(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テスト装置の低電流テスト用システムにおいて、
（ａ）第１側面と第２側面とを有する誘電基材と、この誘電基材の前記第１側面上の細長い導電経路と、前記誘電基材を越えて片持梁のように突出するよう前記細長い導電経路の一端に接続された細長いプローブ素子と、前記基材の前記第２側面上の導電区域とを有し、前記テスト装置上の探測位置で探測を行うプローブ装置と、
（ｂ）前記プローブ装置に着脱可能に相手として掛合し得るプローブハウジングとを具え、
（ｃ）前記プローブハウジングは、第２導線によって包囲される第１導線を有する第１ケーブルと、第４導線によって包囲される第３導線を有する第２ケーブルとの両方に掛合するよう構成され、
（ｄ）前記プローブ装置を前記プローブハウジングに掛合させた時、前記第１導線と、前記第３導線と、前記基材の前記第１側面上の前記細長い導電経路とを電気的に相互に接続する第１カプラと、
（ｅ）前記プローブ装置を前記プローブハウジングに掛合させた時、前記第２導線と、前記第４導線とを前記基材の前記第２側面上の前記導電区域に電気的に相互に接続する第２カプラとを具えることを特徴とする低電流測定システム。
【請求項２】
前記プローブ装置を着脱可能に相手として掛合させ得る細長い開口を前記プローブハウジングが更に有する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記開口がその内部に第１直立面を画成している請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記プローブ装置を前記プローブハウジングに掛合させた時、前記導電区域が前記第１直立面に面対面接触するよう構成されている請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１直立面に対向する第２直立面に面対面衝合する絶縁体と、前記細長い導電経路に接続される導電部材とを有して前記プローブハウジング内にある挿入部材を更に有する請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記プローブ装置を前記プローブハウジングに着脱可能に掛合させた時、弾性的に変形できるよう前記導電部材を構成した請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
テスト装置の低電流テスト用システムにおいて、
（ａ）第１側面と第２側面とを有する誘電基材と、この誘電基材の前記第１側面上の細長い導電経路と、前記誘電基材を越えて片持梁のように突出するよう前記細長い導電経路の一端に接続された細長いプローブ素子と、前記基材の前記第２側面上の導電区域とを有し、前記テスト装置上の探測位置で探測を行うプローブ装置と、
（ｂ）前記プローブ装置に着脱可能に相手として掛合し得るプローブハウジングとを具え、
（ｃ）前記プローブハウジングは、第２導線によって包囲される第１導線を有する第１ケーブルと、第４導線によって包囲される第３導線を有する第２ケーブルとの両方に着脱可能に掛合するよう構成され、
（ｄ）前記プローブ装置を前記プローブハウジングに掛合させ、前記第１ケーブル、及び第２ケーブルを前記プローブハウジングに掛合させた時、前記第１導線と、前記第３導線と、前記基材の前記第１側面上の前記細長い導電経路とを電気的に相互に接続する第１カプラと、
（ｅ）前記プローブ装置を前記プローブハウジングに掛合させた時、前記第２導線と、前記第４導線とを前記基材の前記第２側面上の前記導電区域に電気的に相互に接続する第２カプラとを具えることを特徴とする低電流測定システム。
【請求項８】
前記プローブ装置を着脱可能に相手として掛合させ得る細長い開口を前記プローブハウジングが更に有する請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記開口がその内部に第１直立面を画成している請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記プローブ装置を前記プローブハウジングに掛合させた時、前記導電区域が前記第１直立面に面対面接触するよう構成されている請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１直立面に対向する第２直立面に面対面衝合する絶縁体と、前記細長い導電経路に接続される導電部材とを有して前記プローブハウジング内にある挿入部材を更に有する請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記プローブ装置を前記プローブハウジングに着脱可能に掛合させた時、弾性的に変形できるよう前記導電部材を構成した請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
テスト装置を保持するプローブハウジングにおいて、
（ａ）第１側面と第２側面とを有する誘電基材と、この誘電基材の前記第１側面上の細長い導電経路と、前記誘電基材を越えて片持梁のように突出するよう前記細長い導電経路の一端に接続された細長いプローブ素子と、前記基材の前記第２側面上の導電区域とを有し、前記テスト装置上の探測位置で探測を行うプローブ装置に着脱可能に相手として掛合し得るプローブハウジングを具え、
（ｂ）前記プローブハウジングは、第２導線によって包囲される第１導線を有する第１ケーブルと、第４導線によって包囲される第３導線を有する第２ケーブルとの両方に着脱可能に掛合するよう構成され、
（ｃ）前記プローブ装置を前記プローブハウジングに掛合させ、前記第１ケーブル、及び第２ケーブルを前記プローブハウジングに掛合させた時、前記第１導線と、前記第３導線と、前記基材の前記第１側面上の前記細長い導電経路とを電気的に相互に接続する第１カプラと、
（ｄ）前記プローブ装置を前記プローブハウジングに掛合させた時、前記第２導線と、前記第４導線とを前記基材の前記第２側面上の前記導電区域に電気的に相互に接続する第２カプラとを具えることを特徴とするプローブハウジング。
【請求項１４】
前記プローブ装置を着脱可能に相手として掛合させ得る細長い開口を前記プローブハウジングが更に有する請求項１３に記載のプローブハウジング。
【請求項１５】
前記開口がその内部に第１直立面を画成している請求項１４に記載のプローブハウジング。
【請求項１６】
前記プローブ装置を前記プローブハウジングに掛合させた時、前記導電区域が前記第１直立面に面対面接触するよう構成されている請求項１５に記載のプローブハウジング。
【請求項１７】
前記第１直立面に対向する第２直立面に面対面衝合する絶縁体と、前記細長い導電経路に接続されている導電部材とを有して前記プローブハウジング内にある挿入部材を更に有する請求項１６に記載のプローブハウジング。
【請求項１８】
前記プローブ装置を前記プローブハウジングに着脱可能に掛合させた時、弾性的に変形できるよう前記導電部材を構成した請求項１７に記載のプローブハウジング。
【請求項１９】
テスト装置を保持するプローブハウジングにおいて、
（ａ）内部導体と、内部誘電体と、外部導体と、前記内部誘電体と前記外部導体とが直接相互に接合された時に発生する摩擦電流より少なくなるように、これ等内部誘電体と外部導体との間に発生する摩擦電流を減少させるためこれ等内部誘電体と外部導体との間に配置された適切な組成の材料の内層とを前記プローブハウジングが有し、前記テスト装置上の探測位置で探測を行うプローブ装置に着脱可能に相手として掛合し得るよう前記プローブハウジングが構成されており、
（ｂ）前記プローブハウジングは、第２導線によって包囲される第１導線を有する第１ケーブルと、第４導線によって包囲される第３導線を有する第２ケーブルとの両方に着脱可能に掛合するよう構成され、
（ｃ）前記プローブ装置を前記プローブハウジングに掛合させ、前記第１ケーブル、及び第２ケーブルを前記プローブハウジングに掛合させた時、前記第１導線と、前記第３導線と、前記内部導体とを電気的に相互に接続する第１カプラと、
（ｄ）前記プローブ装置を前記プローブハウジングに掛合させた時、前記第２導線と、前記第４導線とを前記外部導体に電気的に相互に接続する第２カプラとを具えることを特徴とするプローブハウジング。
【請求項２０】
テスト装置の低電流テスト用システムにおいて、
（ａ）第１側面と第２側面とを有する誘電基材と、この誘電基材の前記第１側面上の細長い導電経路と、前記誘電基材を越えて片持梁のように突出するよう前記細長い導電経路の一端に接続された細長いプローブ素子と、前記基材の前記第２側面の導電区域とを有し、前記テスト装置上の探測位置で探測を行うプローブ装置と、
（ｂ）前記プローブ装置に着脱可能に相手として掛合し得るプローブハウジングとを具え、
（ｃ）前記プローブハウジングは、第２導線によって包囲される第１導線を有する少なくとも１個の第１ケーブルに着脱可能に構成され、
（ｄ）前記プローブ装置を前記プローブハウジングに掛合させ、前記第１ケーブルを前記プローブハウジングに掛合させた時、前記第１導線と、前記基材の前記第１側面上の前記細長い導電経路とを電気的に相互に接続する第１カプラと、
（ｅ）前記プローブ装置を前記プローブハウジングに掛合させた時、前記第２導線を前記基材の前記第２側面上の前記導電区域に電気的に相互に接続する第２カプラとを具えることを特徴とする低電流測定システム。
【請求項２１】
前記プローブ装置を着脱可能に相手として掛合させ得る細長い開口を前記プローブハウジングが更に有する請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記開口がその内部に第１直立面を画成している請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記プローブ装置を前記プローブハウジングに掛合させた時、前記導電区域が前記第１直立面に面対面接触するよう構成されている請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第１直立面に対向する第２直立面に面対面衝合する絶縁体と、前記細長い導電経路に接続される導電部材とを有して前記プローブハウジング内にある挿入部材を更に有する請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記プローブ装置を前記プローブハウジングに着脱可能に掛合させた時、弾性的に変形できるよう前記導電部材を構成した請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
（ａ）第４導線によって包囲される第３導線を有する第２ケーブルに前記プローブハウジングが着脱可能に掛合し得るよう構成し、
（ｂ）前記プローブ装置を前記プローブハウジングに掛合し、前記第２ケーブルを前記プローブハウジングに掛合させた時、前記第３導線と、前記基材の前記第１側面上の前記細長い導電経路とを電気的に相互に接続するよう前記第１カプラを構成し、
（ｃ）前記プローブ装置を前記プローブハウジングに掛合させた時、前記第４導線を前記基材の前記第２側面上の前記導電区域に電気的に接続するよう前記第２カプラを構成した請求項２０に記載のシステム。
【請求項２７】
テスト装置を保持するプローブハウジングにおいて、
（ａ）内部導体と、内部誘電体と、外部導体と、前記内部誘電体と前記外部導体とが直接相互に接合された時に発生する摩擦電流より少なくなるように、これ等内部誘電体と外部導体との間に発生する摩擦電流を減少させるためこれ等内部誘電体と外部導体との間に配置された適切な組成の材料の内層とを前記プローブハウジングが有し、前記テスト装置上の探測位置で探測を行うプローブ装置に着脱可能に相手として掛合し得るよう前記プローブハウジングが構成されており、
（ｂ）第２導線によって包囲される第１導線を有する少なくとも１個のケーブルに着脱可能に掛合し得るよう前記プローブハウジングが構成され、
（ｃ）前記プローブ装置を前記プローブハウジングに掛合し、前記第１ケーブルを前記プローブハウジングに掛合した時、前記第１導線と前記内部導体とを電気的に相互に接続する第１カプラと、
（ｄ）前記プローブ装置を前記プローブハウジングに掛合した時、前記第２導線を前記外部導体に電気的に相互に接続する第２カプラとを具えることを特徴とするプローブハウジング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は低電流を測定する低電流測定システム、及び低電流を測定するテスト装置を保持するプローブハウジングに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、プローブカードの構造では、ベースとして誘電ボードを使用する。ボードの開口の周りに複数個のプローブ装置を放射状に取り付けて、例えば細長い導電ニードルから成るこれ等装置のプローブ素子を開口の下まで延ばし、テスト装置の接触位置で測定をするのに適するパターンにプローブ素子を配置する。プローブ装置は複数個の相互接続ラインによってテスト器機のそれぞれの接続経路に個々に接続される。この場合、対応するプローブ装置と、誘電ボードの外端縁との間に延びる各ラインの部分は相互接続ケーブル、又はボードに直接形成した導電トレースパターンを具える。テスト装置が半導体ウエハ上に形成された集積回路である場合のセットアップの通常の形式では、プローブカードをウエハの上方に支持リング、又はテストヘッドによって取り付け、ウエハの下の支持体がウエハを動かし、その上の各装置をプローブカードのニードル、又はプローブ素子に連続的に接触させる。
【０００３】
超低電流（フェムトアンペアの範囲、又はそれ以下）（１フェムトアンペアは１０-15 アンペア）を測定するのに特に使用できるようにしたプローブカードに関して、プローブカードの設計者は漏洩電流の作用を消滅させ、又は少なくとも減少させるための開発技術に携わって来た。漏洩電流は包囲するケーブル、又は経路から特定のケーブル、又は経路に流入し、特定のケーブル、又は経路内の測定される電流を歪曲するので好ましくない。２個の離間する導体間の所定のポテンシャルの差のため、両者間に流れる漏洩電流の量は導体を分離する絶縁材料の体積抵抗率によって変化する。即ち、比較的低い抵抗の絶縁体を使用すると、比較的多くの漏洩電流を生ずる。従って、低電流プローブカードの設計者は、ガラスエポキシボード上のゴム絶縁単一コアワイヤの使用を避けるのが普通である。これは、ゴム、及びガラスエポキシ材料は、比較的低抵抗の絶縁体であり、この絶縁体を通して比較的大きな漏洩電流が流れることが知られているからである。
【０００４】
内部経路の漏洩電流を抑制するため使用されている一技術は各引込みワイヤの内側コアを円筒形の「ガード」導線で包囲することである。この「ガード」導線はテスト器機の出力経路内のフィードバック回路によって内側コアと同一のポテンシャルに維持される。外側ガード導線と内側導電コアとの電圧ポテンシャルは相互にほぼ追跡し合うから、内側誘電体が低抵抗材料から成るか、高抵抗材料から成るかに関せず、これ等の導線を分離している内側誘電体を経て、省略できる程の僅かな漏洩電流が流れる。それぞれのケーブルのガード導線間に漏洩電流がなお流れることがあり得るが、これ等のガード導線は内側導電コアと異なり低インピーダンスにあるため、この漏洩電流は問題にならない。このガード技術を使用することによって、或るプローブカード設計の低レベル電流測定能力に著しい改善を実現することができる。
【０００５】
低電流測定能力を更に改善するため、プローブニードル、又はその他のプローブ素子間の漏洩電流を最少にするようにプローブカードを構成している。これ等の装置に関して、低抵抗材料の代わりに高抵抗絶縁材料を使用しており、付加的導電表面を各装置の周りに配置し、各装置に対してガード機能を遂行している。一形式の組立体では、例えば、比較的高い体積抵抗率を有するものとして知られるセラミック材料の薄いブレードを使用して各プローブ装置を構成する。このブレードの一側に細長い導電トレースを設けて信号ラインを形成し、ガードの目的で、ブレードの反対側に背面導電面を設ける。この装置のプローブ素子はタングステンのような材料から成る細長い導電ニードルによって形成されており、このニードルを信号トレースから離れるように片持梁のように突出する。このような装置は例えばアメリカ合衆国、アリゾナ州、Tempe の Cerprobe Corporation から市販されている。
【０００６】
プローブカードの組立中、カードの開口の周りに放射方向に、セラミックブレードをその端縁で取り付け、テスト装置を測定するのに適するパターンで、ニードルを開口内まで延ばす。各ブレード上の導電背面を対応するケーブルのガード導線、及びカードの開口に隣接する対応する導電パッド、即ち「ランド」に接続する。このようにして、ブレードの反対側の背面導線により、及びその下の導電ランドにより各導電経路をガードする。
【０００７】
しかし、ここに説明した形式のガードされたケーブル、及びセラミックプローブ装置を使用する場合でも、１フェムトアンペヤ、又はそれ以下の電流を監視し得る最新のテスト器機の能力にマッチする程度まで、この好ましくないバックグラウンド電流のレベルはまだ十分に減少していない。従って、最新のテスト器機設計の技術を維持するため、プローブカード設計における他の変更が必要であることは明らかである。
【０００８】
しかし、このようなプローブカードの設計においては、セラミックブレードはプローブカードに恒久的に取り付けられており、従って、損傷すると全体のプローブカードを交換することが必要であり、又は損傷したセラミックブレードを高い費用で大きな努力でどうにかして修理することが必要である。図１において、一層容易に交換することができるプローブチップを得るため、交換可能なプローブチップ１２を有するプローブハウジング１０が設計された。シールド導線、ガード導線、及び信号導線をそれぞれ有する１対の３軸ケーブル（図示せず）は測定器（図示せず）から室（図示せず）内の一位置まで延びる。この室はプローブチップ１２、プローブハウジング１０、及びテスト装置を収容している。
【０００９】
ガード導線、及び信号導線を有するそれぞれの同軸ケーブル１４、１６に各３軸ケーブルを接続する。各３軸ケーブルのシールド導線を所要に応じ上記の室に接続する。この室の雰囲気はシールドされているので、プローブハウジング１０にまでシールド導線を設ける必要はない。更に、比較的大きな３軸ケーブルに反し、比較的小さな同軸ケーブル１４、１６に接続するのに一層適する比較的小さなコネクタをこのプローブハウジング１０は有する。プローブハウジング１０は１対のコネクタ１８、２０を有し、各コネクタは同軸ケーブル１４、１６のそれぞれに接続する。各同軸ケーブル１４、１６のガード導線はプローブハウジング１０の導電外側に電気的に接続されており、これによりプローブチップ１２への漏洩電流、及びキャパシタンスを減少させる。
【００１０】
図１に示さないが、２リード同軸ケーブルシステムにおいては、理想的には「真のケルビン」接続を構成する。これには、通常、フォース(force) 信号、及びセンス(sense) 信号と呼ばれるものを使用する必要がある。一方の同軸ケーブルからの信号導線はフォース(force) 導線と考えられ、他方の同軸ケーブルからの信号導線はセンス(sense) 導線と考えられる。フォース導線は低インピーダンス接続であり、従ってテストの目的で、電流は強制的にフォース導線に流される。センス導線は高インピーダンス接続であり、電圧を感知するためにはセンス導線に密接しているのが好適なウエハ上の同一テストパッドにセンス導線を接触させる。フォース導線、及びセンス導線を使用して、テスト装置の電流対電圧特性を得ることができる。
【００１１】
「真のケルビン」接続をキャリブレードするため、まず開放回路テストを行い、テストパッドキャパシタンス無しにキャパシタンスを測定する。プローブをピックアップし、センス導線、及びフォース導線のプローブチップを空中に懸垂した部分と共に短絡することによってこれを遂行する。開放回路テストは行うのが困難である。第２に、短絡回路テストを行い、フォース導線チップ、及びセンス導線チップがテストパッド上にある時のキャパシタンスを測定する。開放回路テスト、及び短絡回路テストからケーブルインピーダンスを得て、次に続いて行われる測定中にオフセットのためこのケーブルインピーダンスを使用する。不幸なことに、「真のケルビン」接続のキャリブレーションは困難であり、行うには時間を要する。更に、フォース導線に流れる電流は一般に既知の値であるが、フォース導線の全長に沿う抵抗の低下はその端部における正確な電圧となるが、この電圧は未知の値であり、従って測定は不正確になる。更に、コストを最小にするため、テスト装置上のテストパッドは通常小さく、従ってテストパッド上に２個のニードルを位置させるのは困難である。更に、２個のニードルを使用することは、ニードル、及び支持構造のために付加的な空間が必要となり、シリコンウエハのようなテスト装置の小さな区域をテストするため非常に多数のプローブニードルを同時に必要である時、このような空間は得られない。
【００１２】
図１において、限られた区域内で一層多くのテストを同時に遂行し得る単一のプローブチップを使用し得るようにするため、プローブハウジング１０内でフォース導線２２、及びセンス導線２４を複合導線２６によって電気的に接続する。同軸ケーブル１４はフォース接続であり、ケーブル１６はセンス接続である。フォースケーブル１４のガード導線、及びセンスケーブル１６のガード導線は導電プローブハウジング１０に電気的に接続される。フォース導線、及びセンス導線の複合導線２６はプローブハウジング１０の一端でプローブコネクタ２８に電気的に接続される。剛強同軸プローブチップケーブル３０はプローブコネクタ２８に取外し可能に接続される。剛強同軸プローブチップケーブル３０は金めっきされた銅ガード導線３２と、タングステン製の中心信号導線３４との両方を有する。剛強同軸プローブチップケーブル３０のガード導線３２はプローブハウジング１０に電気的に接続され、プローブハウジング１０は同軸ケーブル１４、１６のガード導線に接続される。フォース導線２２とセンス導線２４とが互いに接続される点から延びる信号経路の全長は測定中の電流を運び、その結果、信号経路の或る部分の内部抵抗から電圧降下が起こる。低電流を加えた場合、抵抗に起因する電圧降下は僅かであり、その理由は接合はプローブチップ１２に密接しており、この導線の抵抗は小さいからであると仮定している。
【００１３】
しかし、使用中、欠陥を生じ、又は破損した場合、剛強同軸プローブチップケーブル３０の交換は困難である。図１に示すテスト装置は適度に正確な低電流測定を行うことができる。しかし、不幸にして、図１に示す装置を−６０℃から３００℃のような広い温度範囲にわたって使用した時、許容できないレベルの雑音を発生することが観察された。例えば市販されている一具体例では、室温から１５０℃の狭い温度範囲に過ぎないのに、±１００フェムトアンペアの範囲の雑音が観察された。前に述べたように、現代の測定器機は一層僅かな電流レベルを測定することができ、従ってこのような雑音レベルは１０フェムトアンペア以下の低電流測定レベルを不正確にしてしまう。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は上述の従来技術の欠点を除去し、雑音レベルが低く、低電流を正確に測定することができ、しかもプローブチップの交換が容易に行える低電流測定システムを得るにある。
また本発明の目的はこの低電流測定システムに使用するテスト装置を保持するプローブハウジングを得るにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明低電流測定システムはテスト装置上の探測位置で探測を行うプローブ装置を設ける。このプローブ装置は、第１側面と第２側面とを有する誘電基材と、この基材の第１側面上の細長い導電経路と、基材を越えて片持梁のように突出するようこの細長い導電経路の一端に接続された細長いプローブ素子と、基材の第２側面上の導電区域とを有する。プローブハウジングはプローブ装置に着脱可能に相手として掛合することができ、そのため破損したプローブ装置は簡単に交換することができる。ガード導線によって包囲されるフォース導線を有するフォースケーブルと、ガード導線によって包囲されるセンス導線を有するセンスケーブルとの両方にプローブハウジングは掛合する。プローブ装置をプローブハウジングに掛合させた時、フォース導線と、センス導線と、基材の第１側面上の細長い導電経路とを第１カプラが電気的に接続する。プローブ装置をプローブハウジングに掛合させた時、フォースケーブル、及びセンスケーブルのガード導線と、基材の第２側面上の導電区域とを第２カプラが電気的に接続する。
【００１６】
本発明低電流測定システムは、摩擦電流を発生せず、探測中使用される正常な温度範囲で変形する材料が無い構造である。更に、使用中、破損してもプローブ装置を容易に交換することができる。
図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１７】
【実施例】
図１に示す先行技術の装置において、広範囲の温度範囲にわたり発生する過大な雑音レベルを観察した後、温度が上昇、及び下降する時、同軸プローブチップケーブル３０の信号導線３４とガード導線３２との間のテフロン絶縁体３６が膨張、収縮することを本願の発明者が実感するに到ったことは驚くべきことである。テフロン絶縁体３６の膨張、収縮は信号導線３４とガード導線３２とに対する相対運動と摩擦とを生ずる。この相対運動は摩擦のため、テフロン絶縁体３６に接触している両方のガード導線３２とテフロン絶縁体３６との間、及び信号導線３４とテフロン絶縁体３６との間に電荷を発生させる。自由電子は信号導線３２とガード導線３４とを擦過し、電荷の不均衡を生ぜしめ、その結果、電流が流れる。
【００１８】
摩擦電流は同軸ケーブルのような材料の物理的な曲げに関連して発生するものと昔から考えられている。同軸ケーブルが物理的な曲げを受ける時間は比較的長く、例えば低周波であり、摩擦電流の発生にはあまり大きな原因となっていない。本願の発明者は、物理的な曲げが摩擦電流の発生の主要な原因になるのでなく、実際上、テフロン絶縁体の僅かな膨張、収縮を伴う非常に微妙な現象が上述の摩擦運動を発生させ、それが好ましくない摩擦電流を発生させるものと考えている。
【００１９】
以前のプローブカードの設計者によってまだ確認されていない雑音源の確認に関しては、本願の発明者は、確認された問題として優れた解決策を開発した。
摩擦電流の発生を減らすため、ケーブル３０を低雑音ケーブルに置き代える。「低雑音」ケーブルは、通常、グラファイトをコーティングしたポリエチレンの内部絶縁体を使用することによって、摩擦電流を著しく減少させる。グラファイトは潤滑作用をすると共に、伝導等電位シリンダを生ぜしめ、電荷を一様にし、ケーブルの運動の摩擦作用によって発生する電荷を最少にする。
【００２０】
本願の発明者は「低雑音」ケーブルの使用によって具体化されている摩擦電気作用の問題の新しい解決策を発見したことを主張するものでない。この問題の比較的真正直な解決策は、摩擦電気作用を抑制するのに適する組成物の材料の付加的層を外側導線と内側導線との間に使用することによってどのように「低雑音」ケーブルを構成するかを知っているケーブル技術の分野において見出すことができる。特に、この層は、この誘導体を過大に擦るのを防止するように内部絶縁体に対し物理的に適合し得る非金属部を有し、一方、導線を擦過した自由電子によって発生するいかなる電荷の不平衡をも直ちに消散させる十分導電性の部分を含んでいる。この摩擦電気作用の問題に対するこの特殊な解決策が本願の発明者の発明であると主張するものでない。この特殊な問題は低電流プローブステーション設計の分野における性能の低下の主要な原因であり、特に、或る温度範囲にわたりテストを行う時、本願の発明者が自分が発見したと考えている性能の低下の主要な原因と認められる。
【００２１】
上述したように、本発明のプローブホルダ設計の一実施例はケーブル３０の代わりに「低電流」ケーブルを使用し、この低電流ケーブルは相互に同軸に配置された導電層、及び誘電層を有し、更に摩擦電気作用に起因して各ケーブル内に発生する好ましくないいかなる電流をも最少にするように摩擦電気作用を抑止するようにした少なくとも１個の層を各ケーブル内に有する。プローブホルダのこの材料の層は、温度の一範囲にわたり超低電流の測定のため、このプローブステーションの使用を可能にする。
【００２２】
無線周波数 ( rf ) ケーブル技術の分野においては、ここに説明したこの形式の層材料を有するケーブルは一般に「低騒音」ケーブルと呼ばれている。この形式のケーブルの市販供給源は、アメリカ合衆国、インディアナ州、リッチモンドの Belden Wire and Cable Company、スイス国 Herisauの Suhner HR-Kabel、及びアメリカ合衆国、コネチカット州、ウオーリングフォードのTimes Microwave Systems である。
【００２３】
ケーブル３０の代わりに「低雑音」ケーブルを使用することによって装置１０の低雑音特性を著しく増大させるが、このケーブルは少量を得るにも高価であり、破損すると閉じ込めた環境下では交換が難しく、プローブチップの精密な位置と共にテストパッドにケーブルを精密に曲げることは、ケーブル形コネクタに関し制御するのが困難である。もっと重要なことは、同軸ケーブル内のテフロン絶縁体は問題になる温度に遭遇した時、ケーブルの端部の外への「常温流れ」に対して弱い。でき上がったケーブル絶縁体は部分的に一層薄く、従って時間が経過するとケーブルの特性が変化する。
【００２４】
図２において、ケーブル形コネクタの制約に打ち勝つため、代案の実施例は細長いプローブコネクタ５２を有し、図１に示すプローブハウジング１０に構造が類似する導電プローブハウジング５０を有する。このプローブコネクタ５２は導電性で、ほぼ長方形の横断面を有するのが好適である。挿入部５４はプローブコネクタ５２内に嵌合する寸法である。この挿入部５４はセラミック絶縁体５６と、この絶縁体５６の一側に取り付けられた導電湾曲コネクタ５８とを有する。この絶縁体５６はプローブコネクタ５２の内部直立面５９に面対面衝合する。前文で説明したような「ブレード」形プローブ６０はプローブコネクタ５２内に取り外し可能に相手として掛合可能である。
【００２５】
また、図３において、ブレード６０はセラミック、又はそれに匹敵する高抵抗絶縁材料で形成した誘電基材６２を有するのが好適である。このブレード６０は薄い端縁により相互に連結された１対の広い平行側面、又は平行面を有する。ブレード６０の一側に細長い導電経路６４を形成すると共に、反対側に背面導電面６６を設ける。ニードル６８を誘電基材６２によって支持し、細長い導電経路６４に電気的に接続する。図示の特定の実施例においては、ブレード６０は輪郭がほぼＬ字状であり、プローブコネクタ５２内にブレード６０はその端縁で取り付けられており、このＬ字状ブレード６０の短いアームは下方に突出してテスト装置に接触している。前に述べたように、ここに説明した形式の構造を有するブレード６０はアメリカ合衆国アリゾナ州、Tempe の Cerprobe Corporation から市販されている。
【００２６】
図４において、ブレード６０をプローブコネクタ５２内に摺動掛合させた時、背面導電面６６はプローブコネクタ５２の内部直立面５９に面対面接触する。従って、フォース(force) ケーブル１４、及びセンス(sense) ケーブル１６のガード導線から、プローブハウジング５０、及びプローブコネクタ５２を通じて、ブレード６０の背面導電面６６まで接地信号経路が生ずる。これによりニードル６８の端部に近い位置まで接地経路を生ずる。更に、ケーブル１４、１６に接続されたフォース導線７２、及びセンス導線７４から、複合導線７０を通じて折曲げ導線５８まで導電経路が生ずる。ここで複合導線７０は、フォースケーブル、及びセンスケーブルをブレード６０上の導電経路６４に電気的に接続する任意適切な形式のカプラである。
【００２７】
同様にブレード６０上の背面導電面６６とケーブル１４、１６との間の電気的接続も任意適切な形式のカプラでよい。ブレード６０をプローブコネクタ５２内に挿入すると、折曲げ導線５８は弾性的に変形し、この折曲げ導線５８によって背面導電面６６と直立面５９との間に圧力が作用し、これにより損失接続を低く維持する。また、使用中、この折曲げ導線５８の圧力はブレード６０の位置を保持する。同時に、折曲げ導線５８は導線経路６４と折曲げ導線５８との間に圧力を作用させ、損失接続を低くする。ニードル６８、導電経路６４、折曲げ導線５８、及び複合導線７０を通じて、フォース導線７２、及びセンス導線７４まで信号経路が生ずる。
【００２８】
図２〜図４に示すプローブの実施例は摩擦電流を発生する構造を含まず、探測中に使用する正規の温度範囲で変形する材料を有しない。更に、使用中、損傷した場合、ブレード６０は容易に交換することができる。
【００２９】
本発明の好適な実施例は２個のケーブル１４、１６の組を具え、一方のケーブルはセンス導線を有し、他方のケーブルはフォース導線を有しているが、本発明は単一同軸ケーブル、又は３軸ケーブルを有するプローブホルダもその範囲内である。
上述の明細書中に採用した語、及び表現は記述のための語として使用しており、本発明を限定するものでない。また、そのような語や表現の使用は、図示及び記載した要旨に同等な要旨を除外するものでなく、本発明の範囲は特許請求の範囲に明確である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のプローブハウジング、及びケーブル形プローブ装置の断面図である。
【図２】本発明システムのプローブ装置、及びプローブコネクタを有するプローブハウジングの例示の実施例の斜視図である。
【図３】図１のプローブコネクタ内に掛合し得るようにした本発明システムのプローブ装置、及びプローブハウジングの断面図である。
【図４】図３のプローブコネクタ、及びプローブ装置の断面図である。
【符号の説明】
１０  プローブハウジング
１２  プローブチップ
１４、１６  同軸ケーブル
１８、２０  コネクタ
２２  フォース導線
２４  センス導線
２６  複合導線
２８  プローブコネクタ
３０  同軸プローブチップケーブル
３２  ガード導線
３４  信号導線
３６  テフロン絶縁体
５０  導電プローブハウジング
５２  プローブコネクタ
５４  挿入部、装入部材
５６  セラミック絶縁体
５８  導電湾曲コネクタ、折曲げ導線
５９  内部直立面
６０  ブレード、ブレード形プローブ
６２  誘電基材
６４  導電経路
６６  背面導電面
６８  ニードル
７０  複合導線
７２  フォース導線
７４  センス導線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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