミフレキシブルなチューブ１５４は、一体となって、半剛体ケーブル１２４の外部導体１３０及びプローブ構造体の他の外側部分に亘ってマイクロ波エネルギーが伝播するレベルをかなり低減する役割を果たす。
【００２１】
図４に示すように、組合せ信号プローブ１００は、プローブティップ１１０がＤＵＴの接触パッド１０８と接触する位置に置かれる。プローブティップ１１０がプローブに対応する接触パッドに押し付けられ接触した後、プローブ１００と被試験デバイスとの間の垂直方向の隙間は、図５に示すように一層減少し、それにより同軸ケーブル１２４は湾曲し、また接触ティップは、図示の通り対応する接触パッド１０８の表面に亘って掃拭する。
【００２２】
図７に示すように、入力ポート１２０のＫコネクタに接続するに先だって、ケーブル１２４及び１５０のそれぞれの前方終端部に近接する部分に、半円筒形の陥凹２０２を形成する。この陥凹は、ケーブルの中心に沿って長さ方向に切り込みを入れ、その長さ方向の切り込みの終端を横断する方向に切り込みを入れることで形成する。この手順に従って、外部導体１３０及び内部誘電体１２８及び中心導体１２６の半円筒形部分が除去され、これらの残りの部分が全体として、ケーブル前方終端部まで広がる平坦な棚部２０４及びケーブルの長さ方向に対して直交する方向に延在する背面２０６を形成する。
【００２３】
図７及び８に関して、好適例のプローブの終端部において、ケーブル１２４の中心導体１２６には内側の導体フィンガ２５０が接続され、隣接する外部導体１３０には一対の外側の導体フィンガ２５２ａ及び２５２ｂが導電接続され、信号接地となる導体配置を形成している。好適例のプローブティップは一対の外側の導体フィンガを含んでいるが、プローブティップは、単一の外側のフィンガを用いても構成することができる。プローブ終端部１４６の底面を示す図８に関して、それぞれのフィンガは、ケーブル１２４の前方終端部２５６を越えて延在する突出部２５４を含んでいる。突出部２５４は、互いに横方向に間隔を空けて配置されており、ケーブル１２４の導体１３０及び１２６のそれぞれと被試験デバイスのそれぞれのパッドとの間に低損失の遷移を成すために、全体としてインピーダンスを制御した伝送線路を形成するようになっている。
【００２４】
それぞれのフィンガ２５２ａ、２５２ｂ及び２５０の間隔は、ある程度、デバイスの接触パッド及びケーブルの形態によって決まる。例えば、それぞれのフィンガの末端に関して、ピッチ、即ち近接するフィンガ間における中心線から中心線までの間隔２７０は、被試験デバイス上の接触パッドのピッチ２７０に合わせて決められる。被試験デバイス上にある２平方ミルの接触パッドが有する６ミルのピッチと合わせるために、対を成すフィンガの末端は６ミルのピッチで離間し得る。（パッドとパッドのピッチは、４ミル、５ミル、８ミル及び１０ミルのような他の値で設定することもある。）  一方、ケーブル１２４の裏面２０４に面する部分においては、ケーブル１２４の中心導体１２６の露出面と、それと近接する外部導体１３０の露出面とのピッチに対応させて、近接するフィンガのピッチが決められる。
【００２５】
前述の寸法の他に、フィンガ２５０、２５２ａ及び２５２ｂそれぞれの寸法及び相対的間隔を決めるのに用いる基準となる要因は、ケーブルのそれぞれの導体１２６及び１３０とＤＵＴのそれぞれのパッドとの間に低損失伝送経路を望ましい状態に確立することである。
【００２６】
中央のフィンガ２５０の終端２７２は信号接触ティップ４４を具え、また外側のフィンガ２５２ａ及び２５２ｂの終端は、同軸ケーブル１２４の外部導体１３０を経てアースに接続されている。これら３つのフィンガは、エポキシ接着剤のような非導電性の接着材２７６によって、ケーブル１２４の終端付近でケーブルに付着されている。フィンガの接触ティップとは離れた方の終端部においては、中央のフィンガ２５０は中心導体１２６に取付けられ、また外部接触ティップ２５２ａ及び２５２ｂは同軸ケーブルの外部導体１３０に取付けられている。図８に関して、同軸ケーブル１２４の中心導体１２６と信号接触ティップ４４との間に直列でインピーダンス整合抵抗５２を内蔵するために、半田接続部２７８と中央のフィンガの非導電性接着材２７６がケーブルに付着する部分との間の位置で、中央のフィンガ２５２の本体部分にドリルで開口部２８０を施す。この開口部２８０は、中央のフィンガ２５０及びケーブル１２４の中心導体１２６を分断する寸法と深さにする。この開口部の中に、セラミック基盤に載せた抵抗２８２を挿入し、開口部２８０内で固定する。中央のフィンガ２５０の前方部分は、導電性接着材２８４により、中心導体１２６に半田付けした後方部分と接続されている。
【００２７】
図６に示すように、組合せ信号プローブ１００の第２の入力ポート１２２に接続した同軸ケーブル１５０は、第１の入力ポート１２０に接続した同軸ケーブル１２４の経路とほぼ並行する経路を、プローブを経てたどる。第２の入力ポート１２２から接続されている同軸ケーブル１５０は、同軸ケーブル１２４のプローブ終端部に隣接して終端する。同軸ケーブル１５０の中心導体３０２と、同軸ケーブル１２４から突出している中央のフィンガ２５０とにわたって、ジャンパ３００を接続する。これにより、電源２４から組合せ信号プローブ１００の第２の入力ポート１２４を経て伝達される直流電流は、インピーダンス整合抵抗５２を通過しない信号経路を介して、中央のフィンガ２５０の終端部２７２において、信号接触ティップ４４まで直接流れる。
【００２８】
図１０に関して、第２の実施例の組合せ信号プローブ５００は、一般に主支持ブロック１１２を具え、このブロックはプローブと入力ポート１２０及び１２２のＫコネクタとを搭載し、これらの入力ポートとプローブのティップアセンブリ５０６とを接続する同軸ケーブル５０２及び５０４を支持している。ティップアセンブリ５０６は、直流電流５０８及び変調信号５１０のそれぞれの信号経路に対して個別の接触ティップアセンブリを具えている。図１１に関して、変調信号用の接触ティップアセンブリ５１０は、ＤＵＴ信号パッドとアース接触パッドにそれぞれ同時に係合するよう設計された、変調信号ティップ５１２と少なくともひとつのアース接触ティップ５１４とを具えている。インピーダンス整合抵抗５１６は、同軸ケーブル５０４の中心導体の部位において、変調信号接触ティップ５１２を変調信号経路に接続している。直流電流ティップアセンブリ５０８は、同軸ケーブル５０２の中心導体５２０に接続した接触ティップを具えており、このティップは直流電流の信号経路を提供する。変調信号接触ティップ５１０及びアース信号接触ティップ５１４がＤＵＴの信号接触パッド及びアース接触パッドに係合する際に、直流電流接触ティップ５０８はＤＵＴの信号接触パッドに接触するように配置されている。直流電流接触ティップ５０８は、最小の抵抗で直流電流を流すが変調信号の周波数では信号に対して高インピーダンスを示す誘導素子８２を設けるために、針状の構造を有するようにし得る。
【００２９】
前記組合せ信号プローブ、プローブシステム及びプローブ方法により、プローブ信号接触ティップにて直流電流及び変調信号が同時に組合されて伝達され、変調信号経路のインピーダンスが整合されて信号の歪みは減少し、一方で直流電流信号の経路では抵抗が最小化され、電圧降下及び電力浪費も最小化される。
【００３０】
上述の詳細な説明は、本発明の完全な理解を与えるための多くの具体的な詳細を示すものである。しかしながら、当業者であれば、これら具体的な詳細が無くとも本発明を実施し得るであろう。本発明が不明瞭になるのを避けるため、他の例において周知の方法、手順、要素及び電気回路などの詳細な説明は行なっていない。
【００３１】
本明細書において引用した全ての文献の内容は、この明細書中に含まれる。
【００３２】
上述の明細書中で用いられた用語及び表現は、記述的に用いたものであり、限定的に用いたものではない。またそのような用語及び表現を用いることで、表示及び記述した特徴の又はその特徴の一部の均等物を除外する意図はなく、本発明の範囲は請求の範囲によってのみ定義され限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１の実施例の組合せ信号プローブシステムの略図である。
【図２】第２の実施例の組合せ信号プローブシステムの略図である。
【図３】第１の実施例の組合せ信号プローブの斜視図である。
【図４】図３の組合せ信号プローブで、プローブティップと被試験デバイスの接触パッドが接触した直後の様子をＡ−Ａ線に沿って示した断面図である。
【図５】図４に対応して、プローブ本体がＤＵＴに対して下方に移動した際に、プローブティップがプローブ本体に対して動く様子を示した部分図である。
【図６】図３の組合せ信号プローブをＢ−Ｂ線に沿って示した断面図である。
【図７】図３の組合せ信号プローブのプローブティップを拡大した斜視図である。
【図８】図７のプローブティップの底面図である。
【図９】第３の実施例の組合せ信号プローブシステムの略図である。
【図１０】直流電流及び変調信号で分離した接触ティップを有する第２の実施例の組合せ信号プローブの斜視図である。
【図１１】分離した接触ティップを有する図１０のプローブにおけるプローブティップの底面図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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