JP2003215164A

JP2003215164A - 有弾性耐久型プローブ

Info

Publication number: JP2003215164A
Application number: JP2002002811A
Authority: JP
Inventors: 徳生 ▼デン▲; Tokusei Den; Koki Ri; 鴻淇李
Original assignee: KOKUBOBU ZHONGSHAN KAGAKU KENK; KOKUBOBU ZHONGSHAN KAGAKU KENKYUIN
Current assignee: KOKUBOBU ZHONGSHAN KAGAKU KENK; KOKUBOBU ZHONGSHAN KAGAKU KENKYUIN
Priority date: 2002-01-09
Filing date: 2002-01-09
Publication date: 2003-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】回路基板の凸凹や、乏しい周囲の平坦性の問
題を解決することのできる有弾性耐久型プローブを提供
する。【解決手段】オンウェハ信号を測定するための有弾性
耐久型プローブを設けた。ここで、このプローブを、金
属製のプローブ先端と、弾力性のある柔軟な複数の積層
された絶縁基板と、平坦な伝送機構と、固定端とを有す
るように構成した。上記平坦な伝送機構に上記プローブ
先端を接合した。上記平坦な伝送機構を上記弾力性のあ
る柔軟な複数の積層された絶縁基板に装着して、これに
より支持させ、さらに、上記固定端に接合した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プローブ一般に係
り、より具体的には、ウェハ上でのマイクロ波ならびに
高速の信号の測定に用いられる弾力に富む頑丈な有弾性
耐久型プローブに関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波ならびに高速信号の多方面の
応用は、プリント基板（PCB : printed circuit boar
d）以外にも、ハイブリッド回路やマルチチップモジュ
ール（MCM: multichip module）、そして集積回路（IC
: integrated circuit）に及んでいる。マイクロ波回
路および高速信号回路に関しては、最も正確で簡便な測
定方法のうちに、オンウェハ（on-wafer）測定がある。
正確な測定結果を得るには、優れたプローブが要求され
る。

【０００３】オンウェハ測定に用いられるプローブ技術
は、１９８９年９月に米国特許第 4697143 号明細書に
おいて開示されている。Larry R. Lockwoodらに付与さ
れたこの「ウェハプローブ」発明は、信号測定用のAl₂O
₃基板を用いて形成されたプローブである。測定された
信号は、基板上の伝送線を介して平坦−同軸ケーブル変
換器（planar-coaxial cable converter）に伝送され、
測定装置に出力される。米国特許第 4697143 号明細書
においては、マイクロ波プローブは、信号伝送のため
に、硬いAl₂O₃基板上に形成された、探査を行なう平坦
な構造を有している。こういった構造が、測定すべき対
象物を探針で調べるのに用いられる。プローブ先端の他
にも、信号は、Al₂O₃基板上の信号を伝える平坦な構造
沿いにプローブ先端を通って同軸型の伝送用の機構へと
伝送される。Al₂O₃から形成された信号伝送手段は、マ
イクロ波を伝送する優れた性能、ならびに伝送の際の低
い損失という特徴を備えている。しかしながら、支持基
板が硬い材料から形成されているので、測定の間の、プ
ローブと測定すべき対象物との間の押し下げ角度、なら
びにプローブに加えられる下向きの圧力には、厳しい条
件が課されている。このため、プローブ先端は、測定す
べき対象物に対して平行に保持されなければならない。
さらに、対象物に接触している間にプローブに損傷が加
わらないよう、或る制限された範囲内の圧力がプローブ
に加えられる。

【０００４】後に、１９９６年４月、Edward M. Godsha
lk によって、米国特許第 5506515号明細書に「高周波
プローブ先端アセンブリ」が開示された。このプローブ
先端は、平坦でない対象物を測定することができるよう
に、平坦な伝送機構を探針で調べるための鉤爪形状を有
している。平坦−同軸変換器（planar-coaxial convert
er）がプローブのちょうど後ろに隣接しており、これに
より、測定装置へ信号が出力されるようになっている。
米国特許第 5506515 号明細書においては、マイクロ波
プローブ先端は、鉤爪形状の金属からなる一端と、同軸
型の信号ケーブルとされた他端とを有している。支持す
る手段や、それによる弾力性が無く、マイクロ波プロー
ブの鉤爪形状の先端は、凸凹した平らでない表面を有す
る対象物を測定するために、限られた範囲内で上下に動
かすことができる。こうして、押し下げの角度や下向き
の圧力に関する問題は、部分的に解決される。しかしな
がら、対象物を探針で調べるための抑え込みの角度は、
プローブ先端の長さ及びピッチのパラメータによって、
依然として制限される。すなわち、先端が長くなればな
るほど、角度公差がそれだけ一層大きくなり、また、ピ
ッチが大きくなればなるほど、角度公差がそれだけ一層
小さくなる。

【０００５】また、１９９６年６月、Markku Jenu は、
Microwave & RF (Radio Frequency)magazine に「耐久
型MIC測定用プローブ」を発表した。プローブ先端、お
よび信号を伝送する平坦型の機構を支持する材料とし
て、柔軟な基板が設けられている。このような基板によ
って、測定すべき対象物によって、プローブに角度の違
い（抑え込みの角度、持ち上げの角度）を持たせること
ができるようになる。この文献中、（異なる誘電率を有
する）異なる材料からなるいくつかの基板が複合基板の
中に積層されており、その中で、より高い誘電率を有す
る層は、より硬く、信号を伝送する平坦型の機構のため
の電気絶縁体として用いられ、かつ、より低い誘電率を
有する他の層は、より柔軟であり、弾力性を付与しなが
ら支持するのに用いられている。プローブ先端と信号を
伝送する平坦型の機構とは、全てこの複合基板上にあ
る。全体の構造が弾性のある特徴を有しているので、測
定中、プローブは、弾力性を有し、かつ歪曲自在であ
る。対象物を測定するためのプローブ先端の抑え込み、
ならびに持ち上げの角度の公差は増加する。しかしなが
ら、複合基板上に形成されることから、プローブ先端を
別々に上下に動かすことができない。このため、プロー
ブを凸凹の表面を有する対象物に用いることができな
い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、弾力に富む
頑丈な有弾性耐久型プローブを提供する。柔軟で弾力性
のある高周波基板および片持ち支持された鉤爪形状のプ
ローブ先端を設けて、回路基板の平坦性の問題、および
平面性に欠ける周囲面に関する問題を解決する。これに
より、測定の精度および再現性を保証することができ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、オンウェハ信
号を測定するための弾力に富む頑丈な有弾性耐久型プロ
ーブを提供する。このプローブは、金属製のプローブ先
端と、弾力性を有する柔軟な複数の積層された絶縁基板
と、平坦な伝送機構と、固定端とを有している。上記プ
ローブ先端は、上記平坦伝送機構に接続されている。こ
の平坦伝送機構は、上記弾力性のある柔軟な複数の積層
された絶縁基板に装着されているとともに、これにより
支持され、さらに、上記固定端に接続されている。

【０００８】本発明の一実施形態において、上記金属製
のプローブ先端は、何らの手段によって支持されること
なくウェハ信号を探針で調べるのに用いられる。さら
に、この金属の先端は、或る限られた角度で軸周りに回
転することができ、かつ、持ち上げたり潜り込ませたり
することができる。

【０００９】本発明の他の実施形態において、上記固定
端は、上記プローブを支持し、かつ保持する。そして、
この固定端は、平坦型の伝送機構と同軸型の伝送機構と
を繋げるための、プローブの伝送機構変換器として用い
られる。

【００１０】本発明は、さらに、ウェハ上の信号を測定
するための有弾性耐久型プローブを提供する。このプロ
ーブは、プローブ先端と、平坦な伝送機構と、複数の積
層された絶縁物とを有している。上記プローブ先端は、
上記平坦な伝送機構に接合されている。上記複数の積層
された絶縁基板は、この平坦な伝送機構を支持してい
る。この複数の積層された絶縁物の中に、いくつかのデ
バイスが埋設可能とされている。これらのデバイスは、
複数積層型のマイクロ波回路、垂直な直立型コネクタ、
バイアス回路、あるいは、整合回路を備えている。

【００１１】本発明のさらなる実施形態において、上記
プローブ先端は、基板の信号を探針で調べるために媒介
物によっては支持されていない。加えて、上記金属製の
プローブ先端は、限られた角度で軸周りに回転自在とさ
れるとともに、潜りこみないし持ち上げ可能とされてい
る。

【００１２】本発明は、さらに、ウェハ上の信号を測定
するための有弾性耐久型プローブを提供する。このプロ
ーブは、プローブ先端と、コネクターと、複数の積層さ
れた絶縁物とを有している。上記コネクターは、プロー
ブからの信号を測定機器に接続するよう上記固定端に接
合されている。上記複数の積層された絶縁基板は、上記
平坦な伝送機構を支持している。この複数の積層された
絶縁物の中に、いくつかのデバイスが埋設可能とされて
いる。これらのデバイスは、複数積層型のマイクロ波回
路、垂直な直立型コネクタ、バイアス回路、あるいは、
整合回路を備えている。

【００１３】本発明のまだ他の実施形態において、上記
プローブ先端は、基板の信号を探針で調べるための手段
によって支持されていない。加えて、このプローブ先端
は、限られた角度で軸周りに回転自在とされるととも
に、潜りこみないし持ち上げ可能とされている。

【００１４】このように、本発明により提供されるプロ
ーブは、測定する対象物に形状が従うようにして湾曲可
能とされている。そして、このプローブによれば、高い
測定の繰り返し、操作の簡便性、及び耐久性とが得られ
るようにして、プローブ先端に圧力を加えることが可能
となる。

【００１５】上に述べた一般的な記述、ならびに、以下
に述べる詳細な記述はいずれも、代表的、かつ、説明に
役立たせるためだけのものであって、請求項に係る発明
を限定するものではない。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１に、有弾性耐久型プローブの
一実施形態が示されている。このプローブ１０は、オン
ウェハ信号を測定するのに用いられる。図１において、
このプローブ１０は、金属製のプローブ先端１０２と、
弾力性のある柔軟な複数の積層された絶縁基板１０４
と、平坦な伝送機構１０６と、固定端１０８とを備えて
いる。金属製のプローブ先端１０２は、片持ち支持さ
れ、空中に鉤爪形状を有している。ウェハの装着によっ
て何ら支持されることが無く、プローブ先端１０２は、
凸凹あるいは平らでない対象物を測定している間、上下
に動くことができ、かつ、或る限られた範囲内で回転す
ることができる。このようにして、この対象物を探針で
調べ、測定することができる。平坦な伝送機構１０６
は、金属製のプローブ先端１０２に接合され、弾力性の
ある柔軟な複数の積層された絶縁基板１０４に装着され
ている。固定端１０８は、プローブ１０を支持し、かつ
保持するようにして、弾力性のある柔軟な複数の積層さ
れた絶縁基板１０４および平坦な伝送機構１０６に接合
されており、さらに、平坦型の伝送機構と同軸型の伝送
機構とを接続するための、プローブの伝送機構変換器と
しての機能を果たしている。プローブ１０は、金属材料
および複数の積層された柔軟な絶縁材料から形成されて
いるため、固定端１０８から遠い側の一端、つまり、金
属製のプローブ先端１０２が、限られた角度１１０で回
転したり、潜り込んだり、さらに持ち上がったりする動
きが可能になる。

【００１７】図２は、本発明の有弾性耐久型プローブが
測定すべき対象物の形状に従って変形する様子を示して
いる。プローブ１０の弾力性によって、基板の信号、す
なわち例えばマイクロ波信号等を探針で調べる間、プロ
ーブ１０を湾曲させることが可能となり、また、金属製
のプローブ先端１０２に圧力を加えることが可能とな
る。所定の角度までの凸凹のある対象物なら測定が可能
となるため、プローブがこのように形状に合うように追
従することで、作業者に多大な簡便さが与えられる。

【００１８】同じ接触条件のもとであれば、プローブ１
０の弾力性により、許容範囲内のいかなる接触角度でも
圧力が同じになるが、これが、プローブ１０を用いる測
定に関して、再現性が得られる重要な要素なのである。
図３には、有弾性耐久型プローブを用いた場合の、測定
結果である接触の繰り返し対周波数のグラフが示されて
いる。図３における測定結果は、傾きの無い状態、任意
の正の傾き角度、任意の負の傾き角度のもとで得られる
ものである。周波数が２６．５ＧＨｚに達するときでさ
え、接触の再現性は−４０ｄＢである（誤差は、０．３
％で、これはマイクロ波の回路網を測定することに起因
するわずかな誤差である。）。

【００１９】図４は、有弾性耐久型プローブの他の実施
形態の構成を示している。図５は、この有弾性耐久型プ
ローブを断面視して示している。図５において、プロー
ブ５０は、プローブ先端５０２と、平坦な伝送機構５０
４と、複数の積層された絶縁物５０６とを有している。
プローブ先端５０２は、片持ち支持され、空中に鉤爪形
状を有している。プローブ先端５０２は、基板に装着す
ることによっては如何様にも支持されていないため、プ
ローブを上下に動かし、限られた範囲内でプローブを回
転させることで、凸凹、あるいは平らでない構造を有す
る対象物を測定することが可能になる。平坦な伝送機構
５０４は、プローブ先端５０２に接合され、コネクター
と取り替えることができる。複数の積層された絶縁物５
０６は、平坦な伝送機構５０４およびプローブ先端５０
２に接合されている。複数の積層された絶縁物５０６の
中には、デバイス５０８を埋設してもよい。このデバイ
ス５０８は、複数の積層されたマイクロ波回路、垂直な
コネクター、あるいは整合回路装置を備えている。本実
施形態において、プローブ５０は、バイアス回路網（bi
as network）が装着された、インピーダンスを予め整合
するタイプのプローブとして設けることができ、これに
より、系のインピーダンス整合がなされていない装置も
しくはモジュールを測定するようにできる。さらに、プ
ローブ５０は、混合型のプローブ（mixer type probe）
に組み入れることができ、これにより、基板上のハイブ
リッド・チップ（hybrid chip）、あるいはデバイス・
モジュール・ベクター回路網（device module vector n
etwork）を測定して解析することができる。

【００２０】以上見てきたように、有弾性耐久型プロー
ブは、回路基板の平坦性ならびに周囲の平面性によって
引き起こされる精度と再現性の問題といったような、従
来技術において生じていたいくつかの問題を解決するの
に用いることができる。加えて、本発明の有弾性耐久型
プローブは、マイクロ波ならびに高速信号の測定に特に
応用することができる。有弾性耐久型プローブの長所
は、以下のように結論付けることができる。１．プローブは、形状に追従させるように湾曲させるこ
とができる。２．プローブによりプローブ先端に圧力を加えることが
できる。３．測定の高い再現性を得る事ができる。４．操作の利便性に富む。５．頑丈で耐久性がある。

【００２１】本発明の他の実施形態は、この明細書に開
示された仕様と実例とから、当業者には自明であろう。
ここでは、請求項から導かれる発明の観点と思想を有す
るものとして、単に代表的な一例として考えられる仕様
及び実例を意図したものにすぎない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による有弾性耐久型プローブの一実施
形態を示す図である。

【図２】本発明の一実施形態における有弾性耐久型プ
ローブが形状に追従している様子を示す図である。

【図３】本発明による有弾性耐久型プローブを用いた
測定結果を接触の繰り返し対周波数のグラフで示す図で
ある。

【図４】本発明の有弾性耐久型プローブの他の実施形
態を示す図である。

【図５】他の実施形態における有弾性耐久型プローブ
を断面視して示す図である。

【符号の説明】

１０，５０・・・プローブ１０２，５０２・・・プローブ先端１０４・・・絶縁基板１０６，５０４・・・伝送機構１０８・・・固定端５０６・・・絶縁物５０８・・・デバイス

フロントページの続きＦターム(参考） 2G003 AA10 AG04 AG12 AH04 AH05 AH07 2G011 AA00 AB06 AB08 AC14 AC31 AE03 AF07 4M106 AA01 BA01 DD03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属製のプローブ先端と、前記金属製のプローブ先端に接合された、弾力性のある
柔軟な複数の積層された絶縁基板と、前記金属製のプローブと前記弾力性のある柔軟な複数の
積層された絶縁基板とに接合された、平坦な伝送機構
と、前記弾力性のある柔軟な複数の積層された絶縁基板と前
記平坦な伝送機構とに接合された固定端とを備えてな
る、オンウェハ信号を測定するための有弾性耐久型プロ
ーブ。
【請求項２】プローブ先端と、前記プローブ先端に接合された平坦な伝送機構と、前記平坦な伝送機構と前記プローブ先端とに接合され、
内部にデバイスが埋設可能とされた、複数の積層された
絶縁物とを備えてなる、オンウェハ信号を測定するため
の有弾性耐久型プローブ。
【請求項３】プローブ先端と、前記プローブ先端に接合されたコネクターと、平坦な伝送機構と前記プローブ先端とに接合され、内部
にデバイスが埋設可能とされた、複数の積層された絶縁
物とを備えてなる、オンウェハ信号を測定するための有
弾性耐久型プローブ。