JP6858380B2 - プローブの角度を決定する方法、高周波特性検査装置、プログラム及び記憶媒体 - Google Patents

プローブの角度を決定する方法、高周波特性検査装置、プログラム及び記憶媒体 Download PDF

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Description

本発明は、プローブの角度を決定する方法、高周波特性検査装置、プログラム及び記憶媒体に関する。
従来、回路に対して所定の電気的検査を実行するために高周波特性検査装置が用いられている。
高周波特性検査装置は、例えば、ミリ波帯の高周波数信号で動作する平面回路のインピーダンス等の測定に利用される。
高周波特性検査装置は、平面回路又は被測定回路網等の被試験装置(Device Under Test:DUT)との間で信号の送受信を行うプローブ(高周波プローブともいう)を有する。高周波特性検査装置は、プローブを用いてDUTを伝送した伝送信号又はDUTから反射した反射信号を測定する。
プローブは、DUTと電気的に接触するシグナル端子(S端子)及びグランド端子(G端子)を有する。シグナル端子は、DUTに対して信号を出力する。グランド端子は接地される。シグナル端子とグランド端子とは、互いに離間して並行して伸びるようにプローブの本体に配置される。
プローブは、1又は複数のシグナル端子(S端子)、及び1又は複数のグランド端子(G端子)を有する。プローブの種類として、例えば、S−Gタイプ又はG−Sタイプ、G−S−Gタイプ、G−S−G−S−Gタイプがある。S−Gタイプ又はG−Sタイプのプローブは、1つのシグナル端子及び1つのグランド端子を有する。G−S−Gタイプのプローブは、2つのグランド端子及び1つのシグナル端子を有し、このシグナル端子は2つのグランド端子間に配置される。G−S−G−S−Gタイプのプローブは、3つのグランド端子及び2つのシグナル端子を有し、一のシグナル端子は2つのグランド端子間に配置される。
DUTの測定においては、シグナル端子の先端及びグランド端子の先端が、DUTの測定面と電気的に十分に接触するように、プローブの傾き(角度)が調整される(例えば、特許文献1参照)。
具体的には、シグナル端子の先端とグランド端子の先端とを結んで形成される基準線の向きと、DUTの測定面とが平行になるように、プローブ角度が調整される。これにより、シグナル端子の先端及びグランド端子の先端が、DUTの測定面に対して電気的に同じように接触する。
図1(A)及び図1(B)は、従来のプローブ角度を調整する方法を説明する図である。
基板21は、プローブ角度を調整するために用いられる。基板21は、平坦な導電体面22を有する。導電体面22は、例えば、金属のプレートを用いて形成される。プローブ1は、G−S−Gタイプである。従来の方法(例えば、非特許文献1参照)では、まず、シグナル端子及びグランド端子の先端を、導電体面22と接触させて、導電体面22上に圧痕が形成される。次に、顕微鏡を用いて、導電体面22上に形成された圧痕が観察される。導電体面22上に3つの圧痕が形成されていれば、プローブ角度は正しいと判定される(図1(B)参照)。一方、導電体面22上に形成された圧痕の数が1つ又は2つの場合(図1(A)参照)、プローブ角度は正しくないと判定される。そして、導電体面22上に3つの圧痕が形成されるようにプローブ角度が調整される。導電体面22上に3つの圧痕が形成されるようにプローブ角度を調整することにより、シグナル端子の先端とグランド端子の先端とを結んで形成される基準線Lの向きと、導電体面22とが平行となる。
国際公開第2017/203876号
カスケードマイクロテック社、"RF測定ガイド"、[online]、[平成29年9月7日検索]、インターネット<https://www.cascad emicrotech.com/files/JPN_RF_Measurement_Guide_Rev203.pdf>
しかしながら、上述したプローブ角度を調整する方法には、以下のような問題点があった。
(1)使用するプローブの先端のコンディションによって圧痕の状態が大きく異なるので、プローブによっては導電体面22上に痕がほとんど見えない場合がある。
(2)導電体面22上に3つの圧痕が形成されていても、プローブ角度の精度には、1°程度の幅がある。
(3)顕微鏡と圧痕との位置関係によっては、圧痕を観察しにくい場合があるので、プローブ角度の決定は、作業者の感覚及び経験に大きく依存する。
本明細書は、電気信号センシングによってプローブ角度を調整する手段を提供する。プローブが有するグランド端子及びシグナル端子と導電体面との接触状態によって、プローブが入力する反射信号が変化するので、得られるSパラメータも変化する。そこで、本明細書では、反射信号のSパラメータに基づいてプローブと導体面との接触状態を調べて、シグナル端子の先端とグランド端子の先端とを結んで形成される基準線Lの向きと導電体面22とが平行となるプローブ角度を決定する。
本明細書に開示するプローブの角度を決定する方法によれば、制御部と、制御部により制御されるベクトルネットワークアナライザと、被試験装置が載置される平坦な載置面を有するステージと、ベクトルネットワークアナライザとの間で信号の送受信が可能なシグナル端子及びグランド端子を有するプローブであって、シグナル端子の先端及びグランド端子の先端と被試験装置との接触状態を、回転軸を中心として回転することにより変更可能なプローブと、制御部により制御され、プローブを回転軸の周りに回転させる駆動部と、を備える高周波特性検査装置において、プローブの回転軸の周りの基準角度を決定する方法であって、制御部が、駆動部を制御して、プローブの回転軸周りの角度を変化させることにより、シグナル端子の先端及びグランド端子の先端と、前記ステージの前記載置面上に載置された平坦な導電体面を有する基板の導電体面との接触状態を変化させながら、ベクトルネットワークアナライザを制御して、プローブの回転軸周りの異なる角度において、シグナル端子から高周波信号を導電体面に出力し且つプローブを用いて反射信号を受信してSパラメータを求めることと、制御部が、複数のSパラメータに基づいて、シグナル端子の先端とグランド端子の先端とを結んで形成される基準線と導電体面とが平行となるプローブの回転軸周りの基準角度を決定すること、を含む。
また、本明細書に開示するプローブの角度を決定する高周波特性検査装置によれば、制御部と、制御部により制御されるベクトルネットワークアナライザと、被試験装置が載置される平坦な載置面を有するステージと、ベクトルネットワークアナライザとの間で信号の送受信が可能なシグナル端子及びグランド端子を有するプローブであって、シグナル端子の先端及びグランド端子の先端と被試験装置との接触状態を、回転軸を中心として回転することにより変更可能なプローブと、制御部により制御され、プローブを回転軸の周りに回転させる駆動部と、を備える高周波特性検査装置であって、制御部は、駆動部を制御して、プローブの回転軸周りの角度を変化させることにより、シグナル端子の先端及びグランド端子の先端と、ステージの前記載置面上に載置された平坦な導電体面を有する基板の導電体面との接触状態を変化させながら、ベクトルネットワークアナライザを制御して、プローブの回転軸周りの異なる角度において、シグナル端子から高周波信号を導電体面に出力し且つプローブを用いて反射信号を受信してSパラメータを求めることと、複数のSパラメータに基づいて、シグナル端子の先端とグランド端子の先端とを結んで形成される基準線と導電体面とが平行となるプローブの回転軸周りの基準角度を決定すること、を実行する。
また、本明細書に開示するプローブの角度を決定するコンピュータプログラムによれば、コンピュータと、コンピュータにより制御されるベクトルネットワークアナライザと、被試験装置が載置される平坦な載置面を有するステージと、ベクトルネットワークアナライザとの間で信号の送受信が可能なシグナル端子及びグランド端子を有するプローブであって、シグナル端子の先端及びグランド端子の先端と被試験装置との接触状態を、回転軸を中心として回転することにより変更可能なプローブと、コンピュータにより制御され、プローブを回転軸周りに回転させる駆動部と、を備える高周波特性検査装置において、プローブの回転軸周りの基準角度を決定することをコンピュータに実行させるコンピュータプログラムあって、駆動部を制御して、プローブの回転軸周りの角度を変化させることにより、シグナル端子の先端及びグランド端子の先端と、ステージの載置面上に載置された平坦な導電体面を有する基板の導電体面との接触状態を変化させながら、ベクトルネットワークアナライザを制御して、プローブの回転軸周りの異なる角度において、シグナル端子から高周波信号を導電体面に出力し且つプローブを用いて反射信号を受信してSパラメータを求めることと、複数のSパラメータに基づいて、シグナル端子の先端とグランド端子の先端とを結んで形成される基準線と導電体面とが平行となるプローブの回転軸周りの基準角度を決定すること、をコンピュータに実行させる。
更に、本明細書に開示するプローブの角度を決定するプログラムを記憶する非一時的な記憶媒体によれば、コンピュータと、コンピュータにより制御されるベクトルネットワークアナライザと、被試験装置が載置される平坦な載置面を有するステージと、ベクトルネットワークアナライザとの間で信号の送受信が可能なシグナル端子及びグランド端子を有するプローブであって、シグナル端子の先端及びグランド端子の先端と被試験装置との接触状態を、回転軸を中心として回転することにより変更可能なプローブと、コンピュータにより制御され、プローブを回転軸の周りに回転させる駆動部と、を備える高周波特性検査装置において、プローブの回転軸周りの基準角度を決定することをコンピュータに実行させるコンピュータプログラムを記憶する非一時的な記憶媒体であって、駆動部を制御して、プローブの回転軸周りの角度を変化させることにより、シグナル端子の先端及びグランド端子の先端と、ステージの載置面上に載置された平坦な導電体面を有する基板の導電体面との接触状態を変化させながら、ベクトルネットワークアナライザを制御して、プローブの回転軸周りの異なる角度において、シグナル端子から高周波信号を導電体面に出力し且つプローブを用いて反射信号を受信してSパラメータを求めることと、複数のSパラメータに基づいて、シグナル端子の先端とグランド端子の先端とを結んで形成される基準線と導電体面とが平行となるプローブの回転軸周りの基準角度を決定すること、をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムを記憶する。
本明細書に開示する方法、高周波特性検査装置、プログラム及び記憶媒体によれば、高周波特性検査装置において、正しいプローブの傾きを高精度に決定することができる。
(A)及び(B)は、従来のプローブ角度を調整する方法を説明する図である。 本明細書に開示する高周波特性検査装置を示す図である。 反射信号の反射係数及びS11パラメータを説明する図である。 圧痕数と反射信号の反射係数の位相との関係及びプローブ角度と反射信号の位相との関係を説明する図である。 (A)〜(C)は、プローブ角度と導電体面との接触状態との関係を示す図である。 本明細書に開示する高周波特性検査装置の第1動作例のフローチャートである。 (A)〜(C)は、本明細書に開示する方法の第2動作例を説明する図である。 (A)〜(C)は、本明細書に開示する方法の第3動作例を説明する図である。
以下、本明細書で開示する高周波特性検査装置の好ましい一実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
図2は、本明細書に開示する高周波特性検査装置を示す図である。
本実施形態の高周波特性検査装置8は、制御装置7と、ベクトルネットワークアナライザ(Vector Network Analyzer:VNA)3と、サンプルステージ2と、一対のプローブ1と、一対のティルトステージ17と、一対の周波数拡張ユニット4と、一対のプローブステージ16と、台座5と、顕微鏡20を備える。
ベクトルネットワークアナライザ3は、DUT19の電気的特性を評価するための高周波信号を出力し、DUT19から伝送信号及び反射信号を入力して解析する。
サンプルステージ2は、台座5上に配置される。サンプルステージ2は、DUT19が載置される平坦な載置面を有する。サンプルステージ2は、載置面をX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に並進可能な並進ステージ2aと、載置面を回転軸Rを中心に回転可能な回転ステージ2bとを有する。並進ステージ2aのX軸方向及びY軸方向は、回転ステージ2bの回転の影響を受けない。
一対のプローブ1は、サンプルステージ2を挟んで対向するようにティルトステージ17に配置される。プローブ1は、少なくとも1つのシグナル端子(S端子)と、少なくとも1つのグランド端子(G端子)を有する。シグナル端子の先端とグランド端子の先端は、DUTの測定面と電気的に接触可能である。シグナル端子及びグランド端子は、ベクトルネットワークアナライザ3との間で信号の送受信が可能である。
シグナル端子の先端とグランド端子の先端とを結ぶことにより、基準線Lが形成される(図1(A)及び図1(B)参照)。プローブが3つ以上の端子を有する場合、端子の先端を結んだ基準線Lは、厳密な直線ではない場合もある。プローブの加工精度に起因して、端子の先端を結んだ線が、直線とならない場合もあるからである。基準線Lの直線度には、このような直線からの乖離が許容される。シグナル端子の先端及びグランド端子の先端とDUTの測定面との接触状態は、ティルトステージ17がプローブ1を回転軸Rを中心として回転することにより変更可能である。プローブ1を回転軸Rを中心として回転することにより、基準線LのDUTの測定面に対する傾きが調整される。プローブ1の回転軸R周りの回転位置のことを、以下、プローブ角度ともいう。
一対の周波数拡張ユニット4は、サンプルステージ2を挟んで対向するようにプローブステージ16上に配置される。周波数拡張ユニット4は、ベクトルネットワークアナライザ3から入力した信号の周波数を拡張してシグナル端子へ出力する。周波数拡張ユニット4は、ベクトルネットワークアナライザ3が生成できない周波数の信号を出力する場合に使用される。一対のティルトステージ17は、互いに対向するように周波数拡張ユニット4に固定されている。本明細書では、周波数拡張ユニット4の機能は、ベクトルネットワークアナライザ3に含まれる。
一対のプローブステージ16は、サンプルステージ2を挟んで対向するように、台座5上に配置される。プローブステージ16は、周波数拡張ユニット4をX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に並進可能である。周波数拡張ユニット4が移動することにより、プローブ1の位置を移動可能である。
制御装置7は、ベクトルネットワークアナライザ3、サンプルステージ2、ティルトステージ17及びプローブステージ16の動作を制御する。制御装置7として、例えば、プロセッサ、記憶部、インターフェース部、表示部及び操作部等を有するコンピュータを用いることができる。制御装置7が有する機能は、プロセッサが記憶部に記憶されるコンピュータプログラムを実行することにより実現され得る。コンピュータプログラムは、例えば、非一時的な記憶媒体に記憶可能である。また、制御装置7が有する機能は、回路として制御装置7に実装されてもよい。
顕微鏡20は、サンプルステージ2の載置面上に載置されたDUT等に形成された圧痕を観察するために使用される。
高周波特性検査装置8は、DUTの電気的特性の測定を行う前に、調整用の基板21(図1参照)を用いて、シグナル端子の先端とグランド端子の先端とを結んで形成される基準線Lの向きと、DUTの測定面とが平行となるプローブ角度(以下、基準プローブ角度ともいう)を決定する。
調整用の基板21は、例えば、電気絶縁性又は電気導電性の基板本体と、この基板本体上に配置される金属プレートを有する。金属プレートは、平坦な導電体面22を有する。金属プレートは、例えば、基板本体上に金等の金属を蒸着して形成することができる。
高周波特性検査装置8は、プローブ1のプローブ角度を変化させて、シグナル端子の先端及びグランド端子の先端と導電体面22との接触状態を変化させながら、異なるプローブ角度において、シグナル端子から高周波信号を導電体面に出力し且つプローブ1を用いて反射信号を受信してSパラメータを求める。そして、高周波特性検査装置8は、複数のSパラメータに基づいて、シグナル端子の先端とグランド端子の先端とを結んで形成される基準線Lと導電体面22とが平行となる基準プローブ角度を決定する。
次に、反射信号のSパラメータについて、図3を参照しながら、以下に説明する。
図3は、反射信号のS11パラメータを説明する図である。
ベクトルネットワークアナライザ3は、プローブ1のシグナル端子から高周波信号を出力させて、シグナル端子で入力した反射信号を解析して、反射信号の振幅及び位相を求める。例えば、G−S−Gタイプのプローブの場合、シグナル端子から出力して、同じシグナル端子で入力した反射信号のSパラメータはS11と表される。反射信号の振幅を|S11|とし、位相をθ11とすると、反射信号の反射係数は、反射信号の振幅及び位相を用いて式(1)で表される。
反射信号の反射係数は、複素平面上において、原点を始点とするベクトルで表される。このベクトルの実数軸上の座標をRe(S11)として、虚数軸上の座標をIm(S11)とすると、S11パラメータは、Re(S11)及びIm(S11)を用いて、式(2)で表される。
反射係数の位相θ11は、例えば、Re(S11)及びIm(S11)と、逆三角関数とを用いて求めることができる。
高周波特性検査装置8の第1動作例では、複数のSパラメータのそれぞれに基づいて、複数の反射信号の反射係数の位相を求める。
反射信号の反射係数の位相は、シグナル端子の先端及びグランド端子の先端と導電体面22との接触状態によって異なる。
図4の左側のグラフは、圧痕数と反射信号の反射係数の位相との関係を示す。
図4の左側のグラフのデータは、G−S−Gタイプのプローブ1を有する高周波特性検査装置8を用いて測定された。圧痕数が1〜3の場合のそれぞれについて、シグナル端子から出力する信号の周波数を走査して、反射係数の位相θ11が測定された。
(圧痕数が1つの場合)
基板21の導電体面22上に形成された圧痕数が1つの場合、図5(A)に示すように、第2のグランド端子の先端は導電体面22と接触しているが、第1のグランド端子及びシグナル端子は導電体面22と接触していない。プローブ1と導電体面22とは、2つの容量が直列に接続された等価回路を形成する。
図4に示すように、圧痕数が1つの場合、反射信号の反射係数の位相θ11は、0°と45°との間の値を示す。
(圧痕数が2つの場合)
基板21の導電体面22上に形成された圧痕数が2つの場合、図5(B)に示すように、第2のグランド端子及びシグナル端子の先端は導電体面22と接触しているが、第1のグランド端子は、導電体面22と接触していない。プローブ1と導電体面22とは、1つの容量と1つのインダクタが直列に接続された等価回路を形成する。
図4に示すように、圧痕数が2つの場合、反射信号の反射係数の位相θ11は、45°よりも大きい正の値を示す。
(圧痕数が3つの場合)
基板21の導電体面22上に形成された圧痕数が3つの場合、図5(C)に示すように、2つのグランド端子及び1つシグナル端子の先端は導電体面22と接触する。プローブ1と導電体面22とは、2つのインダクタが直列に接続された等価回路を形成する。
図4に示すように、圧痕数が3つの場合、反射信号の反射係数の位相θ11は、負の値を示す。
図4の右側のグラフは、圧痕数が3つの場合について、反射信号の反射係数の位相θ11とプローブ角度との関係を示す。プローブ1と基板21の導電体面22との接触状態を圧痕数が3の状態にして、プローブ角度を変化させながら、シグナル端子から所定の周波数の信号を出力して、反射係数の位相θ11が測定された。
そして、本願発明者は、基準線Lと導電体面22とが最も平行な時に反射信号の反射係数の位相θ11が負の値であって極大値(以下、負の極大値ともいう)を示すことを発見した。導電体面22は、サンプルステージ2の載置面と平行である。即ち、反射係数の位相θ11が負の極大値を示す時、基準線Lと載置面とが最も平行な位置関係になる。この位置関係において、DUTを載置面に載置して、DUTの電気的特性を測定することにより、正確な評価を行うことができる。
従って、高周波特性検査装置8は、プローブ1のプローブ角度の変化に対して、反射信号の反射係数の位相θ11が負の極大値を示す角度を、基準プローブ角度として決定する。
次に、高周波特性検査装置8が基準プローブ角度を決定する第1動作例を、図6に示すフローチャートを参照しながら、以下に説明する。本動作例では、G−S−Gタイプのプローブ1を用いる。
まず、ステップS1において、導電体面22を有する調整用の基板21がサンプルステージ2の載置面上に載置される。例えば、制御装置7を操作して、手動及び目視で、導電体面22と、プローブ1の1つのシグナル端子の先端及び2つのグランド端子の先端の内の少なくとも1つとを接触させる(初期状態)。
次に、ステップS2において、制御装置7は、初期状態のプローブ1のプローブ角度を中心にプローブ角度を変更する。具体的には、制御装置7は、ティルトステージ17を制御して、プローブ角度を変化させることにより、プローブ1のシグナル端子の先端及びグランド端子の先端と導電体面22との接触状態を変化させる。例えば、制御装置7は、初期状態を基準として、ティルトステージ17を制御して、プローブ角度を所定の範囲内(−5°〜+5°)において、所定のステップ(例えば、0.2°)で変化させてもよい。ステップS2及び後述するステップS3の処理は、所定の回数繰り返される。初回のステップS2では、プローブ角度を変更せずに、2回目以降の処理においてプローブ角度を変更するようにしてもよい。
次に、ステップS3において、制御装置7は、ベクトルネットワークアナライザ3を制御して、異なるプローブ角度において、シグナル端子から高周波信号を導電体面22に出力し且つプローブ1を用いて反射信号を受信してS11パラメータを求める。
ステップS2及びステップS3の処理を繰り返すことにより、異なるプローブ角度におけるS11パラメータが得られる。これにより、ベクトルネットワークアナライザ3は、複数のプローブ角度において反射信号を入力して、複数のS11パラメータを得る。
次に、ステップS4において、制御装置7は、複数のS11パラメータに基づいて、プローブ1の基準プローブ角度を決定する。具体的には、制御装置7は、複数のS11パラメータに基づいて複数の反射信号の反射係数の位相θ11を求める。そして、制御装置7は、負の位相θ11を示すデータを抽出する。そして、制御装置7は、プローブ角度の変化に対して、反射信号の反射係数の位相θ11が負の極大値を示すプローブ角度を、プローブ1の基準プローブ角度として決定する。基準プローブ角度において、基準線Lと導電体面22との関係には、厳密な平行ではない場合も含まれる。基準線Lと導電体面22との平行度には、ティルトステージ17の分解能等の誤差が許容される。
次に、ステップS5において、制御装置7は、ティルトステージ17を制御して、プローブ1のプローブ角度を、基準プローブ角度に設定する。そして、制御装置7は、DUTの電気的特性の測定が可能な状態となる。
上述した本実施形態の高周波特性検査装置によれば、正しいプローブの傾きを高精度に決定することができる。具体的には、本実施形態の高周波特性検査装置によれば、目視による圧痕数に基づいてプローブ角度を決定しないので、従来の課題(1)及び(3)を解決できる。また、高周波特性検査装置によれば、ティルトステージ17によるプローブ角度の分解能は、実用的には0.2°であり、更に0.001°程度まで向上することができる。これにより、従来の課題(2)を解決できる。
上述した第1実施形態の高周波特性検査装置では、G−S−Gタイプのプローブ1が用いられていたが、高周波特性検査装置は、G−S−G−S−Gタイプのプローブを用いてもよい。この場合、上述したステップS3では、制御装置7は、ティルトステージ17を制御して、プローブ角度を変化させることにより、2つのシグナル端子の先端及び3つのグランド端子の先端と導電体面22との接触状態を変化させながら、ベクトルネットワークアナライザ3を制御して、異なるプローブ角度において、第1のシグナル端子及び第2のシグナル端子から高周波信号を導電体面22に出力し且つプローブ1を用いて第1の反射信号及び第2の反射信号を受信して第1のSパラメータ及び第2のSパラメータを求める。また、上述したステップS4では、制御装置7が、複数の第1のSパラメータに基づいて複数の第1の反射信号の位相を求め且つ複数の第2のSパラメータに基づいて複数の第2の反射信号の位相を求める。そして、制御装置7は、負の位相θ11を示すデータを抽出する。そして、制御装置7は、プローブ角度の変化に対して、第1の反射信号の位相が負の極値を示し且つ第2の反射信号の位相が負の極値を示すプローブ角度を、基準プローブ角度として決定する。
次に、本実施形態の高周波特性検査装置の第2動作例を、図7(A)〜図7(C)を参照しながら、以下に説明する。
本動作例では、上述したステップS4における高周波特性検査装置の処理が、第1動作例とは異なっている。
本動作例では、ステップS4において、制御装置7は、プローブ角度の変化に対して、S11パラメータが複素平面上の所定の領域外から所定の領域内に入った時の第1プローブ角度を求める。また、制御装置7は、プローブ角度の変化に対して、S11パラメータが所定の領域内から所定の領域外に出た時の第2プローブ角度を求める。そして、制御装置7は、第1プローブ角度と第2プローブ角度の平均値を、基準プローブ角度として決定する。
図7(A)に示すプローブ角度Aの状態では、プローブ1の第2のグランド端子及びシグナル端子の先端は導電体面22と接触しているが、第1のグランド端子は導電体面22と接触していない。しかしながら、ティルトステージ17を分解能だけ変化させる事で図7(B)の状態になる。
図7(A)に示すプローブ角度Aの状態では、S11パラメータは、複素平面上の領域T外にある。
領域Tは、プローブ1の全てのグランド端子及びシグナル端子の先端が導電体面22と電気的に十分に接触している時に得られるS11パラメータが位置する範囲として設定されることが好ましい。
プローブ1の全てのグランド端子及びシグナル端子の先端が導電体面22と電気的に理想的に接触している時、S11パラメータは、複素平面上において(−1、0)の点に位置する。そこで、本動作例では、領域Tは、複素平面上において点(−1、0)を中心とした半径R内の円領域として設定される。半径Rは、例えば、グランド端子及びシグナル端子の先端の形状、信号の周波数及びシステムノイズ等に基づいて決定され得る。
制御装置7は、ベクトルネットワークアナライザ3及びティルトステージ17を制御して、プローブ角度を少しずつ変化させながら、S11パラメータが領域T内に含まれるか否かを判定する。プローブ角度を変化させる量は、例えば、ティルトステージ17の分解能とすることが、基準プローブ角度を精度よく得る観点から好ましい。
制御装置7は、S11パラメータが複素平面上の領域T外から領域T内に入った時のプローブ角度として、角度Aを得る。
図7(B)に示す状態では、プローブ1の全てのグランド端子及びシグナル端子の先端が導電体面22と接触している。
図7(B)に示す状態では、S11パラメータは、複素平面上の領域T内にある。
更に、制御装置7は、ベクトルネットワークアナライザ3及びティルトステージ17を制御して、プローブ角度を少しずつ変化させながら、S11パラメータが領域T内に含まれるか否かを判定する。
図7(C)は、プローブ角度が角度Bとなった状態を示す。
図7(C)に示すプローブ角度Bの状態では、プローブ1の第1のグランド端子及びシグナル端子の先端は導電体面22と接触しているが、第2のグランド端子は導電体面22と接触していない。しかしながら、ティルトステージ17を分解能だけ変化させる事で図7(B)の状態になる。
図7(C)に示すプローブ角度Bの状態では、S11パラメータは、複素平面上の領域T外にある。
制御装置7は、S11パラメータが領域T内から領域T外に出た時のプローブ角度として、角度Bを得る。
制御装置7は、プローブ角度Bとプローブ角度Aの平均値(A+B)/2を、基準プローブ角度Cとして決定する。
上述した本動作例によれば、第1動作例と同様の効果が奏される。
次に、本実施形態の高周波特性検査装置の第3動作例を、図8(A)〜図8(C)を参照しながら、以下に説明する。
本動作例では、プローブ1がG−S−G−S−Gタイプである点と、上述したステップS3及びステップS4における高周波特性検査装置の処理が、第1動作例とは異なっている。
本動作例では、ステップS3において、制御装置7が、ティルトステージ17を制御して、プローブ角度を変化させることにより、2つのシグナル端子の先端及び3つのグランド端子の先端と導電体面22との接触状態を変化させながら、ベクトルネットワークアナライザ3を制御して、異なるプローブ角度において、第1のシグナル端子及び第2のシグナル端子から高周波信号を導電体面22に出力し且つプローブ1を用いて第1の反射信号及び第2の反射信号を入力して第1のSパラメータ及び第2のSパラメータを求める。
また、本動作例では、ステップS4において、制御装置7は、プローブ角度の変化に対して、第1のSパラメータ及び第2のSパラメータの両方が所定の領域内に入った時の第1プローブ角度を求める。また、制御装置7は、プローブ角度の変化に対して、第1のSパラメータ及び第2のSパラメータの内の少なくとも1つが所定の領域内から所定の領域外に出た時の第2プローブ角度を求める。そして、制御装置7は、第1プローブ角度と第2プローブ角度の平均値を、基準プローブ角度として決定する。
図8(A)に示す状態では、プローブ1の第2及び第3のグランド端子並びに第1及び第2のシグナル端子の先端は導電体面22と接触しているが、第1のグランド端子は導電体面22と接触していない。しかしながら、ティルトステージ17を分解能だけ変化させる事で図8(B)の状態になる。
図8(A)に示す状態では、第1のシグナル端子から入力した第1の反射信号のS11パラメータは、複素平面上の領域T外にあり、第2のシグナル端子から入力した第2の反射信号のS11パラメータは、複素平面上の領域T内にある。
制御装置7は、ベクトルネットワークアナライザ3及びティルトステージ17を制御して、プローブ角度を少しずつ変化させながら、2つのS11パラメータが領域T内に含まれるか否かを判定する。
制御装置7は、2つのS11パラメータの両方が領域T内に入った時のプローブ角度として、角度Aを得る。
図8(B)に示す状態では、プローブ1の3つのグランド端子及び2つシグナル端子の先端が導電体面22と接触している。
図8(B)に示す状態では、第1のシグナル端子から入力した第1の反射信号のS11パラメータ及び第2のシグナル端子から入力した第2の反射信号のS11パラメータは、共に複素平面上の領域T内にある。
更に、制御装置7は、ベクトルネットワークアナライザ3及びティルトステージ17を制御して、プローブ角度を少しずつ変化させながら、S11パラメータが領域T内に含まれるか否かを判定する。
図8(C)は、プローブ角度が角度Bとなった状態を示す。
図8(C)に示すプローブ角度Bの状態では、プローブ1の第1及び第2のグランド端子並びに第1及び第2のシグナル端子の先端は導電体面22と接触しているが、第3のグランド端子は導電体面22と接触していない。しかしながら、ティルトステージ17を分解能だけ変化させる事で図8(B)の状態になる。
図8(C)に示すプローブ角度Bの状態では、第1のシグナル端子から入力した第1の反射信号のS11パラメータは、複素平面上の領域T内にあり、第2のシグナル端子から入力した第2の反射信号のS11パラメータは、複素平面上の領域T外にある。
制御装置7は、第1のS11パラメータ及び第2のS11パラメータの内の少なくとも1つ(本動作例では、第2のS11パラメータ)が領域T内から領域T外に出た時のプローブ角度として、角度Bを得る。
制御装置7は、プローブ角度Bとプローブ角度Aの平均値(B+A)/2を、基準プローブ角度Cとして決定する。
上述した本動作例によれば、第1動作例と同様の効果が奏される。
本発明では、上述した実施形態の方法、高周波特性検査装置、プログラム及び記憶媒体は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、反射信号のSパラメータとして、S11パラメータを用いていたが、反射信号のSパラメータは、他のパラメータを用いてもよい。例えば、反射信号のSパラメータとして、S22パラメータを用いてもよい。
1 プローブ
2 サンプルステージ
2a 並進ステージ
2b 回転ステージ
3 ベクトルネットワークアナライザ
4 周波数拡張ユニット
5 台座
7 制御装置(コンピュータ)
8 高周波特性検査装置
16 プローブステージ
17 ティルトステージ(駆動部)
19 DUT
20 顕微鏡
21 基板
22 導電体面

Claims (13)

  1. 制御部と、
    前記制御部により制御されるベクトルネットワークアナライザと、
    被試験装置が載置される平坦な載置面を有するステージと、
    前記ベクトルネットワークアナライザとの間で信号の送受信が可能なシグナル端子及びグランド端子を有するプローブであって、前記シグナル端子の先端及び前記グランド端子の先端と前記被試験装置との接触状態を、回転軸を中心として回転することにより変更可能なプローブと、
    前記制御部により制御され、前記プローブを前記回転軸の周りに回転させる駆動部と、
    を備える高周波特性検査装置において、前記プローブの前記回転軸の周りの基準角度を決定する方法であって、
    前記制御部が、前記駆動部を制御して、前記プローブの前記回転軸周りの角度を変化させることにより、前記シグナル端子の先端及び前記グランド端子の先端と、前記ステージの前記載置面上に載置された平坦な導電体面を有する基板の前記導電体面との接触状態を変化させながら、前記ベクトルネットワークアナライザを制御して、前記プローブの前記回転軸周りの異なる角度において、前記シグナル端子から高周波信号を前記導電体面に出力し且つ前記プローブを用いて反射信号を受信してSパラメータを求めることと、
    前記制御部が、複数の前記Sパラメータに基づいて、前記シグナル端子の先端と前記グランド端子の先端とを結んで形成される基準線と前記導電体面とが平行となる前記プローブの前記回転軸周りの前記基準角度を決定することであって、複数の前記Sパラメータに基づいて複数の反射信号の位相を求めることと、前記プローブの前記回転軸周りの角度の変化に対して、反射信号の位相が負の値であって極大値を示す角度を、前記プローブの前記回転軸の周りの前記基準角度として決定すること
    を含む方法。
  2. 前記プローブは、1つの前記シグナル端子を有する請求項に記載の方法。
  3. 前記プローブは、2つの前記シグナル端子を有し、
    前記Sパラメータを前記求めることは、
    前記制御部が、前記駆動部を制御して、前記プローブの前記回転軸周りの角度を変化させることにより、前記シグナル端子の先端及び前記グランド端子の先端と前記導電体面との接触状態を変化させながら、前記ベクトルネットワークアナライザを制御して、前記プローブの前記回転軸周りの異なる角度において、第1の前記シグナル端子及び第2の前記シグナル端子から高周波信号を前記導電体面に出力し且つ前記プローブを用いて第1の反射信号及び第2の反射信号を受信して第1の前記Sパラメータ及び第2の前記Sパラメータを求めることを含み、
    前記基準角度を前記決定することは、
    前記制御部が、
    複数の第1の前記Sパラメータに基づいて複数の第1の反射信号の位相を求め且つ複数の第2の前記Sパラメータに基づいて複数の第2の反射信号の位相を求めることと、
    前記プローブの前記回転軸周りの角度の変化に対して、第1の反射信号の位相が負の値であって極大値を示し且つ第2の反射信号の位相が負の値であって極大値を示す角度を、前記プローブの前記回転軸の周りの前記基準角度として決定すること、
    を含む請求項に記載の方法。
  4. 制御部と、
    前記制御部により制御されるベクトルネットワークアナライザと、
    被試験装置が載置される平坦な載置面を有するステージと、
    前記ベクトルネットワークアナライザとの間で信号の送受信が可能なシグナル端子及びグランド端子を有するプローブであって、前記シグナル端子の先端及び前記グランド端子の先端と前記被試験装置との接触状態を、回転軸を中心として回転することにより変更可能なプローブと、
    前記制御部により制御され、前記プローブを前記回転軸の周りに回転させる駆動部と、
    を備える高周波特性検査装置において、前記プローブの前記回転軸の周りの基準角度を決定する方法であって、
    前記制御部が、前記駆動部を制御して、前記プローブの前記回転軸周りの角度を変化させることにより、前記シグナル端子の先端及び前記グランド端子の先端と、前記ステージの前記載置面上に載置された平坦な導電体面を有する基板の前記導電体面との接触状態を変化させながら、前記ベクトルネットワークアナライザを制御して、前記プローブの前記回転軸周りの異なる角度において、前記シグナル端子から高周波信号を前記導電体面に出力し且つ前記プローブを用いて反射信号を受信してSパラメータを求めることと、
    前記制御部が、複数の前記Sパラメータに基づいて、前記シグナル端子の先端と前記グランド端子の先端とを結んで形成される基準線と前記導電体面とが平行となる前記プローブの前記回転軸周りの前記基準角度を決定することであって、前記プローブの前記回転軸周りの角度の変化に対して、前記Sパラメータが複素平面上の所定の領域外から当該所定の領域内に入った時の前記プローブの前記回転軸周りの第1角度を求めることと、前記プローブの前記回転軸周りの角度の変化に対して、前記Sパラメータが前記所定の領域内から前記所定の領域外に出た時の前記プローブの前記回転軸周りの第2角度を求めることと、前記第1角度と前記第2角度の平均値を、前記プローブの前記回転軸周りの前記基準角度として決定すること、
    を含む方法。
  5. 前記プローブは、1つの前記シグナル端子を有する請求項に記載の方法。
  6. 前記プローブは、2つの前記シグナル端子を有し、
    前記Sパラメータを前記求めることは、
    前記制御部が、前記駆動部を制御して、前記プローブの前記回転軸周りの角度を変化させることにより、前記シグナル端子の先端及び前記グランド端子の先端と前記導電体面との接触状態を変化させながら、前記ベクトルネットワークアナライザを制御して、前記プローブの前記回転軸周りの異なる角度において、第1の前記シグナル端子及び第2の前記シグナル端子から高周波信号を前記導電体面に出力し且つ前記プローブを用いて第1の反射信号及び第2の反射信号を受信して第1の前記Sパラメータ及び第2の前記Sパラメータを求めることを含み、
    前記基準角度を前記決定することは、
    前記制御部が、
    前記プローブの前記回転軸の周りの角度の変化に対して、第1の前記Sパラメータ及び第2の前記Sパラメータの両方が前記所定の領域内に入った時の前記プローブの前記回転軸周りの前記第1角度を求めることと、
    前記プローブの前記回転軸の周りの角度の変化に対して、第1の前記Sパラメータ及び第2の前記Sパラメータの内の少なくとも1つが前記所定の領域内から当該所定の領域外に出た時の前記プローブの前記回転軸周りの第2角度を求めることと、
    前記第1角度と前記第2角度の平均値を、前記プローブの前記回転軸周りの前記基準角度として決定すること、
    を含む請求項に記載の方法。
  7. 前記Sパラメータを前記求めることは、
    前記制御部が、
    前記導電体面と、前記シグナル端子の先端及び前記グランド端子の先端の内の少なくとも1つとを接触させた状態を基準として、前記駆動部を制御して、前記プローブの前記回転軸の周りの角度を所定の範囲内で変化させること、
    を含む請求項1〜の何れか一項に記載の方法。
  8. 制御部と、
    前記制御部により制御されるベクトルネットワークアナライザと、
    被試験装置が載置される平坦な載置面を有するステージと、
    前記ベクトルネットワークアナライザとの間で信号の送受信が可能なシグナル端子及びグランド端子を有するプローブであって、前記シグナル端子の先端及び前記グランド端子の先端と前記被試験装置との接触状態を、回転軸を中心として回転することにより変更可能なプローブと、
    前記制御部により制御され、前記プローブを前記回転軸の周りに回転させる駆動部と、
    を備える高周波特性検査装置であって、
    前記制御部は、
    前記駆動部を制御して、前記プローブの前記回転軸周りの角度を変化させることにより、前記シグナル端子の先端及び前記グランド端子の先端と、前記ステージの前記載置面上に載置された平坦な導電体面を有する基板の前記導電体面との接触状態を変化させながら、前記ベクトルネットワークアナライザを制御して、前記プローブの前記回転軸周りの異なる角度において、前記シグナル端子から高周波信号を前記導電体面に出力し且つ前記プローブを用いて反射信号を受信してSパラメータを求めることと、
    複数の前記Sパラメータに基づいて、前記シグナル端子の先端と前記グランド端子の先端とを結んで形成される基準線と前記導電体面とが平行となる前記プローブの前記回転軸周りの前記基準角度を決定することであって、複数の前記Sパラメータに基づいて複数の反射信号の位相を求めることと、前記プローブの前記回転軸周りの角度の変化に対して、反射信号の位相が負の値であって極大値を示す角度を、前記プローブの前記回転軸の周りの前記基準角度として決定すること
    を実行する高周波特性検査装置。
  9. コンピュータと、
    前記コンピュータにより制御されるベクトルネットワークアナライザと、
    被試験装置が載置される平坦な載置面を有するステージと、
    前記ベクトルネットワークアナライザとの間で信号の送受信が可能なシグナル端子及びグランド端子を有するプローブであって、前記シグナル端子の先端及び前記グランド端子の先端と前記被試験装置との接触状態を、回転軸を中心として回転することにより変更可能なプローブと、
    前記コンピュータにより制御され、前記プローブを前記回転軸周りに回転させる駆動部と、
    を備える高周波特性検査装置において、前記プローブの前記回転軸周りの基準角度を決定することをコンピュータに実行させるコンピュータプログラムあって、
    前記駆動部を制御して、前記プローブの前記回転軸周りの角度を変化させることにより、前記シグナル端子の先端及び前記グランド端子の先端と、前記ステージの前記載置面上に載置された平坦な導電体面を有する基板の前記導電体面との接触状態を変化させながら、前記ベクトルネットワークアナライザを制御して、前記プローブの前記回転軸周りの異なる角度において、前記シグナル端子から高周波信号を前記導電体面に出力し且つ前記プローブを用いて反射信号を受信してSパラメータを求めることと、
    複数の前記Sパラメータに基づいて、前記シグナル端子の先端と前記グランド端子の先端とを結んで形成される基準線と前記導電体面とが平行となる前記プローブの前記回転軸周りの前記基準角度を決定することであって、複数の前記Sパラメータに基づいて複数の反射信号の位相を求めることと、前記プローブの前記回転軸周りの角度の変化に対して、反射信号の位相が負の値であって極大値を示す角度を、前記プローブの前記回転軸の周りの前記基準角度として決定すること
    をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。
  10. コンピュータと、
    前記コンピュータにより制御されるベクトルネットワークアナライザと、
    被試験装置が載置される平坦な載置面を有するステージと、
    前記ベクトルネットワークアナライザとの間で信号の送受信が可能なシグナル端子及びグランド端子を有するプローブであって、前記シグナル端子の先端及び前記グランド端子の先端と前記被試験装置との接触状態を、回転軸を中心として回転することにより変更可能なプローブと、
    前記コンピュータにより制御され、前記プローブを前記回転軸の周りに回転させる駆動部と、
    を備える高周波特性検査装置において、前記プローブの前記回転軸周りの基準角度を決定することをコンピュータに実行させるコンピュータプログラムを記憶する非一時的な記憶媒体であって、
    前記駆動部を制御して、前記プローブの前記回転軸周りの角度を変化させることにより、前記シグナル端子の先端及び前記グランド端子の先端と、前記ステージの前記載置面上に載置された平坦な導電体面を有する基板の前記導電体面との接触状態を変化させながら、前記ベクトルネットワークアナライザを制御して、前記プローブの前記回転軸周りの異なる角度において、前記シグナル端子から高周波信号を前記導電体面に出力し且つ前記プローブを用いて反射信号を受信してSパラメータを求めることと、
    複数の前記Sパラメータに基づいて、前記シグナル端子の先端と前記グランド端子の先端とを結んで形成される基準線と前記導電体面とが平行となる前記プローブの前記回転軸周りの前記基準角度を決定することであって、複数の前記Sパラメータに基づいて複数の反射信号の位相を求めることと、前記プローブの前記回転軸周りの角度の変化に対して、反射信号の位相が負の値であって極大値を示す角度を、前記プローブの前記回転軸の周りの前記基準角度として決定すること
    をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムを記憶する非一時的な記憶媒体。
  11. 制御部と、
    前記制御部により制御されるベクトルネットワークアナライザと、
    被試験装置が載置される平坦な載置面を有するステージと、
    前記ベクトルネットワークアナライザとの間で信号の送受信が可能なシグナル端子及びグランド端子を有するプローブであって、前記シグナル端子の先端及び前記グランド端子の先端と前記被試験装置との接触状態を、回転軸を中心として回転することにより変更可能なプローブと、
    前記制御部により制御され、前記プローブを前記回転軸の周りに回転させる駆動部と、
    を備える高周波特性検査装置であって、
    前記制御部は、
    前記駆動部を制御して、前記プローブの前記回転軸周りの角度を変化させることにより、前記シグナル端子の先端及び前記グランド端子の先端と、前記ステージの前記載置面上に載置された平坦な導電体面を有する基板の前記導電体面との接触状態を変化させながら、前記ベクトルネットワークアナライザを制御して、前記プローブの前記回転軸周りの異なる角度において、前記シグナル端子から高周波信号を前記導電体面に出力し且つ前記プローブを用いて反射信号を受信してSパラメータを求めることと、
    複数の前記Sパラメータに基づいて、前記シグナル端子の先端と前記グランド端子の先端とを結んで形成される基準線と前記導電体面とが平行となる前記プローブの前記回転軸周りの前記基準角度を決定することであって、前記プローブの前記回転軸周りの角度の変化に対して、前記Sパラメータが複素平面上の所定の領域外から当該所定の領域内に入った時の前記プローブの前記回転軸周りの第1角度を求めることと、前記プローブの前記回転軸周りの角度の変化に対して、前記Sパラメータが前記所定の領域内から前記所定の領域外に出た時の前記プローブの前記回転軸周りの第2角度を求めることと、前記第1角度と前記第2角度の平均値を、前記プローブの前記回転軸周りの前記基準角度として決定すること、
    を実行する高周波特性検査装置。
  12. コンピュータと、
    前記コンピュータにより制御されるベクトルネットワークアナライザと、
    被試験装置が載置される平坦な載置面を有するステージと、
    前記ベクトルネットワークアナライザとの間で信号の送受信が可能なシグナル端子及びグランド端子を有するプローブであって、前記シグナル端子の先端及び前記グランド端子の先端と前記被試験装置との接触状態を、回転軸を中心として回転することにより変更可能なプローブと、
    前記コンピュータにより制御され、前記プローブを前記回転軸周りに回転させる駆動部と、
    を備える高周波特性検査装置において、前記プローブの前記回転軸周りの基準角度を決定することをコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであって、
    前記駆動部を制御して、前記プローブの前記回転軸周りの角度を変化させることにより、前記シグナル端子の先端及び前記グランド端子の先端と、前記ステージの前記載置面上に載置された平坦な導電体面を有する基板の前記導電体面との接触状態を変化させながら、前記ベクトルネットワークアナライザを制御して、前記プローブの前記回転軸周りの異なる角度において、前記シグナル端子から高周波信号を前記導電体面に出力し且つ前記プローブを用いて反射信号を受信してSパラメータを求めることと、
    複数の前記Sパラメータに基づいて、前記シグナル端子の先端と前記グランド端子の先端とを結んで形成される基準線と前記導電体面とが平行となる前記プローブの前記回転軸周りの前記基準角度を決定することであって、前記プローブの前記回転軸周りの角度の変化に対して、前記Sパラメータが複素平面上の所定の領域外から当該所定の領域内に入った時の前記プローブの前記回転軸周りの第1角度を求めることと、前記プローブの前記回転軸周りの角度の変化に対して、前記Sパラメータが前記所定の領域内から前記所定の領域外に出た時の前記プローブの前記回転軸周りの第2角度を求めることと、前記第1角度と前記第2角度の平均値を、前記プローブの前記回転軸周りの前記基準角度として決定すること、
    をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。
  13. コンピュータと、
    前記コンピュータにより制御されるベクトルネットワークアナライザと、
    被試験装置が載置される平坦な載置面を有するステージと、
    前記ベクトルネットワークアナライザとの間で信号の送受信が可能なシグナル端子及びグランド端子を有するプローブであって、前記シグナル端子の先端及び前記グランド端子の先端と前記被試験装置との接触状態を、回転軸を中心として回転することにより変更可能なプローブと、
    前記コンピュータにより制御され、前記プローブを前記回転軸の周りに回転させる駆動部と、
    を備える高周波特性検査装置において、前記プローブの前記回転軸周りの基準角度を決定することをコンピュータに実行させるコンピュータプログラムを記憶する非一時的な記憶媒体であって、
    前記駆動部を制御して、前記プローブの前記回転軸周りの角度を変化させることにより、前記シグナル端子の先端及び前記グランド端子の先端と、前記ステージの前記載置面上に載置された平坦な導電体面を有する基板の前記導電体面との接触状態を変化させながら、前記ベクトルネットワークアナライザを制御して、前記プローブの前記回転軸周りの異なる角度において、前記シグナル端子から高周波信号を前記導電体面に出力し且つ前記プローブを用いて反射信号を受信してSパラメータを求めることと、
    複数の前記Sパラメータに基づいて、前記シグナル端子の先端と前記グランド端子の先端とを結んで形成される基準線と前記導電体面とが平行となる前記プローブの前記回転軸周りの前記基準角度を決定することであって、前記プローブの前記回転軸周りの角度の変化に対して、前記Sパラメータが複素平面上の所定の領域外から当該所定の領域内に入った時の前記プローブの前記回転軸周りの第1角度を求めることと、前記プローブの前記回転軸周りの角度の変化に対して、前記Sパラメータが前記所定の領域内から前記所定の領域外に出た時の前記プローブの前記回転軸周りの第2角度を求めることと、前記第1角度と前記第2角度の平均値を、前記プローブの前記回転軸周りの前記基準角度として決定すること、
    をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムを記憶する非一時的な記憶媒体。
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