JP7028430B2 - 高周波プローブ位置補正技術 - Google Patents
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高周波インピーダンス測定等の高周波検査において使用される高周波特性検査装置には、測定部材として、その先端に測定信号をDUT(被試験装置、被測定回路網)に入力、或いはDUTから出力するシグナル端子(S)および接地されたグランド端子(G)が離間し並行して配設された高周波プローブ(S-Gタイプ、またはG-Sタイプ)や、その先端にシグナル端子(S)を挟むように2本のグランド端子(G,G)が各離間し並行して配設された高周波プローブ(G-S-Gタイプ)などが使用されている。
校正は検査用の所定の基準パターンをステージ上に用意し、たとえば、図7に示す校正用の基準器を用いてZ軸方向の調整(プローブ押付け量)を行なった後、所定の校正用の基準器(例えば、THRU,SHORT,LOAD基準器、図1~図3)に移動して、目視(図4、比較例1)、或いは、PC制御等により予め決められた量プローブを平行移動させる(図4、比較例2)ことによって高周波プローブのXY位置を決めてから所定の電気的検査を行うのが一般的である(非特許文献1、2)。
なお、適用する校正手法によっては、校正用の基準器としてOPEN,LINE基準器(図12)を利用する場合もある。
さらにX方向に1mm移動してSHORT基準器、というようにステージを平行移動させてプローブを配置する。
この時、ステージのXY軸と基板(DUT)のXY軸が不一致の場合、上述のようにステージを平行移動させても狙いの基準器上に正しくプローブを配することができない。
そのため、ステージのXY軸を固定したままθ軸を回転させることで、ステージのXY軸と基板のXY軸を一致させる。
詳しくは、顕微鏡像で2つの補正用パターンの各々が顕微鏡中央に来る時のステージのXY座標情報から基板のXY軸とステージのXY軸のオフセット量を求めてθ軸の調整量を算出していた(図9)。
この場合、ステージのθ軸を実際に動かして補正するハード補正と、θ軸のズレを考慮してXY軸の移動量をソフトウェア上で補正するソフト補正の双方が用いられている。
本発明は、高周波プローブから基板上の位置決め用パターン(以降、単にパターン、または基準パターンと呼ぶ)に高周波を放出してその反射波・透過波を測定したSパラメータの測定値をフィードバックして得た座標に基づいてθ軸補正を行なう構成とした。
図5に示したShort型或いはLoad型の位置決め用パターンを用いて、特許文献1に記載の手法をさらに改善したアルゴリズムにより位置決め用パターンの座標を高精度に取得する(図8)。
前記回転ステージはX,Y,Z方向に可動し、回転軸の周りをXY平面で回転するように構成され、
前記プローブは、前記回転ステージに同時に接地するように等間隔に整列されたグランド端子とシグナル端子(S端子)とグランド端子(以降、GSG端子と呼ぶ)を備え、
前記GSG端子の整列する方向と前記回転ステージのX方向は平行に調整されている場合において、
その1辺に平行に所定形状の位置決め用パターン(以後単にパターンとよぶ)を前記基板に平行に2個配置した前記基板を、前記回転ステージの上に前記1辺と前記回転ステージの固定されたX軸が略平行になるように載置し、
前記プローブのGSG端子を前記基板の上方から前記パターンにコンタクトして前記S端子から高周波を放出して得られるその反射波のSパラメータを解析して前記パターンとのコンタクト位置(Z軸座標)を決定し、
前記パターンにおいて、前記回転ステージを操作して、前記プローブをその上方から前記決定されたコンタクト位置(Z軸座標)に関してリリースとコンタクトを繰り返し移動しながら、前記S端子から高周波を放出して得られる反射波のSパラメータを解析して前記パターンの中心の前記回転ステージ上のX座標、Y座標を取得し、
前記取得した2つの位置決め用パターンの前記中心のX座標、Y座標に基づいて、前記基板のX軸と前記回転ステージのX軸のオフセットを算出し、
前記算出したオフセット分だけ前記回転ステージを前記回転軸の周りに逆に回転させて、前記オフセットを解消することを特徴とする方法。
前記回転ステージに代って前記プローブステージを操作して、前記プローブを移動させて前記パターンの中心の前記プローブステージ上のX座標、Y座標を取得し、
前記取得した2つの位置決め用パターンの前記中心のX座標、Y座標に基づいて、前記基板のX軸と前記プローブステージのX軸のオフセットを算出し、
前記算出したオフセット分だけ前記プローブステージを前記プローブステージに係る回転軸の周りに逆に回転させて、前記オフセットを解消することを特徴とする(1)に記載の方法。
(4) 前記位置決め用パターンは、矩形部に短手方向に凸部を接続した櫛形形状をして、
前記位置決め用パターンの中心について、
前記X座標は、前記矩形部の前記凸部の反対側の端部に係るX座標であって、
前記Y座標は、前記矩形部の前記凸部の両端部の中心に係るY座標で定められることを特徴とする(3)に記載の方法。
(5) 前記位置決め用パターンは、LOAD型基準器またはSHORT型基準器に前記凸部を接続したことを特徴とする(4)に記載の方法。
(6) 前記オフセットは、数式(1)で表されるオフセット角であることを特徴とする(5)に記載の方法。
ただし、数式(1)において前記取得した2つの位置決め用パターンの前記中心の前記回転ステージの、または、前記プローブステージのX座標、Y座標をそれぞれ、X1,X2,Y1,Y2とする。
(8) さらに前記基板は前記位置決め用パターンと所定の間隔をあけて前記位置決め用パターンと平行に配置された校正用の基準器を備え、(1)乃至(6)のいずれかに記載の方法において前記算出したオフセット分だけ前記回転ステージおよび前記プローブステージを当該回転軸の周りに逆に回転させて、前記オフセットを解消する代わりに、
前記回転ステージまたは前記プローブステージを前記中心のいずれかから数式(2)により算出されるX値、Y値だけ移動させて、前記校正用の基準器で前記高周波特性検査装置の校正を行うことを特徴とする方法。
ただし、数式(2)においてX方向においてXn、Y方向においてYnを前記所定の間隔とし、前記θは前記算出したオフセットとする。
(9) さらに前記回転ステージおよび前記プローブステージの移動および前記VNAを制御する制御装置を備えた前記高周波特性検査装置において、前記制御装置において(7)または(8)のいずれかに記載の方法を実行することを特徴とするプログラムおよびプログラムを記録した記憶媒体。
具体的には本発明の実施によって、理論値としてはステージの移動分解能である20nm精度で位置決め用パターンの座標を決定することができる。
実用上は高精度動作をさせると座標取得に要する時間が膨大になってしまうため、0.1μm~程度で取得する。
そのようにして得た位置決め用パターンの座標を用いて、最高0.0002°、実用上も0.001°~程度でθ軸角度を調整・補正することができるようになった。
図6は本発明に使用した高周波特性検査装置の概略構成を表す図である。
なお本実施例では、基板とその上に規則的に配された基準器とは、矩形状の基板の一辺と基準器の基準軸または一辺が平行であることを仮定するが、本発明は、その基準器が規則的にオフセット角をもって配置されている基板であっても、適宜変更実施できることは言うまでもない。
そこで、本実施例ではパターン内部へのコンタクトを抑制することによって、再現性を高めることができる手法を提案する。
LOAD型の場合、例えば、矩形部は50×600(μm)、凸部は、20×20(μm)である。
厚み方向は双方とも5μm程度である。
本実施例では、単一のプローブのみを用いて位置決めが可能である。
すなわち、ステージを少しずつ上昇させながらVNAによる測定値であるSパラメータの反射係数の急峻な変化を検知して、その時のZ座標をコンタクト位置と定義する。
そのため、パターンの端部のX座標を決定することができる。
パターン凸部のY方向の一方の端部から10μm程度離れた位置にプローブを配する。
パターンの他方の端部に近づくように少しずつステージのY座標を変えながら反射係数が急激に変化する点を検出し、パターンの端部のY座標を決定することができる。
この時のX、Y座標を位置決め用パターンの中心として記録する(S4)。
得られたX,Y座標の組から、下式によりθ軸の補正値を算出する(S9)。
例えば基準パターンからX方向に1mm移動してTHRU基準に移動したい場合は、Xn=1mm、Yn=0mmとし、式(1)で導かれた角度補正値θによって算出されたX,Y値だけステージを移動すれば、目的のTHRU基準に移動することが可能である。
本実施例では図5(b)に示すShort型基準器を使用するが、図5(a)に示したLoad型のパターンでも同様の動作を行なうことができる。
プローブのステージに回転軸を調整するステージが設置されていない場合は、実際例1記載のソフト補正のみが利用可能である。
2 可動ステージ(サンプルステージ、回転ステージ)
3 VNA(計測装置)
4 周波数拡張ユニット
5 抵抗体
6 ステージコントローラ
7 制御装置
8 高周波特性検査装置
9 THRU基準器
10 LOAD基準器
11 SHORT基準器
12 シグナル領域(信号領域)
13 グランド領域
14a、14b シグナル端子(S)
15a、15b、15c、15d グランド端子(G)
16 プローブステージ
17 ティルトステージ
18 回転系(θ軸)オートステージ
19 DUT
20 OPEN基準器
21 LINE基準器
Claims (11)
- ベクトルネットワークアナライザーに周波数拡張ユニットを介して接続されたプローブが接触し得る水平な第1のステージを備えた高周波特性検査装置において、
前記プローブは、前記第1のステージに同時に接触するように整列された少なくとも1のグランド端子と少なくとも1のシグナル端子とを含む端子を備え、
基板上には、当該基板のある辺に平行に且つ一直線上に、所定形状の2つの位置決め用パターンが配置されており、
前記グランド端子及び前記シグナル端子が整列する方向と前記第1のステージのX方向は平行に調整され、前記基板が、前記第1のステージの上に、前記ある辺と前記第1のステージのX軸が略平行になるように載置されている状態において、
前記端子を前記基板の上方から前記位置決め用パターンにコンタクトさせて前記シグナル端子から高周波を放出して得られる反射波のSパラメータを解析して前記位置決め用パターンとのコンタクト位置のZ座標を決定し、
前記位置決め用パターンの各々について、決定された前記Z座標で前記端子と前記基板とのコンタクトと当該コンタクトのリリースとを前記基板上の異なる位置で繰り返しながら、前記シグナル端子から高周波を放出して得られる反射波のSパラメータを解析して、前記位置決め用パターンの基準となる点のX座標及びY座標を取得し、
前記位置決め用パターンの各々について取得された前記X座標及びY座標に基づいて、前記基板のX軸のオフセット角を算出する
方法。 - 前記第1のステージは、X、Y及びZ方向に可動し、回転軸の周りをXY平面で回転する回転ステージであり、
前記回転ステージを操作して、前記位置決め用パターンの基準となる点の、前記回転ステージにおけるX座標及びY座標を取得し、
前記位置決め用パターンの各々について取得された前記X座標及びY座標に基づいて、前記基板のX軸と前記第1のステージのX軸とのオフセット角を算出し、
算出される前記オフセット角だけ前記回転ステージを前記回転軸の周りに逆に回転させる
請求項1記載の方法。 - 前記高周波特性検査装置は、
前記プローブを前記第1のステージのXY平面と平行な平面で回転させる第2の回転軸を有し、前記プローブをX、Y及びZ方向に可動する第2のステージをさらに備え、
前記第2のステージを操作して、前記位置決め用パターンの基準となる点の、前記第2のステージにおけるX座標及びY座標を取得し、
前記位置決め用パターンの各々について取得された前記X座標及びY座標に基づいて、前記基板のX軸と前記第2のステージのX軸とのオフセット角を算出し、
算出された前記オフセットに基づき算出されるオフセット角だけ前記第2のステージを前記第2の回転軸の周りに逆に回転させる
請求項1記載の方法。 - 前記Sパラメータの解析は、前記反射波の反射特性における位相又は反射係数の解析である
請求項2又は3記載の方法。 - 前記位置決め用パターンは、矩形部に対して当該矩形部の短手方向に凸部を接続した櫛形形状をしており、
前記位置決め用パターンの基準となる点について、
前記X座標は、前記矩形部の前記凸部の反対側の端部に係るX座標であって、
前記Y座標は、前記矩形部の前記凸部の両端部の中心に係るY座標で定められる
請求項2又は3記載の方法。 - 前記位置決め用パターンは、LOAD型基準器またはSHORT型基準器に前記凸部を接続したことを特徴とする請求項5記載の方法。
- 前記基板は、前記位置決め用パターンと所定の間隔をあけて前記位置決め用パターンと平行に配置された校正用の基準器をさらに備え、
前記回転の後、前記位置決め用パターンの基準となる点から前記所定の間隔だけ前記プローブを相対的に移動させて、前記校正用の基準器で前記高周波特性検査装置の校正をさらに行う請求項2又は3記載の方法。 - 前記第1のステージは、X、Y及びZ方向に可動し、回転軸の周りをXY平面で回転する回転ステージであり、
前記基板は、前記位置決め用パターンと所定の間隔をあけて前記位置決め用パターンと平行に配置された校正用の基準器をさらに備え、
前記位置決め用パターンの各々について、前記回転ステージを操作して、前記位置決め用パターンの基準となる点の、前記回転ステージにおけるX座標及びY座標を取得し、
前記位置決め用パターンの各々について取得された前記X座標をX1及びX2とし、前記位置決め用パターンの各々について取得された前記Y座標をY1及びY2とした場合、前記オフセット角θを、
前記所定の間隔が、X方向においてXn、Y方向においてYnで規定される場合において、
請求項1記載の方法。 - 前記高周波特性検査装置は、
前記プローブを前記第1のステージのXY平面と平行な平面で回転させる第2の回転軸を有し、前記プローブをX、Y及びZ方向に可動する第2のステージをさらに備え、
前記基板は、前記位置決め用パターンと所定の間隔をあけて前記位置決め用パターンと平行に配置された校正用の基準器をさらに備え、
前記位置決め用パターンの各々について、前記第2のステージを操作して、前記位置決め用パターンの基準となる点の、前記第2のステージにおけるX座標及びY座標を取得し、
前記位置決め用パターンの各々について取得された前記X座標をX1及びX2とし、前記位置決め用パターンの各々について取得された前記Y座標をY1及びY2とした場合、前記オフセット角θを、
前記所定の間隔が、X方向においてXn、Y方向においてYnで規定される場合において、
請求項1記載の方法。 - 前記高周波特性検査装置の制御装置に、請求項1乃至10のいずれか1つ記載の方法を実行させるためのプログラム。
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