(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの測定チャネル（１８，２０，２２，２４）と、少なくとも１つの測定チャネル（１８，２０，２２，２４）に電気的に接続され、電子回路内の電気測定対象物（４０，４２，４４，４６，４８）の電気信号線（５０）に非接触または接触接続するように設計された少なくとも１の測定プローブ（２８）とを有する測定装置（１０）を有する、基板（３８）上の電気測定対象物（４０，４２，４４，４６，４８）の散乱パラメータを決定する測定システムに関する。本発明によれば、第１の位置決め装置（３０）は、少なくとも１つの測定プローブ（２８）を備え、少なくとも１つのセンサ（３４）は、少なくとも１つの測定プローブ（２８）の位置を検出し、位置信号を出力する。
2012506030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの測定チャネル（１８，２０，２２，２４）と、前記少なくとも１つの測定チャネル（１８，２０，２２，２４）に接続され、電子回路内の前記被試験電気デバイス（４０，４２，４４，４６，４８）に属する電気信号ガイド（５０）と物理的接触、または物理的接触なしに接触するように設計された少なくとも１つの測定プローブ（２８）とを有する測定装置（１０）を有し、
少なくとも１つの前記測定プローブ（２８）用の第１の位置決め機構（３０）を備え、
少なくとも１つの前記測定プローブ（２８）の位置を検出し、位置信号を出力する少なくとも１つのセンサ（３４）を備え、
前記第１の位置決め機構が電動式駆動機構を有する、基板（３８）上の被試験電気デバイス（４０，４２，４４，４６，４８）の散乱パラメータを決定する測定システムにおいて、
前記センサ（３４）から位置信号を受け取るために前記センサ（３４）に接続されるとともに、前記センサ（３４）によって位置が検出された前記測定プローブ（２８）が前記被試験電気デバイス（４０，４２，４４，４６，４８）に対して空間内での所定の位置に位置するように、少なくとも１つの前記第１の位置決め機構（３０）を駆動するように設計された少なくとも１つの第１の制御ユニット（３２）を備え、
電動式手段によって駆動され、前記基板（３８）を機械的に収容するように設計された少なくとも１つの第２の位置決め機構（７２）を備え、
前記第２の位置決め機構（７２）を駆動する少なくとも１つの第２の制御ユニットを備え、
少なくとも１つの前記センサ（３４）から、少なくとも１つの前記前記第２の制御ユニットに位置データを送るデータ経路を備え、
前記第１の制御ユニット及び前記第２の制御ユニットが単一の制御ユニット（３２）として一体化され、
少なくとも１つの前記センサ（３４）は、前記電子回路または前記基板（３８）上の位置マークに対する前記測定プローブ（２８）の位置を検出し、その趣旨の位置信号を前記少なくとも１つの前記第１の制御ユニット（３２）に出力し、
前記測定装置（１０）と少なくとも１つの制御ユニット（３２）との間でデータを送るデータ伝送経路（３６）を備えたことを特徴とする測定システム。
【請求項２】
先行する請求項のいずれか１つに記載の測定システムにおいて、
少なくとも１つの前記センサ（３４）が、光学センサ、電気光学センサ、電気センサ、音響センサ、赤外線センサ、静電気センサおよび／または磁気センサからなることを特徴とする測定システム。
【請求項３】
先行する請求項のいずれか１項に記載の測定システムにおいて、
前記測定装置（１０）は、改良型ベクトル・ネットワーク・アナライザであり、
前記測定チャネル（１８，２０，２２，２４）が、接続線によって前記測定プローブに直接接続されることを特徴とする測定システム。
【請求項４】
先行する請求項のいずれか１項に記載の測定システムにおいて、
前記測定プローブ（２８）が、容量的かつ／または誘導的に結合するプローブまたはループ・プローブの形態からなることを特徴とする測定システム。
【請求項５】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の測定システムにおいて、
前記被試験電気デバイスは、前記基板（３８）上に形成された電子回路に埋め込まれ、電気的に接続された１つ以上の電子構成要素を含む被試験電気デバイス（ＤＵＴ）（４０，４２，４４，４６，４８）であることを特徴とする測定システム。
【請求項６】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の測定システムにおいて、
前記被試験電気デバイスは、較正標準であることを特徴とする測定システム。
【請求項７】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の測定システムにおいて、
少なくとも１つの前記センサ（３４）が、少なくとも１つの前記測定プローブ（２８）に機械的に固定されることを特徴とする測定システム。
【請求項８】
先行する請求項の少なくとも１項に記載の測定システムにおいて、
前記センサ（３４）は、前記基板（３８）と独立に空間内で移動できるように配置されることを特徴とする測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに定義されたような、少なくとも１つの測定チャネルと、少なくとも１つの測定チャネルに電気的に接続されかつ電子回路内の被試験電気デバイスに属する電気信号ガイドと物理的接触、または物理的接触なしに接触するように設計された少なくとも１つの測定プローブとを有する測定装置を有する、基板上の被試験電気デバイスの散乱パラメータを決定する測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、複数の分岐回路で構成された複雑な平面マイクロ波回路の開発では、各分岐回路または必要に応じて、個々の電子構成要素の散乱パラメータを個別に決定することが有効である。このようにして、種々の分岐回路または電子構成要素の性能を個々に分析し確認することができる。回路に埋め込まれた被試験電気デバイス（ＤＵＴ）の散乱パラメータの決定は、改良されたベクトル・ネットワーク・アナライザ（ＶＮＡ）によって行われる。非接触ベクトル・ネットワーク・アナライザの測定精度は、主に、測定プローブを位置決めすることができる繰り返し精度に依存する。自動オンウェハ・プローブと電動式プローブ・ヘッドを使用することによって、測定用の平面基板に対する非接触プローブの位置、具体的にはプローブからの距離を設定することができる。
【０００３】
埋め込まれたＤＵＴを特徴づけることを可能にするために、非接触プローブまたはＤＵＴは、所定位置に移動させる必要がある。これが行われるとき、測定がすべてのＤＵＴまたは較正標準で行われているときに、プローブはＤＵＴまたは較正標準への供給線に対して同じ位置（ｘ、ｙおよびｚ方向において）であることを想定する必要がある。測定用の平面基板の凹凸や結合プローブの斜めの位置決めなどによって、プローブを確実に繰り返し可能に位置決めするのは難しい。測定精度は、位置決め精度に依存する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の基礎となる目的は、測定精度と測定プロセスの結果の繰り返し精度に関して、前述の種類の測定システムを改善することである。
【０００５】
この目的は、本発明により、請求項１の特徴節に示された特徴を有する前述の種類の測定システムによって達成される。本発明の有利な実施形態は、他の請求項に示される。
【０００６】
前述の種類の測定システムでは、本発明により、少なくとも１つの測定プローブ用に第１の位置決め機構が提供され、少なくとも１つの測定プローブの位置を検出し位置信号を出す少なくとも１つのセンサが提供される。
【０００７】
これは、被試験電気デバイスに対する測定プローブの正確で繰り返し可能な位置決めが達成され、それにより、散乱パラメータの測定、または換言すると、ベクトル・ネットワーク分析の測定精度が向上するという利点を有していた。
【０００８】
好ましい実施形態では、前記センサから位置信号を受け取るために前記センサに接続されるとともに、前記センサによって位置が検出された前記測定プローブが前記被試験電気デバイスに対して空間内での所定の位置に位置するように、少なくとも１つの前記第１の位置決め機構を駆動するように設計された少なくとも１つの第１の制御ユニットを備えている。
【０００９】
第１の位置決め機構は、手動式または電動駆動を有すると有効である。
【００１０】
好ましい実施形態では、少なくとも１つのセンサは、光学センサ、電気光学センサ、電気センサ、音響センサ、赤外線センサ、静電気センサおよび／または磁気センサである。
【００１１】
測定装置は、測定プローブがレシーバに直接、または測定チャネルに接続線を介して電気的に接続された改良型ベクトル・ネットワーク・アナライザであると有効である。
【００１２】
測定プローブは、例えば、容量的および／または誘導的に結合するプローブまたはループ・プローブの形態からなる。
【００１３】
測定システム内で電子回路を更に正確に位置決めするために、手動式または電動式手段によって駆動され、かつ電子回路を機械的に収容するように設計された少なくとも１つの第２の位置決め機構を備える。
【００１４】
第２の位置決め機構を駆動するための少なくとも１つの制御ユニットを備えていると有効であり、少なくとも１つのセンサから少なくとも１つの第２の制御ユニットに位置データを送る選択肢として、少なくとも１つのデータ経路または少なくとも１つのデータ線を備える。第１と第２の制御ユニットは、例えば、単一の制御ユニットに一体化される。
【００１５】
好ましい実施形態では、少なくとも１つのセンサが、空間内の測定プローブの絶対位置および／または被試験電気デバイスに対する測定プローブの位置および／または電子回路上の位置マークに対する測定プローブの位置および／または被試験電気デバイスと電子回路の残りの部分と間の信号線に対する測定プローブの位置を検出し、その趣旨の位置信号を少なくとも１つの第１の制御ユニットに出力する。
【００１６】
測定装置と少なくとも１つの制御ユニットとの間でデータを伝送するためのデータ伝送経路を備えることで、制御ユニットは、さらに、測定装置から関連測定プローブを位置決めするためのデータを受け取り、測定装置は、測定プローブが正確に位置決めされたかどうかに関する情報を受け取り、これにより、測定を始めることができるか、測定値を位置データの関数として評価することが可能になる。
【００１７】
被試験電気デバイスは、較正標準であるか、または基板上に形成された電子回路に埋め込まれ、かつ電気的に接続された１つ以上の電子構成要素を含む被試験電気デバイス（ＤＵＴ）である。
【００１８】
少なくとも１つのセンサが、少なくとも１つの測定プローブに機械的に固定されることが有効である。
【００１９】
例えば１つのセンサを複数の測定プローブに使用できるようにするために、センサは、基板と独立に空間内で移動できるように構成される。
【００２０】
好ましい実施形態では、基板上にマークが設けられ、センサは、このマークに対する位置を検出するように設計される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による測定システムの好ましい実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、図面を参照することにより以下に詳細に説明される。
単一の図に例として示された本発明による測定システムの好ましい実施形態は、ジェネレータ１２、インピーダンスＺｇ１４、スイッチ１６、測定チャネル１８、２０、２２および２４、ならびにコンピュータ２６を有する改良型ベクトル・ネットワーク・アナライザ１０から構成される。従来のＶＮＡと異なり、改良型ＶＮＡでは、測定チャネル１８，２０，２２，２４が、２つの測定プローブ２８に直接電気的に接続される。各測定プローブ２８は、ＸＹＺモータの形態で第１の位置決め機構３０上に配置され、すなわち第１の位置決め機構３０は、所定の測定プローブ２８を空間内に、かつ三次元で位置決めするように設計される。第１の位置決め機構３０は、測定プローブ２８を適切に位置決めするように第１の位置決め機構３０を駆動する共用制御ユニット３２に接続される。制御ユニット３２に接続された２つの位置測定センサ３４も提供される。センサ３４は、測定プローブ２８のそれぞれに接続され、空間内の測定プローブ２８の位置を検出するために使用される。測定プローブは、所定の測定プローブの位置を示すこの趣旨の位置信号を制御ユニット３２に出力する。制御ユニット３２は、測定プローブ２８が空間内で所定の位置に正確に位置決めされるように、第１の位置決め機構３０をセンサ３４からのこれら位置信号の関数として駆動する。一方が改良型ベクトル・ネットワーク・アナライザ１０、より正確に言えばその中に配置されたコンピュータ２６に接続され、他方が制御ユニット３２に接続されたデータ線３６が、改良型ベクトル・ネットワーク・アナライザ１０と制御ユニット３２の間のデータ交換に使用される。
【００２３】
基板３８上には、複数の被試験（予定）電気デバイス４０，４２，４４，４６，４８が埋め込まれた電子回路が形成される。これらの被試験（予定）電気デバイス４０，４２，４４，４６，４８は、所定のそれぞれの時間に、改良型ベクトル・ネットワーク・アナライザ１０によって決定される散乱パラメータを有する被測定デバイス（ＤＵＴ）を構成する。被試験（予定）電気デバイス４０，４２，４４，４６，４８は、それぞれの信号ガイド５０によって接続される。被試験（予定）電気デバイス４０，４２，４４，４６，４８と信号ガイド５０を有する電子回路は、例えば基板３８上の平面回路の形態からなる。ＤＵＴ４４の散乱パラメータを測定できるようにするために、測定プローブ２８が、ＤＵＴ４４の両側の信号ガイド５０の近場に配置され、ＤＵＴ４４は、信号ガイド５０によって電子回路の残りの部分に接続される。ジェネレータ１２は、インピーダンス１４、スイッチ１６、それぞれの導波路５２および信号ガイド５０への移行機構５４によって電子回路に接続され、適切な試験信号を電子回路に送る。
【００２４】
参照数字５６は基準面を示し、５８は基板３８上の第１の位置を示し、６０は基板３８上の第２の位置を示し、６２は基板３８上の第３の位置を示し、６４は基板３８上の第４の位置を示し、６６は基板３８上の第５の位置を示し、６８は基板３８上の第６の位置を示す。ＤＵＴ４４の散乱パラメータの決定を可能にするために、測定プローブ２８は、第３の位置６２と第４の位置６４に配置される。例えばＤＵＴ４０の散乱パラメータの測定を可能にするために、２つの非接触測定プローブ２８が、第１の位置５８と第２の位置６０まで移動されなければならない。
【００２５】
センサ３４は、信号ガイド５０に対する測定プローブ２８の位置を検出する。例えば、この目的のために基板３８上に位置マークが形成される。センサ３４からの関連位置信号が、信号ガイド５０の近場領域内の所望位置からのずれを示す場合、制御ユニット３２は、位置決め機構３０を互いに独立に駆動して、両方の測定プローブ２８がＤＵＴ４４の信号ガイド５０の近場内の所望位置に正確に配置されるようにする。センサ３４と制御ユニット３２による測定プローブ２８のこの制御された位置決めまたは調整により、同一構造の複数の基板３８上でも、繰り返し可能な正確さで当該の位置に誘導することができる。代替または追加として、基板３８は、非接触測定システムを較正するために、それぞれの信号ガイドを有する較正標準を既知の方式で備えてもよい。その場合、測定プローブは、関係する任意の較正標準の信号ガイドの近場で、繰り返し可能な正確さで誘導することができる所定の位置に位置決めされる。
【００２６】
基板３８は、さらに、ＸＹＺモータの形態からなる第２の位置決め機構７２によって位置決めされた位置決めテーブル７０上、すなわち空間内の三次元で位置決めされた位置決めテーブル７０上に配置される。第２の位置決め機構７２は、制御ユニット３２に接続され、制御ユニット３２は、第２の位置決め機構７２をやはりセンサ３４からの位置信号の関数として駆動し、これにより位置決めテーブル７０上にある基板３８のスペース内の位置を調整し、その結果、測定プローブ２８の所望の位置とセンサ３４によって検出された実際の位置の差が最小になり、すなわち、信号ガイド５０に対して測定プローブ２８の望ましい位置が得られる。
【００２７】
センサ３４は、関連測定プローブ２８の位置またはその位置のずれの検出を可能にするために、例えば機械的、電気的、光学的（例えば、レーザによって）、電気光学的、音響的、赤外線手段などによって動作する。その際に、センサは、制御ユニット３２に、完全な位置を送信するか、所定の位置に達したことだけを報告する。制御ユニット３２によってではなく、センサが、音声信号、表示などによって位置情報の要素をユーザに通信してもよい。プローブの位置の再調整は、制御ユニット３２によって、位置の変化後に手動または完全自動で行なわれる。
【００２８】
例として示された非接触測定システムは、少なくとも１つの測定チャネル１８，２０，２２，２４と、少なくとも１つのジェネレータ１２と、少なくとも１つの測定プローブ２８とから構成され、少なくとも１つの測定プローブ２８の空間内の位置は、三次元内で動作する少なくとも１つの位置決め機構３０によって、ＤＵＴ４４または較正標準に接続された少なくとも１つの供給線５０に対して整列され、位置決め機構３０は、測定用基板３８または較正基板の三次元位置および／または測定プローブの三次元位置を互いに独立に変更または設定する。少なくとも１つの測定プローブ２８は、信号経路を介して、測定値を検出するために少なくとも１つの測定チャネル１８，２０，２２，２４に接続される。信号経路は、一例を挙げると、例えば増幅器、バイアス、導波管を含む。測定プローブ２８は、好ましくは非接触測定プローブ２８の形態からなり、非接触測定プローブ２８は、純粋に誘導性若しくは容量性のプローブ２８またはこの２つの組み合わせである。あるいは、測定プローブ２８は、例えばオンウェハ・プローブなどの接触プローブ２８の形態からなり、これは、較正標準の供給線または、結合構造に位置するＤＵＴの供給線により較正基板または測定用基板３８と電気接触する。接触プローブ２８は、ＤＵＴの供給線５０と直接接触する。
【００２９】
ジェネレータからの信号は、切換スイッチ１６を介して導波路に供給される。導波路は、例えばオンウェハ・プローブ、ＰＣＢプローブまたは同軸平面移行機構のような導波路移行機構５４を介して、平面較正基板または測定用基板３８に電気的に接続される。切換スイッチ１６を使用することによって、信号エネルギーを較正基板または測定用基板３８上の様々な箇所に送ることができる。既知の較正標準または一部が既知の較正標準が上にある較正基板と、例えばＴＲＬ（スルーリフレクトライン）などの従来の較正方法とによって、測定ユニットを較正することができ、すなわち測定誤差を修正することができる。複素数値である測定値は、非接触測定プローブ２８によって較正標準またはＤＵＴ４４の供給線５０から取り出され、導波路によって被試験デバイスの１ポート当たり少なくとも１つの測定チャネル１８，２０，２２，２４に送られる。測定チャネル１８，２０，２２，２４は、複素測定信号を受け取りデジタル化する受信器である。次に、測定値の分析が、改良型ベクトル・ネットワーク・アナライザ（ＶＮＡ）１０、または内部または外部ＰＣ２６で行われる。これは、埋め込まれた被試験デバイスを正確に特性決定できるという利点を有する。測定チャネルは、例えば、ベクトル的である。ベクトル的とは、複素測定信号を検出できることを意味する。しかしながら、これらは同様に非ベクトル的でもよく、すなわち測定された測定信号の大きさ、若しくは位相または実数部若しくは虚数部だけでもよい。測定ポート当たり、例えば、２つのベクトル測定チャネル（２測定点ＶＮＡ）または４つの実数部測定チャネル（パワー検波器、６ポート反射率計）が使用される。
【００３０】
非接触測定プローブ２８は、例えば、複数の個別の非接触測定プローブから構成される。ＤＵＴ４０，４２，４４，４６，４８が、複数の導波路５０（供給線）に接続されてもよく、少なくとも１つの測定プローブ２８が、各供給線５０の近場に位置決めされる。所定の供給線５０に対するそれぞれ個々の測定プローブ２８の位置は、位置決め機構によって繰り返し可能に設定することができる。位置の設定は、測定プローブ２８または測定用基板３８の制御ユニット３２によって行なわれる。
【００３１】
再調整は、手動または自動化手段によって行なわれる。複数のプローブ２８を使用する場合は、特に、すべてのプローブ２８の位置を互いに独立に再調整することが有利である。三次元の再調整は、例えば、センサ３４を利用した自動化手段によって行なわれる。この場合、電気的センサ、機械的センサ、光学的センサまたは他のセンサ３４が使用される。任意選択として、更に、測定用基板上に位置検出のための補助構造があってもよい。センサ３４によって出力される信号は、制御ユニット３２によって分析され、位置決め機構３０用の制御信号に変換される。
【００３２】
センサ３４は、例えば、非接触プローブ２８の一部分かまたは非接触プローブ２８から独立している。センサの例は、顕微鏡、レーザ式距離センサ、弾性突合せ接点などである。
【００３３】
あるいは、測定プローブ２８の位置の再調整は、複数の位置における繰り返し測定とその分析によって行われ、このために所定の分析アルゴリズムが使用される。自動再調整には、制御ユニット３２が使用されることが好ましい。手動再調整、すなわちユーザの手による位置の再調整は、制御ユニット３２は不要である。測定誤差を減少させるには、Ｎ個のポートを有する被試験デバイスの特性決定を可能にするためにＮ個全てのプローブの位置をそれぞれのＤＵＴ４０，４２，４４，４６，４８の供給線５０に対して互いに独立に制御することが適切なので、Ｎ個の独立した制御ユニット３２が提供されることが好ましい。例えば、Ｎ−１個の制御ユニットがＮ−１個のプローブ２８に接続され、１つの制御ユニットが、位置決めテーブル７０に接続される。
【００３４】
一実施形態では、センサ（例えば、カメラ）によって検出、処理される位置マークが、較正基板または測定用基板３８上にある。非接触プローブ２８の位置は、位置マークに対して所望の位置に達するまで再調整される。
【００３５】
移行機構５４（例えば、オンウェハ・プローブなど）は、ジェネレータ１２の導波路から較正基板または測定用基板３８の導波路５０への移行を行う。移行機構５４の位置は、例えば、制御ユニットで自動または手動で設定される。任意選択として、これらの移行機構５４は、接触測定プローブの形態からなり、少なくとも１つのセンサ３４は、やはり少なくとも１つの移行機構５４の位置を検出し、また少なくとも１つの位置決め機構は、基板３８に対して移行機構５４を位置決めし、かつ／または少なくとも１つの移行機構５４に対して基板３８を位置決めする。
【図１】
2012506030.tif 000003
【国際調査報告】
2012506030.tif 000004
2012506030.tif 000005
2012506030.tif 000006
2012506030.tif 000007