JP7062011B2

JP7062011B2 - 交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（ｒｆ）プローブ

Info

Publication number: JP7062011B2
Application number: JP2019547230A
Authority: JP
Inventors: セルテル、クビレイ
Original assignee: オハイオステートイノベーションファウンデーション
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2017-11-15
Publication date: 2022-05-02
Anticipated expiration: 2037-11-15
Also published as: KR20190091284A; KR102619414B1; EP3542136A4; KR102412571B1; US20190310315A1; KR20220087580A; EP3542136A1; EP3542136B1; US11112454B2; WO2018093858A1; JP2019537914A

Description

本出願は、２０１６年１１月１５日に出願された米国仮特許出願第６２／４２２，２２０号に対する優先権及び利益を主張し、同出願は、参照により完全に組み込まれ、本明細書の一部をなす。

本発明は、ＮａｖａｌＲｅｓｅａｒｃｈのオフィスによって授与されたグラント番号２０１８３６の政府支援を用いてなされた。政府は、本発明において一定の権利を有する。

ＲＦプローブは、典型的には、ＤＣ～数十ＧＨｚの範囲の周波数の半導体デバイス及び集積回路（integrated circuit、ＩＣ）のオンチップ特性評価に使用される。１００ＧＨｚを超える周波数では、導波管ベースの周波数延長器は、ベクトルネットワーク分析器（vector network analyzer、ＶＮＡ）、スペクトル分析器、及び他のツールなどの従来の測定機器と共に使用される。標準的な矩形導波管トポロジーに起因して、これらのプローブの測定帯域幅は、多くの場合、基本導波管モード周波数に限定される。プローブ先端部は、多くの場合、３導体のグランド－シグナル－グランド（ground-signal-ground、ＧＳＧ）金属被覆の形態であり、挿入損失を最小限に抑えるために、導波管フランジに注意深く遷移される。プローブは、試験中、チップとの物理的接触を必要とする。プローブ先端部は、典型的には、精密機械加工又は精密機械作製を必要とする薄いシリコンチップ（例えば、ＤｏｍｉｎｉｏｎＭｉｃｒｏＰｒｏｂｅｓＩｎｃ．を参照されたい）、薄膜マイクロスチル線（例えば、ＣａｓｃａｄｅＭｉｃｒｏｔｅｃｈＩｎｃ．を参照されたい）、又はマイクロ同軸伝送線（例えば、ＧＧＢＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓを参照されたい）の形態で製造される。また、プローブ先端部は、機械的クランプを介してプローブ本体に固定される。したがって、これらは測定セットアップにおいて振動を受けやすく、接触中に応力下で屈曲する。加えて、鋭利な先端部は、多くの場合、ウエハ上の薄いパッシベーション層を破壊して、パッドと電気的に接触させるために使用される。このプロセスは、プローブ先端部に過度の物理的ストレスを与え、接触プローブの寿命を更に制限する。より重要なことに、テラヘルツ（terahertz、ＴＨｚ）周波数プローブの場合、プローブ先端部と試験チップとの間の接触力が閾値未満に保たれない限り、先端部金属被覆は典型的には摩耗し、有害なミスマッチをもたらす。この時点で、損傷したプローブ先端部は、性能を回復するためにベンダーによって交換される必要がある。

更に、非常に高い周波数（ミリ波及びテラヘルツ帯）でのオンウエハ装置及び集積回路試験に使用される接触プローブは、高精度の精密機械加工のために非常に高価であり、それらの物理的サイズ及び試験ウエハとの間で数百回行われる物理的接触のために非常に脆弱である。従来利用可能なプローブは、固定されたプローブ先端部を有し、通常の使用に起因して摩耗及び裂けやすい。先端部が経時的に損傷すると、製造業者は先端部を保守点検しなければならず、これは別の高価で時間がかかるプロセスであり、典型的には数週間～数ヶ月かかり、その間、使用者は待機しなければならず、作業を続けることができない場合がある。

理想的な条件下では、接触プローブは非常に効果的であり、長いライフサイクルを呈することができる。例えば、ＤＭＰＩＩｎｃ．は、それらのプローブの定格を数万の接触サイクルとしている。しかしながら、この定格は、接触力が特定の閾値未満に正確に維持される制御されたセットアップのためのものである。実際には、人間のオペレータは、接触力の閾値を容易に超え、プローブ先端部を損傷させることができる。

更に、シングルモードＧＳＧ接触プローブは、現在１．１ＴＨｚまでスケーラブルであるが、二重先端部ＧＳＧＳＧ接触プローブ（差動装置及びＩＣ特性評価用）は、現在１４０ＧＨｚまでのみ利用可能である。加えて、現在利用可能な接触プローブの挿入損失は、周波数の増加と共に増加し、より高い周波数のダイナミックレンジ及びスケーラビリティを制限する。更に、各導波管帯域のための別個のプローブが必要とされ、利用可能なウエハプロービング溶液のコストを更に悪化させる。

したがって、当技術分野における課題を克服する接触プローブが所望されており、そのうちのいくつかは上記に記載されている。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある（国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む）。
（先行技術文献）
（特許文献）
（特許文献１）米国特許出願公開第２０１１／００３２２５３号明細書
（特許文献２）米国特許出願公開第２０１０／０３０１２１７号明細書
（特許文献３）米国特許第５，９６９，３４１号明細書
（特許文献４）米国特許出願公開第２００８／０２９０８５６号明細書
（特許文献５）米国特許出願公開第２０１３／０１０６４５６号明細書
（特許文献６）米国特許出願公開第２０１５／０１０２２２５号明細書
（非特許文献）
（非特許文献１）ＣＡＧＬＡＹＡＮ，Ｃ．ｅｔａｌ．"Ｎｏｎ－ＣｏｎｔａｃｔＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ－ＭｏｄｅＯｎ－ＷａｆｅｒＤｅｖｉｃｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｍｍＷａｎｄＴＨｚＢａｎｄｓ"；ＭｉｃｒｏｗａｖｅＳｙｍｐｏｓｉｕｍ，２０１６ＩＥＥＥＭＴＴ－Ｓｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ；１１Ａｕｇｕｓｔ２０１６［ｒｅｔｒｉｅｖｅｄ０２Ｊａｎｕａｒｙ２０１８］．ＵＲＬ： <ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｅｒａｐｒｏｂｅｓ．ｃｏｍ／ｗｐ／ｗｐ－ｃｏｎｔｅｎｔ／ｕｐｌｏａｄｓ／ＴＰ＿ＩＭＳ＿２０１６．ｐｄｆ>；ｐａｇｅｓ１－３．

本明細書で説明及び開示されるのは、交換可能な先端部を有するアンテナ結合ＲＦプローブである。記載される実施形態では、試験信号は、オンチップアンテナを介してプローブ先端ウエハ上に結合され、そのため、プローブ先端部はプローブ本体から分離される。これにより、プローブ本体及びプローブ先端部の別個の製作が可能になる。そうすることにより、プローブ先端部は「商品」として入手可能とすることができ、ユーザは、単に、使い古した又は損傷したプローブ先端部を交換することができ、新しい接触プローブの単位コスト及び操作コストにおける大幅な節約を提供することができる。プローブ先端部とプローブ本体とを分離することにより、非常に高い周波数のプローブで典型的に必要とされる極めて正確な位置合わせを必要とすることなく、プローブ先端部の手動交換が可能になる。先端部の手動交換は、プローブ本体からプローブ先端部へのアンテナ結合によってもたらされるはるかに厳格ではない位置合わせ要件のためにのみ可能である。

他の装置、システム、方法、特徴、及び／又は利点は、以下の図面及び発明を実施するための形態を考察すると、当業者には明らかであるか、又は明らかになり得る。全てのそのような追加のシステム、方法、特徴、及び／又は利点は、この説明内に含まれ、付属の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。

以下の発明を実施するための形態は、本開示の複数の実施形態のうちの１つ以上が示される添付の図面と併せて読まれたとき、よりよく理解されるであろう。しかしながら、本開示の様々な実施形態が、図面に示される正確な配置及び手段に限定されないことが理解されるべきである。
交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（radio frequency、ＲＦ）プローブの非限定的な実施形態の図である。交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（radio frequency、ＲＦ）プローブの非限定的な実施形態の図である。交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（radio frequency、ＲＦ）プローブの非限定的な実施形態の図である。交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（radio frequency、ＲＦ）プローブの非限定的な実施形態の図である。交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（radio frequency、ＲＦ）プローブの非限定的な実施形態の図である。交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（radio frequency、ＲＦ）プローブの非限定的な実施形態の図である。伝送線を介してプローブ先端部から信号を受信する１つ以上のアンテナを含み得るアンテナアレイの非限定的な例を示す。交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブの別の非限定的な実施形態の図である。この実施形態では、漏れ波アンテナ又はアンテナアレイを使用して、プローブ信号を交換可能なプローブ先端部に結合する。交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブの更に別の実施形態の図である。この実施形態では、プローブ本体は、アンテナウエハ上のアンテナからの信号が導波管ポートなどの所望の位置に方向づけられるように、単一のミラー及び単一のレンズではなく、複数のミラーを含む。レンズの縁部により近く、かつレンズの光軸から離れて配置することができるビーム補正アンテナを使用する交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブの一実施形態の図である。１つ以上のアンテナのうちの少なくとも１つが、ＤＣバイアスパッドも含み得ることを示す。本明細書に記載される交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブの実施形態で使用することができるアンテナのいくつかの非限定的な例を示す。プローブ先端部からプローブビームスポット上に配置されたアンテナに信号を送信するために使用することができる伝送線の例を示す。伝送線は低損失、広帯域のフォトニック結晶導波管を含んでもよく、これはシングルモード及び差動モードの両方のプローブ先端部に使用され得ることを示す。場合によっては、伝送線は低損失、広帯域、分散フリーのＧｏｕｂａｕ線を含んでもよく、これはシングルモード及び差動モードの両方のプローブ先端部に使用され得ることを示す。場合によっては、伝達線路が低損失の平面波形線を含んでもよく、これはシングルモード及び差動モードの両方のプローブ先端部に使用され得ることを示す。場合によっては、伝送線が繊維様、矩形、同軸、波形線などの低損失の３次元（three-dimensional、３Ｄ）伝送線を含んでもよく、これはシングルモード及び差動モードの両方のプローブ先端部に使用され得ることを示す。プローブアンテナとプローブ先端部との間の距離を最小化するように成形されたレンズを備えるプローブレンズの実施形態を示す。本明細書に記載される実施形態による、交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブの例示的なプロトタイピングモデルである。本明細書に記載される実施形態による、交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブの例示的なプロトタイピングモデルである。本明細書に記載される実施形態による、交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブの例示的なプロトタイピングモデルである。本明細書に記載される実施形態による２つの異なるプローブの反復性を記録するトレースを示す写真である。多重ポート動作を可能にする、交換可能な先端部上に複数のプローブアンテナを有するアンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブの代替実施形態を示す。ＤＵＴを試験するために配置することができるので、マルチポートプローブ先端部及び対応するアンテナの非限定的な例を示す。

本方法及びシステムを開示及び記載する前に、方法及びシステムは、特定の合成方法、特定の構成要素、又は特定の組成物に限定されないことを理解されたい。本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を説明するための目的のものにすぎず、限定することを意図しないことも理解するべきである。

本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用されるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、その内容について別段の明確な指示がない限り、複数の指示対象を包含する。範囲は、「約」１つの特定の値から、及び／又は「約」別の特定の値までとして表されてもよい。このような範囲が表されるとき、別の実施形態は、１つの特定の値から、かつ／又は他の特定の値までを含む。同様に、値が、先行詞「約」の使用によって近似として表されるとき、特定の値は、別の実施形態を形成することが理解されるであろう。範囲のそれぞれの端点は、他の端点に関しても、他の端点とは独立しても、この両方において、有意であると更に理解されるであろう。

「任意選択的な」又は「任意選択的に」は、引き続いて記載された事象又は状況が起こってもよいかあるいは起こらなくてもよいこと、及び説明が、当該事象又は状況が起こる場合の例及びそれが起こらない場合の例を含むことを意味する。

本明細書の説明及び特許請求の範囲の全体を通して、単語「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」、並びに「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」及び「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」などの単語の変化形は、例えば、他の添加剤、構成成分、整数、又は工程が「含まれるが、これらに限定されない」及び「例えば、除外することを意図しない」ことを意味する。「例示的な」は、「の一例」を意味し、好ましい又は理想的な実施形態の指示を伝えることを意図しない。「などの」は、限定的な意味で使用されるものではなく、説明的な目的で使用される。

開示された方法及びシステムを行うために使用することができる構成要素が開示されている。これらの構成要素及び他の構成要素が本明細書において開示され、これらの構成要素の組み合わせ、サブセット、相互作用、グループなどが開示される場合、これらの各々の多様な個別の組み合わせ及び集合的な組み合わせ並びに置換が明確に開示される一方、各々は、全ての方法及びシステムに関して、本明細書において具体的に想定及び説明されていることを理解されたい。これは、本出願の全ての態様に適用されるが、開示された方法における工程に限定されるわけではない。このように、実施することができる多様な更なる工程が存在する場合、これらの更なる工程のそれぞれは、任意の特定の実施形態又は開示される方法の実施形態の組み合わせにより実施することができることが理解される。

本方法及びシステムは、好ましい実施形態の以下の詳細な説明及び好ましい実施形態に含まれる実施例並びに図面及びこれらのこれまでの記載及び以下の記載を参照することにより、より容易に理解することができる。

本明細書で開示及び説明されるのは、交換可能な先端部を有するアンテナ結合ＲＦプローブの実施形態である。一般に、実施形態は、結合ポート（典型的には導波管の形態）と、指向性アンテナ又は誘導構造体（プローブ導波管に取り付けられている）と、指向性アンテナ放射をコリメートする反射器（放物線型）と、コリメートされたビームの一端にあるレンズと、アンテナウエハと、アンテナウエハ上に位置する１つ以上のアンテナと、１つ以上のアンテナとの間で信号をプローブ先端部に伝送するアンテナウエハ上の１つ以上の伝送線と、を備える。

図１は、交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブの実施形態のうちの１つの図である。この実施形態は、測定器具の導波管出力をオンチップ共平面導波管ポートに結合するための準光学系を備える。被試験デバイス（device under testing、ＤＵＴ）からの信号は、プローブ先端部で受信される。先端部は、例えば、当業者に既知のグランド－シグナル（ground-signal、ＧＳ）、グランド－シグナル－グランド（ＧＳＧ）、又はＧＳＧＳＧ先端部であってもよい。１つ以上の伝送線が、プローブ先端部によって受信された信号を１つ以上のアンテナに送信する。信号は、差分信号又はシングルモード信号を含んでもよい。レンズ、コリメート構造体、及び導波管の端部にある指向性アンテナは、１つ以上のアンテナとは別個であり、プローブ本体を構成する。１つ以上のアンテナは、受信した信号（複数可）をプローブ先端からレンズ内に、かつコリメート構造体に向けて送信する。コルメータは、受信された波信号を、それらが所望の場所にルーティングされるように集束させる。例えば、１つ以上のコリメート構造体は、指向性アンテナを通して波信号をベクトルネットワーク分析器（ＶＮＡ）ホーンのプローブ導波管にルーティングすることができる。プローブ先端ウエハ上の１つ以上のアンテナはプローブ本体とは別個であるため、プローブ先端部はプローブ本体から分離され、先端部の交換を迅速かつ容易にする。更に、プローブ本体及びプローブ先端部を別個に製造することができるので、製造プロセスを向上させる。更に、プローブ本体は、広範な周波数で使用することができ、したがって、プローブ先端部は、所望の周波数に整合させることができ、したがって、所望の周波数ごとに完全なＲＦプローブアセンブリを必要としない。また、プローブシステムのプローブ本体の挿入損失が周波数独立であるため、これにより、シングルモード及び差動モードプローブ測定の両方のテラヘルツ（ＴＨｚ）周波数帯域へのスケーリングを可能にする。更に、いくつかの実施形態では、プローブアンテナのＤＣバイアスパッドは、被試験デバイスに直流注入バイアスを印加することを可能にする。ＤＣ電流注入は、クランプ接続及び／又はピン接続を介して、主プローブ本体から交換可能なプローブ先端部に移送され得る。

図２は、交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブの実施形態のうちの１つの図である。この実施形態では、プローブ本体のレンズは、凸レンズを含む。この実施形態はまた、アンテナウエハを含む。プローブ先端部は、アンテナウエハ上に位置する。１つ以上の伝送線が、プローブ先端部によって受信された信号を、アンテナウエハ上に位置する１つ以上のアンテナに送信する。信号は、差分信号又はシングルモード信号を含んでもよい。プローブ本体は、アンテナウエハとは別個である。アンテナウエハ上に位置する１つ以上のアンテナは、受信した信号（複数可）を凸レンズに送信する。凸レンズは、受信された波信号を、それらが所望の位置にルーティングされるように、コリメート構造を使用して集束させる。場合によっては、コリメート構造体は、図２に示される９０°軸外の放物線型ミラーなどの１つ以上のミラーを備えてもよい。例えば、１つ以上のミラーは、波信号をＶＮＡホーンにルーティングすることができる。アンテナウエハは導波管／レンズ本体とは別個であるため、プローブ先端部はプローブ本体から分離され、先端部の交換を迅速かつ容易にする。更に、プローブ本体及びプローブ型／アンテナウエハを別個に製造することができるので、製造プロセスが向上する。更に、プローブ本体は、広範な周波数で使用することができ、したがって、プローブ先端部は、所望の周波数に整合させることができ、したがって、所望の周波数ごとに完全なＲＦプローブアセンブリを必要としない。また、プローブシステムのプローブ本体の挿入損失が周波数独立であるため、これにより、シングルモード及び差動モードプローブ測定の両方のＴＨｚ周波数帯域へのスケーリングを可能にする。更に、いくつかの実施形態では、プローブアンテナのＤＣバイアスパッドは、被試験デバイスに直流注入バイアスを印加することを可能にする。ＤＣ電流注入は、クランプ接続及び／又はピン接続を介して、主プローブ本体から交換可能なプローブ先端部に移送され得る。

図３は、交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブの更に別の実施形態の図である。この実施形態では、プローブ本体のレンズは、フレネルゾーンプレート又は平面レンズを含む。この実施形態はまた、アンテナウエハを含む。プローブ先端部は、アンテナウエハ上に位置する。図１及び２の実施形態と同様に、１つ以上の伝送線が、プローブ先端部によって受信された信号を、アンテナウエハ上に位置する１つ以上のアンテナに送信する。信号は、差分信号又はシングルモード信号を含んでもよい。プローブ本体は、アンテナウエハとは別個である。アンテナウエハ上に位置する１つ以上のアンテナは、受信した信号（複数可）をフレネルゾーンプレート又は平面レンズに送信する。フレネルゾーンプレート又は平面レンズは、受信された波信号を、それらが所望の位置にルーティングされるように、コリメート構造を使用して集束させる。場合によっては、コリメート構造体は、図３に示される９０°軸外の放物線型ミラーなどの１つ以上のミラーを備えてもよい。１つ以上のミラーは、受信された波信号を所望の位置にルーティングするために使用される。例えば、１つ以上のミラーは、波信号をＶＮＡホーンにルーティングすることができる。アンテナウエハは導波管／レンズ本体とは別個であるため、プローブ先端部はプローブ本体から分離され、先端部の交換を迅速かつ容易にする。更に、プローブ本体及びプローブ型／アンテナウエハを別個に製造することができるので、製造プロセスが向上する。更に、プローブ本体は、広範な周波数で使用することができ、したがって、プローブ先端部は、所望の周波数に整合させることができ、したがって、所望の周波数ごとに完全なＲＦプローブアセンブリを必要としない。また、プローブシステムのプローブ本体の挿入損失が周波数独立であるため、これにより、シングルモード及び差動モードプローブ測定の両方のＴＨｚ周波数帯域へのスケーリングを可能にする。更に、いくつかの実施形態では、プローブアンテナのＤＣバイアスパッドは、被試験デバイスに直流注入バイアスを印加することを可能にする。ＤＣ電流注入は、クランプ接続及び／又はピン接続を介して、主プローブ本体から交換可能なプローブ先端部に移送され得る。

図４は、交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブの更に別の実施形態の図である。この実施形態では、当業者に既知のように、プローブ本体のレンズはフォトニック結晶で置き換えられている。この実施形態はまた、アンテナウエハを含む。プローブ先端部は、アンテナウエハ上に位置する。図１、２、及び３の実施形態と同様に、１つ以上の伝送線が、プローブ先端部によって受信された信号を、アンテナウエハ上に位置する１つ以上のアンテナに送信する。信号は、差分信号又はシングルモード信号を含んでもよい。プローブ本体は、アンテナウエハとは別個である。アンテナウエハ上に位置する１つ以上のアンテナは、受信した信号（複数可）をフォトニック結晶に送信する。フォトニック結晶は、受信した波信号を導波管を通してルーティングさせる。いくつかの例では、システムは、図４に示される９０°軸外の放物線型ミラーなどの１つ以上のコリメート反射器を更に備えてもよい。１つ以上のコリメート反射器は、受信された波信号を所望の位置にルーティングするために使用される。例えば、１つ以上のコリメート反射器は、波信号を指向性アンテナに、そしてプローブ導波管にルーティングすることができる。アンテナウエハは導波管／レンズ本体とは別個であるため、プローブ先端部はプローブ本体から分離され、先端部の交換を迅速かつ容易にする。更に、プローブ本体及びプローブ型／アンテナウエハを別個に製造することができるので、製造プロセスが向上する。更に、プローブ本体は、広範な周波数で使用することができ、したがって、プローブ先端部は、所望の周波数に整合させることができ、したがって、所望の周波数ごとに完全なＲＦプローブアセンブリを必要としない。また、プローブシステムのプローブ本体の挿入損失が周波数独立であるため、これにより、シングルモード及び差動モードプローブ測定の両方のＴＨｚ周波数帯域へのスケーリングを可能にする。更に、いくつかの実施形態では、プローブアンテナのＤＣバイアスパッドは、被試験デバイスに直流注入バイアスを印加することを可能にする。ＤＣ電流注入は、クランプ接続及び／又はピン接続を介して、主プローブ本体から交換可能なプローブ先端部に移送され得る。

図５は、交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブの更に別の実施形態の図である。この実施形態では、プローブ本体は、当業者に既知のように、プローブ先端部アンテナ上に信号を集束させるためのホーンアンテナを含む。この実施形態はまた、アンテナウエハを含む。プローブ先端部は、アンテナウエハ上に位置する。図１、２、３、及び４の実施形態と同様に、１つ以上の伝送線が、プローブ先端部によって受信された信号を、アンテナウエハ上に位置する１つ以上のアンテナに送信する。信号は、差分信号又はシングルモード信号を含んでもよい。プローブ本体は、アンテナウエハとは別個である。アンテナウエハ上に位置する１つ以上のアンテナは、受信した信号（複数可）をホーンアンテナに送信する。ホーンアンテナは、受信した波信号を導波管を通してルーティングさせる。いくつかの例では、システムは、図５に示される９０°軸外の放物線型ミラーなどの１つ以上のコリメート反射器を更に備えてもよい。１つ以上のコリメート反射器は、受信された波信号を所望の位置にルーティングするために使用される。例えば、１つ以上のコリメート反射器は、波信号をＶＮＡホーンにルーティングすることができる。アンテナウエハは導波管／レンズ本体とは別個であるため、プローブ先端部はプローブ本体から分離され、先端部の交換を迅速かつ容易にする。更に、プローブ本体及びプローブ型／アンテナウエハを別個に製造することができるので、製造プロセスが向上する。更に、プローブ本体は、広範な周波数で使用することができ、したがって、プローブ先端部は、所望の周波数に整合させることができ、したがって、所望の周波数ごとに完全なＲＦプローブアセンブリを必要としない。また、プローブシステムのプローブ本体の挿入損失が周波数独立であるため、これにより、シングルモード及び差動モードプローブ測定の両方のＴＨｚ周波数帯域へのスケーリングを可能にする。更に、いくつかの実施形態では、プローブアンテナのＤＣバイアスパッドは、被試験デバイスに直流注入バイアスを印加することを可能にする。ＤＣ電流注入は、クランプ接続及び／又はピン接続を介して、主プローブ本体から交換可能なプローブ先端部に移送され得る。

図６は、交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブの更に別の実施形態の図である。この実施形態では、プローブ本体は、当業者に既知のように、マイクロレンズアレイを含む。この実施形態はまた、アンテナウエハを含む。プローブ先端部は、アンテナウエハ上に位置する。図１、２、３、４、及び５の実施形態と同様に、１つ以上の伝送線が、プローブ先端部によって受信された信号を、アンテナウエハ上に位置する１つ以上のアンテナに送信する。信号は、差分信号又はシングルモード信号を含んでもよい。プローブ本体は、アンテナウエハとは別個である。アンテナウエハ上に位置する１つ以上のアンテナは、受信した信号（複数可）をマイクロレンズアレイに送信する。マイクロレンズアレイは、受信した波信号を導波管を通してルーティングさせる。いくつかの例では、システムは、図６に示される９０°軸外の放物線型ミラーなどの１つ以上のコリメート反射器を更に備えてもよい。１つ以上のコリメート反射器は、受信された波信号を所望の位置にルーティングするために使用される。例えば、１つ以上のコリメート反射器は、波信号をＶＮＡホーンにルーティングすることができる。アンテナウエハは導波管／レンズ本体とは別個であるため、プローブ先端部はプローブ本体から分離され、先端部の交換を迅速かつ容易にする。更に、プローブ本体及びプローブ型／アンテナウエハを別個に製造することができるので、製造プロセスが向上する。更に、プローブ本体は、広範な周波数で使用することができ、したがって、プローブ先端部は、所望の周波数に整合させることができ、したがって、所望の周波数ごとに完全なＲＦプローブアセンブリを必要としない。また、プローブシステムのプローブ本体の挿入損失が周波数独立であるため、これにより、シングルモード及び差動モードプローブ測定の両方のＴＨｚ周波数帯域へのスケーリングを可能にする。更に、いくつかの実施形態では、プローブアンテナのＤＣバイアスパッドは、被試験デバイスに直流注入バイアスを印加することを可能にする。ＤＣ電流注入は、クランプ接続及び／又はピン接続を介して、主プローブ本体から交換可能なプローブ先端部に移送され得る。

図７は、伝送線を介してプローブ先端部から信号を受信する１つ以上のアンテナを含み得るアンテナアレイの実施形態である。信号は、差分信号又はシングルモード信号を含んでもよい。アンテナアレイで使用されるアンテナの数及び配置は、様々であってもよい。アンテナアレイは、プローブ本体とは別個にアンテナウエハ上に位置してもよい。

図８は、交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブの更に別の実施形態の図である。この実施形態では、プローブ本体は、当業者に既知であるように、漏洩波アンテナ又はアレイを含む。この実施形態はまた、アンテナウエハを含む。プローブ先端部は、アンテナウエハ上に位置する。図１、２、３、４、及び５、６、７の実施形態と同様に、１つ以上の伝送線が、プローブ先端部によって受信された信号を、アンテナウエハ上に位置する１つ以上のアンテナに送信する。信号は、差分信号又はシングルモード信号を含んでもよい。プローブ本体は、アンテナウエハとは別個である。アンテナウエハ上に位置する１つ以上のアンテナは、受信した信号（複数可）を漏洩波アンテナ又はアレイに送信する。漏洩波アンテナ又はアレイは、受信した波信号を導波管を通してルーティングさせる。いくつかの例では、システムは、図６に示す９０°軸外の放物線型ミラーなどの１つ以上のミラーを更に備えてもよい。１つ以上のミラーは、受信された波信号を所望の位置にルーティングするために使用される。例えば、１つ以上のミラーは、波信号をＶＮＡホーンにルーティングすることができる。アンテナウエハは導波管／レンズ本体とは別個であるため、プローブ先端部はプローブ本体から分離され、先端部の交換を迅速かつ容易にする。更に、プローブ本体及びプローブ型／アンテナウエハを別個に製造することができるので、製造プロセスが向上する。更に、プローブ本体は、広範な周波数で使用することができ、したがって、プローブ先端部は、所望の周波数に整合させることができ、したがって、所望の周波数ごとに完全なＲＦプローブアセンブリを必要としない。また、プローブシステムのプローブ本体の挿入損失が周波数独立であるため、これにより、シングルモード及び差動モードプローブ測定の両方のＴＨｚ周波数帯域へのスケーリングを可能にする。更に、いくつかの実施形態では、プローブアンテナのＤＣバイアスパッドは、被試験デバイスに直流注入バイアスを印加することを可能にする。ＤＣ電流注入は、クランプ接続及び／又はピン接続を介して、主プローブ本体から交換可能なプローブ先端部に移送され得る。

図９は、交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブの更に別の実施形態の図である。この実施形態では、プローブ本体は、アンテナウエハ上のアンテナからの信号がＶＮＡ導波管ポートなどの所望の位置に方向づけられるように、複数のコリメート反射器を含む。

図１０は、準光学リンクの光軸から離れてかつレンズの縁部の近くに位置するビーム補正アンテナを使用する、交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブの一実施形態の図である。ビーム補正アンテナは、シングルモード又は差分モードであってもよい。ビーム補正アンテナは、アンテナウエハ上のプローブ本体とは別個に位置してもよい。図１０の左下側は、使用することができるビーム補正アンテナの様々な非限定的な例である。図１１は、１つ以上のアンテナのうちの少なくとも１つが、本明細書で言及されるように、ＤＣバイアスパッドを含んでもよいことを示す。ＤＣバイアスパッドは、アンテナウエハに統合され、能動デバイス測定に使用することができる。図１２は、本明細書に記載される交換可能な先端部を有するアンテナ結合無線周波数（ＲＦ）プローブの実施形態で使用することができるアンテナのいくつかの非限定的な例である。

図１３は、プローブ先端部からアンテナに信号を送信するために使用することができる伝送線の例を示す。図１３の上部図は、シングルモードプローブ先端部のためのものであり、下部図は、差動モードプローブ先端部のためのものである。示すように、シングルモード伝送線としては、共平面導波管（coplanar waveguide、ＣＰＷ）、マイクロストリップ、ストリップライン、マイクロ同軸などが挙げられ、差動モード伝送線としては、二重ＣＰＷ、二重マイクロストリップ、二重ストリップ、二重マイクロ同軸などが挙げられる。いくつかの例では、図１４に示すように、伝送線は、低損失、広帯域のフォトニック結晶導波管を含んでもよく、これはシングルモード及び差動モードの両方のプローブ先端部に使用され得る。場合によっては、図１５に示すように、伝送線は、低損失、広帯域、分散フリーのＧｏｕｂａｕ線を含んでもよく、これはシングルモード及び差動モードの両方のプローブ先端部に使用され得る。場合によっては、図１６に示すように、伝送線は、低損失の平面波形線を含んでもよく、これはシングルモード及び差動モードの両方のプローブ先端部に使用され得る。場合によっては、図１７に示されるように、伝送線は、繊維様、矩形、同軸、波形線などの低損失の３次元（３Ｄ）伝送線を含んでもよく、これはシングルモード及び差動モードの両方のプローブ先端部に使用され得る。

図１８は、プローブ先端部とプローブアンテナとの間の距離を最小化するレンズ形状を備えるプローブレンズの一実施形態を示す。レンズの片側は、プローブアンテナが配置されるレンズの光軸に近いプローブ先端部へのアクセスを可能にするように、開口数への影響を最小限に抑えて切り出すことができる。したがって、この楔形レンズの幾何形状は、プローブ先端部とプローブアンテナとの間の距離を最小化することによって、関連するプローブ先端部の損失を最小限に抑えた。

図１９Ａ～１９Ｃは、本明細書に記載される実施形態による、交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブの例示的なプロトタイピングモデルである。

図２０は、本明細書に記載される実施形態による２つの異なるプローブの反復性を記録するトレースを示す写真である。

図２１及び２２は、交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブの代替実施形態を示す。図２１に示すように、先端部上の複数のプローブは、複数のホーンアンテナ、９０°軸外のコリメート反射器、及びレンズによって供給される。例えば、図２１に示すように、アンテナウエハは、同じプローブ先端部上の等しい複数のアンテナに集束させる複数のポートを含み、ＤＵＴのための複数の試験ポートを提供する。図２２は、ＤＵＴを試験するために配置することができるので、プローブ先端部及び対応するアンテナの非限定的な例を示す。

結論

好ましい実施形態及び特定の実施例に関連して方法及びシステムが説明されてきたが、本明細書の実施形態は、限定的ではなく例示的であることを意図するので、本明細書に記載される特定の実施形態に限定されることを意図するものではない。

特に明記しない限り、本明細書に記載される任意の方法は、その工程が特定の順序で実施されることを必要とすると解釈されることを決して意図するものではない。したがって、方法クレームが、その工程がたどる順序を実際に記載しておらず、又はその工程が特定の順序に限定されるべきである旨が特許請求の範囲又は明細書に特に明記されていない場合、いかなる点においても順序が推測されることを意図するものではない。これは、工程又は動作フローの配置に関するロジック事項、文法的な組織化又は句読点に由来する平易な意味、本明細書に記載される実施形態の数又は種類、を含む、解釈のためのいかなる可能な非明示的な根拠にも当てはまる。

本明細書全体において、様々な出版物が参照される。これらの出版物の開示全体が、開示内容が関連する技術分野の現状技術をより十分に説明するためにここに参照により本出願に組み込まれる。

範囲又は趣旨から逸脱することなく、様々な修正及び変更を行うことができることが、当業者には明らかであろう。他の実施形態は、本明細書及び本明細書に開示される実践を考慮すれば、当業者には明らかであろう。本明細書及び実施例は、単に例示的なものと見なされ、本開示の真の範囲及び趣旨は以下の特許請求の範囲によって示されることが意図される。

Claims

交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブであって、
プローブ先端部であって、シングルモードプローブ先端部又は差動モードプローブ先端部を含み、前記シングルモードプローブ先端部がグランド－シグナル（ＧＳ）又はグランド－シグナル－グランド（ＧＳＧ）プローブ先端部を含み、前記差動モードプローブ先端部がグランド－シグナル－グランド－シグナル－グランド（ＧＳＧＳＧ）プローブ先端部を含むものである、前記プローブ先端部と、
前記プローブ先端部に接続された１つ以上の伝送線と、
前記１つ以上の伝送線に接続された１つ以上のアンテナと、
プローブ本体であって、前記プローブ本体が少なくとも集束装置を備え、前記集束装置が、前記集束装置によって受信された信号を、それらが所望の位置にルーティングされるように集束させる、前記プローブ本体とを備え、
前記１つ以上のアンテナのうちの少なくとも１つは１つ以上の直流（ＤＣ）バイアスパッドを含むものであって、前記１つ以上のアンテナのうちの少なくとも１つの前記ＤＣバイアスパッドは被試験デバイスに直流注入バイアスを印加することを可能にする、アンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブ。
前記プローブ本体が、１つ以上のコリメート構造体を更に含み、前記１つ以上のコリメート構造体は前記信号を前記所望の位置にルーティングするために使用される１若しくはそれ以上のミラーである、請求項１に記載のＲＦプローブ。
前記所望の位置が、ホーンアンテナを含む、請求項１または２に記載のＲＦプローブ。
アンテナウエハを更に備え、前記プローブ先端部、前記プローブ先端部に接続された前記１つ以上の伝送線、及び前記１つ以上の伝送線に接続された前記１つ以上のアンテナが、前記アンテナウエハ上に位置し、前記アンテナウエハが、前記プローブ先端部を交換することができるように前記プローブ本体と別個になっている、請求項１～３のいずれか一項に記載のＲＦプローブ。
前記集束装置が、超半球高抵抗率シリコンレンズ、凸レンズ、フレネルゾーンプレート又は平面レンズ、フォトニック結晶、ホーンアンテナ、及びマイクロレンズアレイのうちの１つを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載のＲＦプローブ。
前記１つ以上のアンテナがアンテナアレイ又は１つ以上のビーム補正アンテナを含むものであり、あるいは、前記１つ以上のビーム補正アンテナが１つ以上のシングルモードオンチップビーム補正アンテナ又は１つ以上の差動モードオンチップビーム補正アンテナを備え、あるいは、前記１つ以上のアンテナが、蝶ネクタイ、自己相補型、正方形螺旋、ループ、二重スロット、螺旋、二重折り、波状、パッチ、等角螺旋、進行波、誘電体共振器、又はフォトニックバンドギャップアンテナのうちの１つ以上を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載のＲＦプローブ。
前記プローブ先端部に接続された前記１つ以上の伝送線が、同一平面導波管、ストリップライン、マイクロストリップ、マイクロ同軸、フォトニック結晶導波管、Ｇｏｕｂａｕ線、平面波形線、及び３次元伝送線のうちの１つ以上を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載のＲＦプローブ。
交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブであって、
プローブ先端部であって、シングルモードプローブ先端部又は差動モードプローブ先端部を含み、前記シングルモードプローブ先端部がグランド－シグナル（ＧＳ）又はグランド－シグナル－グランド（ＧＳＧ）プローブ先端部を含み、前記差動モードプローブ先端部がグランド－シグナル－グランド－シグナル－グランド（ＧＳＧＳＧ）プローブ先端部を含むものである、前記プローブ先端部と、
前記プローブ先端部に接続された１つ以上の伝送線と、
前記１つ以上の伝送線に接続された１つ以上のアンテナと、
コリメート構造体であって、前記コリメート構造体が、前記１つ以上のアンテナからの信号を所望の位置にルーティングする、前記コリメート構造体とを備え、
前記１つ以上のアンテナのうちの少なくとも１つは１つ以上の直流（ＤＣ）バイアスパッドを含むものであって、前記１つ以上のアンテナのうちの少なくとも１つの前記ＤＣバイアスパッドは被試験デバイスに直流注入バイアスを印加することを可能にする、アンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブ。
前記コリメート構造体が１つ以上のミラーを備え、前記１つ以上のミラーが、前記信号を前記所望の位置にルーティングするために使用される、請求項８に記載のＲＦプローブ。
前記所望の位置が、ホーンアンテナを含む、請求項８または９に記載のＲＦプローブ。
アンテナウエハを更に備え、前記プローブ先端部、前記プローブ先端部に接続された前記１つ以上の伝送線、及び前記１つ以上の伝送線に接続された前記１つ以上のアンテナが、前記アンテナウエハ上に位置し、前記コリメート構造体がプローブ本体を含み、前記アンテナウエハが、前記プローブ本体を交換することなく前記プローブ先端部を交換することができるように前記プローブ本体と別個になっている、請求項８～１０のいずれか一項に記載のＲＦプローブ。
前記プローブ本体が１つ以上の漏洩波アンテナ、あるいはアンテナアレイを含む、請求項１１に記載のＲＦプローブ。
前記直流注入バイアスが、クランプ接続及び／又はピン接続を介して、前記プローブ本体から前記プローブ先端部に移送され得る、請求項１２に記載のＲＦプローブ。
前記プローブ先端部に接続された前記１つ以上の伝送線が、同一平面導波管、ストリップライン、マイクロストリップ、マイクロ同軸、フォトニック結晶導波管、Ｇｏｕｂａｕ線、平面波形線、及び３次元伝送線のうちの１つ以上を含む、請求項８～１２のいずれか一項に記載のＲＦプローブ。
交換可能な先端部を有するアンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブであって、
複数のプローブ先端部であって、前記複数のプローブ先端部のそれぞれがシングルモードプローブ先端部又は差動モードプローブ先端部を含み、前記シングルモードプローブ先端部がグランド－シグナル（ＧＳ）又はグランド－シグナル－グランド（ＧＳＧ）プローブ先端部を含み、前記差動モードプローブ先端部がグランド－シグナル－グランド－シグナル－グランド（ＧＳＧＳＧ）プローブ先端部を含むものである、前記複数のプローブ先端部と、
前記複数のプローブ先端部のそれぞれに接続された１つ以上の伝達線と、
前記複数のプローブ先端部のそれぞれが複数のアンテナのうちの少なくとも１つと関連付けられるように、前記１つ以上の伝送線に接続された前記複数のアンテナと、
プローブ本体であって、前記プローブ本体が少なくとも１つの集束装置を備え、前記少なくとも１つの集束装置のそれぞれが、前記少なくとも１つの集束装置によって受信された信号を、それらが前記少なくとも１つの導波管のそれぞれを通して１つ以上の所望の位置にルーティングされるように集束させる、前記プローブ本体と
を備え、
前記信号が２つ以上のホーンアンテナにルーティングされるように、前記プローブ本体が２つ以上の導波管と２つ以上の対応するコリメート構造体と
を備え、
前記２つ以上のコリメート構造体がそれぞれミラーを含み、
前記１つ以上のアンテナのうちの少なくとも１つは１つ以上の直流（ＤＣ）バイアスパッドを含むものであって、前記１つ以上のアンテナのうちの少なくとも１つの前記ＤＣバイアスパッドは被試験デバイスに直流注入バイアスを印加することを可能にする、アンテナ結合高周波（ＲＦ）プローブ。