JP2006505961A - 低ノイズ特性のプローブステーション - Google Patents

Abstract

ケーブルは、内側導体、内側誘電体、及び保護導体を含み、ここで内側誘電体が内側導体と保護導体との間に設けられる。ケーブルは、また、外側誘電体とシールド導体とを含み、ここで外側誘電体は保護導体と外側導体との間に設けられる。ケーブルは、さらに、外側誘電体とシールド導体との間の摩擦電流生成を、外側誘電体とシールド導体とを直接接合させた場合に起こるであろうものよりも小さいものに減少させるのに適した組成を持つ、外側誘電体とシールド導体との間に設けられている、追加物質層を含む。

Description

本発明は、ウェハ上の集積装置などのようなテスト用装置を検査（プローブ）するために使われるプローブステーションに関し、特に、超微弱電流の用途に適したプローブステーションに関するものである。

プローブステーションは、シリコンウェハなどの電気装置の特徴を測定するために設計されている。プローブステーションは、典型的には、チャック上に置かれた膜の上の針またはコンタクト（接点）によって調査されている間、この電気装置を支持するチャックを含む。電気装置を精査（プローブ）するために制御された環境を提供するために、温度、湿度などが、テストする間に事前に決定された範囲内で保持されることができるように、現在のプローブステーションの多くは環境ケース（格納室）によってチャックを取り囲む。環境ケースは、測定に影響を及ぼしえるような偽の気流から保護し、周囲にある条件以外で電気装置の熱的なテストを容易にする。環境ケースの中の環境条件は、熱の伝導を通して、テストされている電気装置を熱するか、冷えさせるかであるが、通常はチャックの下に置かれている温度素子だけでなく乾燥空気の換気装置によって主としてコントロールされる。

外部の電磁気のソースからの電気的なノイズが、電気装置の特性の正確な測定を妨げるような場合、低ノイズ、或いは、電流をテストしているときにしばしば必須であるが、電気的に静的な環境を提供するために、多くのプローブステーションは、環境ケースの中またはまわりに、保護および電磁干渉(EMI)シールド構造が組み込まれている。保護および電磁干渉(EMI)シールド構造は、周知であり、技術的な文献でよく議論されている。例えば、ウィリアムクネア(William Knauer)による「低電流/低電圧のパラメータテストのためのフィックスチューニング」（評価エンジニアリング、1990年11月、ページ150-153）を参照されたい。

EMIシールド構造と合体しているプローブステーションは、通常、テスト信号に密接に近接する保護（ガード）信号によって少なくとも部分的にテスト信号を取り囲むものであり、従って、そのすぐ周辺の環境へのテスト信号経路（パス）からの電磁気電流の漏洩を防止する。同様に、EMIシールド構造は、シールド電位（shield potential）をプローブステーションの周辺の多くを取り囲んでいる環境ケースに相互接続するものを含むこともできる。環境ケースは、一般に、接地電位、装置電位、または他の所望される電位と接続されている。

上述したようなタイプのシステムのための保護およびシールドをもたらすために、既存のプローブステーションは、テストされる時に電気装置が載っているような、多段式（複数ステージ）のチャックを含むかもしれない。電気装置を支持するチャックの一番上のステージは、典型的には、そこがテスト信号の経路となり得る、固体の導電性金属プレートから成っている。中間のステージとチャックの底のステージは、同様に、ガード信号とシールド信号のそれぞれ経路となり得る、固体の導電性プレートから成っている。このような形式で、このような多段式のチャックに載っている電気装置は下から保護し、シールドすることができる。

図１は、既存のプローブステーションの全体的な図を示す。プローブステーション10は、チャック12上に位置するプラテン18によって支持されているプローブ装置16によって検査されるべき電気装置14を支持するチャック12を含む。チャックは、固定され、および／または、堅く固定された状態で、桶型ケース20と相互接続される。ケース20は、伝導性とすることができ、保護信号、シールド（遮蔽）信号、グラウンド信号、或いは、フローティング（floating）と電気的に接続される。桶型ケース20は、少なくとも部分的に、チャック12とそれゆえ電気装置14を取り囲む。

シリコンウェハの上に含まれている複数の電気装置は、ケース20とチャック12のコンビネーションを横に移動することによってテストするためにプローブ装置16下で連続して置くことができる。典型的には桶型ケース20下に置かれるポジショナー22は、チャック12の垂直、横、および／または角度の調整を提供することができる。チャック12が桶型ケース20に対しては横に動かないため、桶型ケース20のサイズは密接にチャックを取り囲むことができ、チャックのすぐそばを取り囲んでいる環境の効率的なコントロールを容易にする。

図２は、別のプローブステーション11の全体的な図を示す。図２を参照すると、図１と共通の数字は同様な機能を実行する同様な要素を表すものであり、プローブステーション11は、プラテン18中の開口を通して延在するプローブ装置16によって検査されるべき、電気装置14を支持するチャック12を含む。桶型ケース20でチャック12を囲むのみならず、ポジショナー22によって横に移動されるために、外部シールドボックス24はチャック12のために十分なスペースを提供する。チャック12が自由に外部シールドボックス24中で動くかもしれないので、保護電位に電気的に相互接続されている吊り下げ部材26は、チャック12上ですぐに位置させることができる。プローブ装置16が、電気装置14を検査するために保護部材26を通して延在することができるように、吊り下げ保護部材26は、プラテン18によって規定される開口に位置合わせされている開口を規定する。プローブ装置16に与えられるテスト信号に実質的に同一の保護信号に接続している時に、吊り下げ保護部材26は、低ノイズのテストのために追加のガードを提供する。そのような設計は、EP0505981B1で提示されるが、参照によってこれを本明細書に合体させるものとする。さらに、1つのプローブステーションのために互いから絶縁された複数のボックスは、内側のボックスを装置電位と接続し、外側の外部ボックスでアースと接続する状態で、ノイズを減らすために使われている。

実質的に閉まった環境を提供するために、外部シールドボックス24は、シールドボックス24の下側の周辺の部分を規定するスライディングプレートアセンブリ28を含む。スライディングプレートアセンブリ28は、幾つかのオーバーラッププレート部材を含む。各プレートメンバーは、そこを通ってポジショナー22が拡張することができる中央開口30を規定する。それぞれの連続するより高いプレートメンバーは、サイズにおいてより小さく、また、ポジショナー22が拡張するより小さい開口30を規定する。図２に示すように、スライディングプレートアセンブリ28は、シールドボックス24のために実質的に閉まった下側の周辺を維持しながら、ポジショナー22とそれゆえチャック12の横方向への動きを許すために含まれる。

プローブステーションのテスト下の装置（即ちテスト用装置）を検査するためのプローブカードは、典型的には、ベースとして誘電体のボードを含む。例えば、細い伝導性の針を含むかもしれないこれらの装置の検査素子（プローブ素子(probing elements)）が、テスト用装置のコンタクトサイト（接触場所）を調べることに適したパターンの開口の下で終了するように、複数のプローブ装置は、ボードの開口に対して放射状の配置で装着される。プローブ装置は、複数の相互接続線によってテスト機器の各チャネルに個別に接続されており、ここで、対応するプローブ装置と誘電体ボードの外側端部との間に延在する各ラインの一部は、相互接続ケーブル、即ち、ボード上に直接形成された導電性トレースパターンを含むものである。テスト用装置が半導体ウェハ上に形成されている集積回路であるような従来タイプの構成である場合には、プローブカードはウェハ上のテストヘッド或いは支持リグによって装着され、その上にある各装置が、プローブカードの検査素子（probing elements）、即ち、針と連続的に接触するに到るように、ウェハの下にある支持体がウェハを移動させる。

超微弱電流(ultra-low current)の測定（フェムトアンペア(femtoamp)領域、或いはそれよりも低い領域まで至る）での使用に特別に適合させたプローブカードの場合には、プローブカードの設計者は、漏洩電流を取り除くか、或いは少なくとも漏洩電流の影響を減らすための技術を開発することに留意してきたが、この漏洩電流は、個々のケーブルまたはチャネルの中で測定された電流をゆがめるようにそれを取り囲むケーブルまたはチャネルから個々のケーブルまたはチャネルに流入することがあり得るような望まれない電流である。２つの離間させた導体の間に所定の電位差がある場合には、それらの間で流れるであろう漏洩電流の値は、それら導体を分離する絶縁体の体積抵抗率によって変わるものであり、即ち、相対的に低い抵抗絶縁体が使われるならば、これは相対的により高い漏洩電流を結果として生じるであろう。従って、ゴム、及び、ガラスエポキシ材料が、相対的に、大きな漏洩電流が流れ得る低い抵抗絶縁体であると知られているので、低電流プローブカードの設計者は、通常はガラスエポキシボード上ではゴムで絶縁されたシングルコアワイヤの使用を避けるであろう。

相互チャネル漏洩電流を抑制するために使われている1つの技術は円筒形の「保護（ガード）」導体によって各引込み線の内側コアを取り囲むことであり、この保護導体は、テスト機器の出力チャネルのフィードバック回路によって、内側のコアとほぼ同じ電位に維持される。外側保護導体と内側導体コアの電圧電位が、実質的に互いに追跡、即ち監視しあっているため、内側誘電体が低いか、高い抵抗率材料で作られるかどうかを問わず、これらの導体を分離する内側誘電体を通って、無視してよいほどの漏洩電流しか流れないであろう。漏洩電流がそれぞれのケーブルの保護導体の間でまだ流れることができるが、これらの保護導体が、接地する低いインピーダンスパスと接続されるので、これは一般に問題とはならない。この保護技術を使うことによって、一定のプローブカード設計における低レベル電流測定能力においてかなりの改善を実現することができる。

さらに低電流測定能力を改善するために、プローブカードは、検査針または他の素子を装着する個々のプローブ装置の間で漏洩電流を最小化するように構成されている。これらの装置について、より高い抵抗絶縁体は、より低い抵抗材料に置換されていて、追加導体の表面は、それに関する保護機能を実施するために、各装置のために構成されている。例えば、あるタイプのアセンブリ（組み立て物）では、各プローブ装置は、セラミック材料の薄いブレードを使って組み立てられ、このセラミック材料は相対的に高い体積抵抗率を持つと知られている材料である。細長い導体のトレース即ち線(trace)は、信号線を成形するためにブレードの一面の上に設けられ、裏面の導体表面が、保護目的のためにブレードのもう１つの面に設けられる。この装置の検査素子は、タングステンなどでできた細長い導体の針によって形成され、この針は信号線から離れたところでカンチレバーの形式で延在する。そのような装置は、例えば、アリゾナ州テンペにあるセルプローブ（Cerprobe）社などから市販されている。プローブカードの組み立ての間に、テスト用装置を調べることに適したパターンで開口の範囲内に針が終了する、即ち止まるように、セラミックブレードはカードの開口に対して放射状の配置にて端部で装着（マウント）される。各ブレードの上のバックプレーン（裏面）導体は、対応するケーブルの保護導体に接続され、そして、プローブカードの開口に隣接する対応する導体パッド、即ち、「ランド(land)」にも接続される。このようにして、各導体パスは、ブレードの反対側にあるバックプレーン導体によって、そしてそれの下の導体ランドによって保護される。

しかしながら、まさに上述したタイプの保護ケーブルとセラミックのプローブ装置とを用いた場合でさえ、望まれていないバックグラウンド電流のレベルは、いまだに、フェムトアンペアまで或いはそれ以下までの電流を監視することができるような、市販されているテスト機器の最新世代の能力と合致するまでには十分に減らされていない。

プローブカードの最新世代では、プローブカードで低い抵抗漏洩経路（パス）を体系的に取り除くこと、および、信号経路に沿って導体を取り囲むために、大規模かつ精巧なガード構造を設計することにその努力が向けられている。例えば、ある新しい設計では、ガラスエポキシ樹脂のメインボード全体がセラミック材料のボードと置換しているがが、このセラミック材料は、上述したように漏洩電流に対して相対的に高い抵抗を示す。この同じ設計において、引込み線が、メインボード上に直接成形された導電性の信号トレース（線）によって置換されており、この信号トレース（線）は、メインボードの外縁から、ボード開口を取り囲むそれぞれの伝導性のパッドに延材する。各パッドは、順番に、対応したセラミックのブレードの信号経路と接続される。さらに、1対の保護（ガード）トレースは、漏洩電流に対してさらに各トレースを分離するように各信号トレースのどちらかの側に形成される。

さらなる新たな設計では、セラミック材料のメインボードは、三次元の保護を提供するために3つの能動層を持って使われている。上述したこのメインボードおよびそこに接続されているものは、保護構造をさらに含むフォークワドラント(four-quadrant)インタフェースボードである。これら2つのボードアセンブリの間に「ポーゴーカルーセル」（pogo carousel）を含む3番目のユニットがある。インタフェースボードと下にあるメインボードを相互接続する複数の信号線を成形するために、このポーゴーカルーセルはポーゴーピンを使う。これらのポーゴーピンについて、低い抵抗絶縁体をより高い抵抗絶縁体と置換する努力がその実用的な限界に達しており、すなわち、通常は内側導体を取り囲むであろう絶縁体がすべて削除されていることが認められるであろう。

前述の例から、当該分野の基本的な懸念がチャネル間の漏洩電流の抑制であったことがわかるであろう。これらのより新しい設計を使って、ほぼフェムトアンペアレベルの電流まで測定することは可能である。しかしながら、これらのより新しい設計において使われたセラミック材料は、それが置換するガラスエポキシ樹脂材料より比較的に高価である。セラミック材料についての別の問題は、プローブカードの処理の間に皮膚によって堆積され得るような表面汚染物の吸収にそれらが相対的に影響され易いことである。これらの汚染物は、セラミックの表面抵抗率を漏洩電流レベルの相当な増加を生み出すのに十分な程度まで減少させることができる。さらに、これらのより新しい設計において使われるより大規模で精巧な保護構造は、設計と組み立てのコストの大きな増大をもたらしている。これらの開発に基づいて、前記カードの低電流測定能力における改良だけが、ゆっくりと進みそうであることが予想されており、例えば、これらの改良はますますより精巧な保護システムにまたは高い抵抗絶縁性の材料の分野におけるこれまで以上の研究に起因することになるであろう。

異なる信号チャネル間で流れる漏洩電流を抑制することに加えて、摩擦電気の効果を減らす低ノイズケーブルはプローブカードに使われている。保護された同軸ケーブルの中で、摩擦電気の電流は、導体に接触して付着する自由電子を生じさせる摩擦によって、保護導体と内側誘電体との間で生じ得るものであり、そして、電荷の蓄積が生じ、結果として電流の流れとなる。

低レベルの電流を測定するための特定のプローブカードの電位が完全に実現するであろうかどうかに影響することができる設計とは無関係な他の要因があることにも留意すべきである。例えば、特別な注意をプローブカードの組み立ての際に払わない限り、皮膚からの塩やオイル、または、はんだのフラックスによって残された残渣などの表面汚染物がカードの表面を汚染し、その性能（それらのイオン特性のため、そのような汚染物は所望しない電気化学的効果を引き起こすことができる）を低下させる恐れがある。さらに、カードが適切に設計され組み立てられたと仮定したとしても、カードがテスト機器に適切に接続されない場合、或いは、例えば、電圧や電流のオフセットを完全に無くすための機器のキャリブレーションが適切に行われない場合もありえる。さらに、プローブカードまたは相互接続線は、交流電流（ac）場のためのピックアップサイトとして機能し得るものであり、この交流電流場は、示された直流値においてエラーを起こすようにテスト機器の入力回路によって整流、即ち、修正されることができる。従って、これらの場の外乱を遮蔽するために、プローブカード、相互接続線、およびテスト機器について適切なシールド手段を用いることが必要である。これらおよびその他の要因のため観察され得るものであるが、新しいプローブカードの設計がテストされている時に、原因となっているかもしれない、多数かつ可能性がある相互作用要因によって、この新たな設計での所望しないバックグラウンド電流の原因を分離することは極めて難しいものと成りえる。

チャックは、典型的には、テスト用装置と接触する、上部の伝導性、即ち、導電性の表面を含む。相互に電気的に絶縁されている、１つまたは複数の追加層が、一般に、上部導電性表面の下に含まれる。このようにして、上部導電性表面は電気的に信号経路に接続することができ、他方で、残りの層は、所望するならば、保護電位とシールド電位に電気的に接続することができる。さらに、チャックは、同様に保護またはシールド（遮蔽）電位と電気的に接続されるかもしれない導電性リングによって、横方向に取り囲むことができる。このようにして、テスト用装置は、装置の測定において存在している電気的なノイズと漏洩電流を減らすために、下から、そして側面からガードされる。また、プレートはチャック(通常はそこにある開口と共に)の上に吊るされるものであり、保護またはシールド電位と電気的に相互接続されるかもしれない。

そのような保護信号とシールド信号経路でノイズの値を減らすのに対して、そのようなチャックの設計者は、測定に影響する多数の他の要因を考慮しなければならない。例えば、熱チャック（即ち、ある温度範囲を与えるるチャック）は、一般に、テスト用装置の領域（即ち信号経路）に電気信号を発するヒーター回路を含む。さらに、熱チャックは、同様に、信号経路のノイズを結果として生じる、熱い、または冷たい流体を運ぶチャックの中に設けられたチューブ状空洞などの流路を含むかもしれない。さらに、熱チャックは、異なる伝導性材料と異なる誘電体材料などのさまざまな異なる材料で構成されるものであり、テスト信号の中でさらに望まれていないノイズ電位を悪化させるような異なる比率でそれら電位のすべてを増大させ、減少させるものである。さらに、異なる温度は、プローブステーションの相対湿度を変化させ、次に、誘電体の材料によって吸収された湿気の量を変化させ、次に、その中の材料のインピーダンスを変化させ、結果として、テスト信号中の漏洩電流を変動させ得る。

熱チャック及び非熱チャックについて、信号経路において感知された電流に影響を与えるようなチャックからテスト機器までのグラウンド電流があるかもしれない。従って、テスト用装置の異なる部分の精密な検査をしている間に、チャックの異なる部分の静電容量の結合(そして磁気の結合)、および、ケースに対するチャックの静電容量の結合(そして磁気の結合)が変化し、それによって、電圧変化が引き起こされる。さらに、テストする結果として、外部環境の結果として、そして同様にプローブステーションの中で流れている空気の結果として、プローブ自体およびそこに位置するチャックの振動は、同様に、信号経路で所望していない漏洩電流とノイズを引き起こす。

これらおよびその他の要因のため観察され得るものであるが、新しいチャックの設計がテストされている時に、原因となっているかもしれない、多数かつ可能性がある相互作用要因によって、この新たな設計での所望しないバックグラウンド電流の原因を分離することは極めて難しいものと成りえる。

チャックをテスト機器と相互接続するために、サービスループが通常は使われる。サービスループは、チャックがケース（格納装置）内で動くときに、相互に隣接したコンパクトな方法で、すべてのホース、電力ケーブル、信号ケーブル、計装ケーブル、およびセンサワイヤを保持する柔軟な支持体(support)である。プローブステーションの振動、ケーブルを横切って吹いている空気からの振動、チャックを移動した後のケーブルの振動、チャックと接続されたステッパモータからの振動、サービスループのホースの中を流れる冷媒からの振動などのすべては、潜在的に信号経路の所望していない電流を結果として生じている。さらに、信号の導体へのグラウンド導体と電源との間の磁気および静電容量の結合は、同様に信号経路の所望していない電流を結果として生じている。さらに、サービスループ自身は、通常は、金属で構成されるか、さもなければ、金属バンドを含むものであり、同様に、その金属が、信号経路の所望していない電流を結果として生じるかもしれない電磁気の信号を放射する。これらのデザイン考察のすべては、プローブカードのそれらと類似している、構成材料の選択と組み立てに関する考慮事項についての考察に加えられるものである。

これらの要因のため観察され得るものであるが、サービスループの設計がテストされている時に、原因となっているかもしれない、多数かつ可能性がある相互作用要因によって、この新たな設計での所望しないバックグラウンド電流の原因を分離することは極めて難しいものと成りえる。

チャック、サービスループ、プローブカード、およびテスト用装置のためのケース（格納装置）は、同様にまた所望していない電流の電位のソースを信号経路に含む。初期の問題として、ケースの蓋は、蓋、チャック、これらに支持されたプローブの間のキャパシタンスを結果として変化させる機械的な振動運動をもたらし得るものであり、従って、蓋の動きに応じて、所望しない電流を信号経路を生じる。さらに、また、信号経路の潜在的に所望しない電流を結果として生じているプローブステーションとその中に含まれている他のコンポーネントの内部の表面上に電気的な表面帯電があるかもしれない。ケース内のその他の構造は、同様に信号経路に所望しない電流を生じ得るものであり、例えば、これらには、チャックの下のスライディングプレート、チャックの下の導電性のもので塗布されたバッフル（調節板）、ケース内の気流、チャックを移動するためのモータ、ポジションセンサ、センサワイヤ、および露点計などがある。さらに、テスト用装置のテストの間に、プローブ自身は、テスト用装置の近傍の試験環境に外部の放射信号を導入する。これらのデザイン考察のすべては、プローブカードのそれらと類似している、構成材料の選択と組み立てに関する考慮事項についての考察に加えられるものである。

プローブステーションのケースの中に含まれているそれらの事項に加えて、ケースの近くに置かれた信号経路に潜在的なノイズの追加ソースがある。ステージモータがケースに隣接して置かれることがあり、電源もケースに隣接して置かれることがあり、ステッパモータドライバもケースに隣接して置かれることがあり、パーソナルコンピュータやコンピュータモニタもケースに隣接して置かれることがあり、60ヘルツの電力もケースに隣接して置かれることがあり、これらのすべてが所望しない、即ち、不適切なノイズを結果として生じるかもしれない。

これらおよびその他の要因のために観察され得るものであるが、プローブステーション自体のテストされている時に、原因となっているかもしれない、多数かつ可能性がある相互作用要因によって、この新たな設計での所望しないバックグラウンド電流の原因を分離することは極めて難しいものと成りえる。

チャック、プローブ装置、プローブカード、サービスループ、プローブステーションのその他の態様に関連する相互関連要因のために観察され得るものであるが、原因となっているかもしれない、多数かつ可能性がある相互作用要因によって、この新たな設計での所望しないバックグラウンド電流の原因を分離することは極めて難しいものと成りえる。従って、各設計およびより低いノイズ要件の場合でも、信号経路でノイズの一次的な供給源、即ちソースを決定することは非常に難しい。

プローブステーションの組み立てプロセスの間に、信号のノイズレベルと関連した多くの異なる態様で測定される。３軸ケーブルにおいて実行されるテストの１つは、層と層との間、例えば、信号から保護、保護からシールドなどのバルクの抵抗を測定するものである。３軸ケーブルにおいて行われる別のテストは、0ボルトから10ボルトなどの既知の電圧を与え、信号の導体(フォースパス)と保護導体の間での何らかの電流変化を測定することである。

図３を参照すると、テスト機器は、通常、信号線を駆動するための信号のバッファを含む。信号バッファの出力に接続されている保護ユニットゲイン増幅器は、信号とガードの間にハイ・インピーダンスパスを提供し、それと共に、信号導体の信号を追跡する、保護導体に信号を与える。信号導体の電位を正確に追跡する保護導体の電位を持つことが理想的ではあるが、実際のテスト機器では、測定中には、信号導体と保護導体との間には、小さいデルタ電圧電位しかない。例えば、デルタ電圧が0.10%の違いであったならば、信号導体とシールド導体との間の漏洩抵抗は、それが違った形でそうであったであろうものより約1,000倍大きいであろう。事実上、信号とシールドとの間の漏洩抵抗は1,000倍に増大するものであり、従って、漏洩電流は減少することになる。同様に、信号とシールドとの間のキャパシタンスは、保護導体を持たないのに比べて1,000倍減少する。

テストで何らかの３軸ケーブルでの漏洩電流問題が示された場合には、通常は、ケーブルへのコネクタが不適切に接続されているか、或いは、組み立て工程において汚染物が発生したかである。さらに、時間とともに、例えば、フラックスとスズメッキ（スズ酸化物の剥がれ）を含む、導体のまわりを包む絶縁体からの汚染物から悪化することが信じられている。

シールド材料、本発明者らによって思索されたものはスズメッキを結果として生じ得るものであるが、これは、通常、薄いワイヤで構成されている、編まれたメッシュ材料である。スズメッキ（tinning）による確率を減らすために、本発明者らはシールドによってもたらされる範囲を考察し、ワイヤの間に、10-15%のギャップを存在させることに決定した。シールド材料において以前は考慮されていなかったギャップを考慮した後、本発明者らは、ワイヤ間の開口度を減らすことによって、これによって、ケーブル自身の外部の電磁波が、ワイヤ間を貫通し、保護層の下に侵入することができる確率（即ち可能性）が減少するであろうということを考えた。さらに、小さい長いワイヤのメッシュは、1オーム以上などの大きな抵抗を持つ傾向がある。編みこみの抵抗を減らすために、本発明者らは、開口側の減少のゴールに相当する、大きな開口を結果として生じ易い、より厚いゲージワイヤ（gage wire）を使うこと、或いは、より高価なケーブルを結果として生じるものであるが、低い抵抗経路として機能する１つまたは複数の大きなワイヤを使うことを考えた。さらに、本発明者らは、どのような潜在的な静電容量の結合でも減少させるために保護とシールド導体の間の距離を増大させることを考えた。信号がメッシュの開口を通過することの確率即ち可能性を減らすために、本発明者らは、シールド材料と隣接の誘電体層との間に、伝導性材料の追加層を追加したが、これは、横から見て、誘電体層の95%以上をカバーし、シールド材料との組み合わせてほぼ100%をカバーする。

新しいケーブル設計をテストするために、本発明者らは、ケーブルを金属シリンダに入れて、信号の導体上で引き起こされた何らかのノイズを測定するしながら、伝導性のシリンダの上に強い無線周波数信号を与えた。ノイズレベルの測定は、ケーブルがテスト機器に接続すること、望ましい位置にケーブルを置くことに関連する。ノイズレベルが追加の導電性材料の結果としてかなり減少するであろうということを予期していたのであるが、本発明者らを驚かせたのは、ノイズレベルは実際にはシールド導体と信号導体との間の増大した距離による静電容量の結合の減少は別として目立って変わらなかったことである。従って、最初は、通過する電磁気信号の電位を減らすための隣接の追加の伝導性層を含むケーブルの修正は、知覚されるような値を全く持たないことが認められた。

そのようなノイズテストを実施する間、本発明者らは、一般的に現象がそのような測定特徴と関連付かないものがあることに気付いた、すなわち、修正されたケーブル内の電流信号のセッティング時間(setting time)は、修正しなかったケーブルに比べて減少することに気付いた。ケーブルのセッティング時間は、普通、ケーブルの特徴付けられたパラメータではなく、従って、一般には見過ごされていた差異であるが、この差異を気付くには明敏な観察が必要とされ、これを本発明者らが明敏な観察によって気付いたものである。これらの認識に基づいて、修正されたケーブルが修正されなかったケーブルよりテーブル(表面)振動により敏感であるかどうかを比較することに関連するさらなるテストを本発明者らが構成した。実際に、伝導性チューブ状部材の外でテーブルに置かれる時に修正されたケーブルのノイズレベルが、修正しなかったケーブルより実際に少なかったことが判明したことに本発明者らは驚いた。それから、この全く予期しなかった認識を得た後に、本発明者らは修正されたケーブルの構造を再考し、テーブルの振動運動が、たとえかなり小さくても、ケーブルで観察されるノイズレベルの供給源、即ちソースであったという認識に到った。主たるノイズソースであると特定された、３軸ケーブルにおける振動運動のこの認識と共に、本発明者らは、無視することができない摩擦電気の電流が実際にシールドの伝導性層と隣接の誘電体層との間で発生しており、その後で、信号導体の中で信号の保全性に影響を与えていたことに気付いた。

テスト機器の中の保護バッファ増幅器（アンプ）が、保護導体の電位を信号導体のそれにしており、恐らくいかなる外部の影響も打ち消しているため、このありそうにないノイズ生成のソースは、本発明者らに全くの驚くべきものとして認識された。しかし、見たところ、テスト機器における保護増幅器は理想的でない特徴を持っているので、小さい外部の変化が効果的に取り除かれないか、さもなければ、保護導体が理想的な性質を持っていない。とにかく、シールドされた環境においてさえ、ノイズの有意なソースが、主としてこれらの層の相対移動の結果として、保護導体とシールド導体との間の層に形成される電荷であることが判明した。一般に摩擦電気の電流と称される静電容量性の電荷蓄積は、保護導体のｓ外部の層または複数の層から、信号導体に結合するが、これらがノイズとして観察される。

例えば、修正していないケーブルでのそのような摩擦電気（摩擦帯電）電流の減衰のテストは、約１５〜３０秒の減衰時間から、その初期値に対して10%の値であると示される。対照的に、修正されたケーブルのためのそのような摩擦電気の電流の減衰のテストは、約１〜５秒の減衰時間からその初期値に対して10%の値を表している。唯一の方法または必要な特徴ではなかったとしても、違いを特徴付ける1つの方法は、修正されたケーブルが修正されなかったケーブルに対して少なくとも3倍速いセッティング時間を持っていることである。

低ノイズケーブルは互いに伝導性で、誘電性の層を同軸配置で含むものであり、さらに、摩擦電気効果によって各ケーブルの内部に生成されたであろう所望しない電流を最小化するために摩擦電気効果を抑制するように適合された各ケーブル内において、保護層とシールド層との間に少なくとも１つの物質層をも含む。プローブステーションに含まれるあるその他の構造を一緒に伴うこの物質層は、１フェムトアンペア未満の超微弱電流を使った検査、即ちプロービングを可能にする。

図４は、例示のケーブル30を切った横断面図を示す。３軸の構造を持つこの部分は、内側の導体、即ちコア50、内側誘電体52、内側層54、保護導体56、外側誘電体58、外側層60、シールド導体62、および絶縁ジャケット64を含む。内側層54と外側層60は、内側誘電体52と保護導体56との間と、外側誘電体58とシールド導体62との間とで、生成される摩擦電気電流を、内側誘電体52と保護導体56との間と、外側誘電体58とシールド導体62との間とが、それぞれ直接的に隣接していたときに発生したであろうものよりも少ないものへと減少させるのに適切な組成を持っている。ケーブルの曲げ、温度の変化にもかかわらず、それぞれ内側誘電体52と外側誘電体58に対して過度に摩擦しないように、内側層54と外側層60は内側誘電体52のそれに類似している物理的性質を持つべきである。同時に、内側層54と外側層60は、それぞれ保護導体56またはシールド導体62に接触して付着する（rub off）自由電子のために生じ得る電荷不均衡を消散させるのに十分な伝導性の特性を持つべきである。この目的のための適切な材料は、テフロン(登録商標)などのフッ素ポリマー、または、ポリ塩化ビニルまたはポリエチレンなどの他の絶縁性の材料、およびグラファイトまたは他の十分な伝導性を持つ添加物とを組み合わせたものである。さらに、スパッタリング技術を使って、適切な摩擦電気ノイズ減少層を塗布することもできる。また、シールド導体と保護導体は、摩擦電気の減少材料によってある方法で含侵させることができる。

図５に例示のケーブルに示す。追加層が同様にケーブルに含めることができることを理解すべきである。別の例示のケーブルは図６で説明するが、このケーブルは摩擦電気（帯電）減少材料からなる追加層を含むものであるが、ここで、ケーブルは１つまたは複数の摩擦電気減少層を含むことができる。

所望であれば、内側層54を省略することができることを理解すべきである。さらに、外側層と共に、或いは、外側層と内側層との組み合わせと共に本明細書で説明したケーブルは、プローブステーションとは別の他の用途に使うことができることを理解すべきである。例えば、そのようなケーブルは医療機器に適合させることができる。

前述の説明のように、本発明者らは、少なくとも設計における幾つかの段階で、一次的な問題が、異なる信号チャネル間で流れる漏洩電流をいかに最も抑制することではなく、むしろ、摩擦電気効果の結果として各ケーブル即ち各信号チャネルで内部的に生じるこれらの電流をいかに最も抑制させるかであることを発見した。３軸ケーブルでは、摩擦電気の電流は、導体に接触し付着する自由電子を生じさせるそれらの間の摩擦によって、シールド導体と外側誘電体との間で生じ得るものであり、電流の流れを生じさせる電荷不均衡を生成する。そのような摩擦電気の電流は他のインタフェースで同様に発生する。本発明者は、この摩擦電気の効果が重大問題であるかもしれないと一旦認識したあと、「低ノイズ」ケーブルによってこの洞察をテストすることを続行した。

本発明者らが、摩擦電気の効果の問題の新しい解決策を発見したことを要求しないことを記述しておく。この問題の相対的に直接的な解決策は、保護導体と内側誘電体の間で追加物質層を使って「低ノイズ」ケーブルをどのように構成させることで知られるような、ケーブル技術の分野で見つけることができるが、この物質は、摩擦電気効果を抑制するのに適した組成からなる。この層は、特に、この誘電体に対する過度な摩擦から防止するために内側誘電体と物理的に互換がある非金属製の部分を含み、一方、十分な導電性を持つ部分も含み、それは、直ちに、外側導体に接触して付着する自由電子によって生成され得るどのような電荷不均衡でも消散させる。摩擦電気効果の問題に関するこの特定の解決策が、本発明者らの発明であることは要求しない。むしろ、この特定の問題が、低電流設計の分野の性能劣化の主要な原因であるという認識とそのような電流が発生するかもしれないインタフェースであるという認識である。

思い返せば、摩擦電気の効果の重要性がプローブステーション設計の分野の研究者によってすぐに認識されなかったかのは何故かと思索するかもしれない。１つの可能性がある理由は、この効果の重要性を検証することが、単にケーブルを低ノイズケーブルと置換する問題ではないということである。背景の章で説明した設計に関連しない要因が理由で、３軸低ノイズケーブルを含むプローブステーションを組み立て、検査した当業者は、低電流測定のためにこのケーブルの優位な能力を必ずしも検出する必要がなかったのであろう。例えば、組み立ての間に堆積された表面汚染物は、電流のバックグラウンドレベルを、低ノイズケーブルの効果を覆い隠すのに十分な程度まで上げることができる。このため、プローブステーション設計の技術分野でとられたこの方向性が増し、焦点が相互チャネル漏洩電流を抑制する問題にあてられてきた。

本明細書で使用した用語や表現は、説明のための用語であって制限のための用語ではなく、このような用語や表現においては、説明またはた図示した機能、或いはそれを構成する部分に相当するものを排除する意図は全くなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲のみによって規定され限定されるものであることを認識されたい。

既存のプローブステーションを説明する図である。 別の既存のプローブステーションを説明する図である。 テスト機器とケーブルのために接続されたバッファを説明する図である。 ３軸ケーブルを説明する図である。 図4の３軸ケーブルを説明する図である。 別の３軸ケーブルを説明する図である。

Claims (12)

1. テスト用装置を検査するためのプローブステーションであって、
   (a)前記テスト用装置を支持する支持体と、
   (b)前記支持体で支持しながら前記テスト用装置を検査するプローブ装置と、
   (c)前記プローブ装置をテスト機器に接続するケーブルと、
   を具え、
   前記ケーブルが、
   (i)第１の誘電体が第１の導体と第２の導体との間に設けられているような、前記第１の導体、前記第１の誘電体、および前記第２の導体、
   (ii)第２の誘電体が前記第２の導体と第３の導体との間に設けられているような、前記第２の誘電体および前記第３の導体、
   (iii)前記第２の誘電体と前記第３の導体との間の摩擦電流生成を、前記第２の誘電体と前記第３の導体とを直接接合させた場合に起こるであろうものよりも小さいものに減少させるのに適した組成を持つ、前記第２の誘電体と前記第３の導体との間に設けられている、第１の物質層、を含む、
   プローブステーション。
2. 請求項１に記載のプローブステーションにおいて、
   前記第１の誘電体と前記第２の導体との間の摩擦電流生成を、前記第１の誘電体と前記第２の導体とを直接接合させた場合に起こるであろうよりも小さいものに減少させるのに適した組成を持つ、前記第１の誘電体と前記第２の導体との間に設けられている第２の物質層をも含む、
   ことを特徴とするプローブステーション。
3. テスト用装置を検査するためのプローブステーションであって、
   (a)前記テスト用装置を支持する支持体と、
   (b)前記支持体で支持しながら前記テスト用装置を検査するプローブ装置と、
   (c)前記プローブ装置をテスト機器に接続するケーブルと、
   を具え、
   前記ケーブルが、
   (i)第１の誘電体が第１の導体と第２の導体との間に設けられている、前記第１の導体、前記第１の誘電体、および前記第２の導体、
   (ii)第２の誘電体が前記第２の導体と第３の導体との間に設けられている、前記第２の誘電体および前記第３の導体、
   (iii)前記第２の誘電体と前記第２の導体との間の摩擦電流生成を、前記第２の誘電体と前記第２の導体とを直接接合させた場合に起こるであろうものよりも小さいものに減少させるのに適した組成を持つ、前記第２の誘電体と前記第２の導体との間に設けられている、第１の物質層、を含む、
   プローブステーション。
4. 請求項３に記載のプローブステーションにおいて、
   前記第１の誘電体と前記第２の導体との間の摩擦電流生成を、前記第１の誘電体と前記第２の導体とを直接接合させた場合に起こるであろうよりも小さいものに減少させるのに適した組成を持つ、前記第１の誘電体と前記第２の導体との間に設けられている第２の物質層をも含む、
   ことを特徴とするプローブステーション。
5. テスト用装置を検査するためのプローブステーションであって、
   (a)前記テスト用装置を支持する支持体と、
   (b)前記支持体で支持しながら前記テスト用装置を検査するプローブ装置と、
   (c)前記プローブ装置をテスト機器に接続するケーブルと、
   を具え、
   前記ケーブルが、
   (i)第１の誘電体が第１の導体と第２の導体との間に設けられている、前記第１の導体、前記第１の誘電体、および前記第２の導体、
   (ii)第２の誘電体が前記第２の導体と第３の導体との間に設けられている、前記第２の誘電体および前記第３の導体、
   (iii)前記第１の誘電体と前記第１の導体との間の摩擦電流生成を、前記第１の誘電体と前記第１の導体とを直接接合させた場合に起こるであろうものよりも小さいものに減少させるのに適した組成を持つ、前記第１の誘電体と前記第１の導体との間に設けられている、第１の物質層、を含む、
   プローブステーション。
6. 請求項５に記載のプローブステーションにおいて、
   前記第１の誘電体と前記第２の導体との間の摩擦電流生成を、前記第１の誘電体と前記第２の導体とを直接接合させた場合に起こるであろうよりも小さいものに減少させるのに適した組成を持つ、前記第１の誘電体と前記第２の導体との間に設けられている第２の物質層をも含む、
   ことを特徴とするプローブステーション。
7. (i)第１の誘電体が第１の導体と第２の導体との間に設けられている、前記第１の導体、前記第１の誘電体、および前記第２の導体、
   (ii) 第２の誘電体が前記第２の導体と第３の導体との間に設けられている、前記第２の誘電体および前記第３の導体、
   (iii)前記第２の誘電体と前記第３の導体との間の摩擦電流生成を、前記第２の誘電体と前記第３の導体とを直接接合させた場合に起こるであろうものよりも小さいものに減少させるのに適した組成を持つ、前記第２の誘電体と前記第３の導体との間に設けられている、第１の物質層、
   を具えるケーブル。
8. 請求項７に記載のケーブルにおいて、
   前記第１の誘電体と前記第２の導体との間の摩擦電流生成を、前記第１の誘電体と前記第２の導体とを直接接合させた場合に起こるであろうよりも小さいものに減少させるのに適した組成を持つ、前記第１の誘電体と前記第２の導体との間に設けられている第２の物質層、
   をも含むことを特徴とするケーブル。
9. (i)第１の誘電体が第１の導体と第２の導体との間に設けられている、前記第１の導体、前記第１の誘電体、および前記第２の導体、
   (ii)第２の誘電体が前記第２の導体と第３の導体との間に設けられている、前記第２の誘電体および前記第３の導体、
   (iii)前記第２の誘電体と前記第２の導体との間の摩擦電流生成を、前記第２の誘電体と前記第２の導体とを直接接合させた場合に起こるであろうものよりも小さいものに減少させるのに適した組成を持つ、前記第２の誘電体と前記第２の導体との間に設けられている、第１の物質層、
   を具えるケーブル。
10. 請求項９に記載のケーブルにおいて、
    前記第１の誘電体と前記第２の導体との間の摩擦電流生成を、前記第１の誘電体と前記第２の導体とを直接接合させた場合に起こるであろうよりも小さいものに減少させるのに適した組成を持つ、前記第１の誘電体と前記第２の導体との間に設けられている第２の物質層、
    をも含むことを特徴とするケーブル。
11. (i)第１の誘電体が第１の導体と第２の導体との間に設けられている、前記第１の導体、前記第１の誘電体、および前記第２の導体、
    (ii)第２の誘電体が前記第２の導体と第３の導体との間に設けられている、前記第２の誘電体および前記第３の導体、
    (iii)前記第１の誘電体と前記第１の導体との間の摩擦電流生成を、前記第１の誘電体と前記第１の導体とを直接接合させた場合に起こるであろうものよりも小さいものに減少させるのに適した組成を持つ、前記第１の誘電体と前記第１の導体との間に設けられている、第１の物質層、
    を具えるケーブル。
12. 請求項１１に記載のケーブルにおいて、
    前記第１の誘電体と前記第２の導体との間の摩擦電流生成を、前記第１の誘電体と前記第２の導体とを直接接合させた場合に起こるであろうよりも小さいものに減少させるのに適した組成を持つ、前記第１の誘電体と前記第２の導体との間に設けられている第２の物質層、
    をも含むことを特徴とするケーブル。
    
    

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