JPH0514229B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体ウエハの上に形成した集積回路
の試験に使用する高周波プローブに関するもので
ある。

〔従来の技術〕

集積回路は一つの半導体ウエハ上の多数の回路
を回路毎に切断し切断した片（チツプ）をパツケ
イジに収納し必要なパツケイジ内配線を行つて作
製される。

しかし、ウエハ上に作られた回路には不良品が
混入することがあり、組立後に試験をしてから不
良品を廃棄したのでは組立作業の全てが無駄にな
る。この為、ウエハ切断前に電源電圧・入力信号
等を印加し動作を確認の上、良品のみを選別の
上、組立てることが要請される。

集積回路中の入出力等の端子（パツド）は非常
に小さい（通常数十ミクロン角）ため、ウエハ上
での試験においては、第３図に示すように先鋭な
針状のプローブを集積回路に接触させ、このプロ
ーブに入力信号を加えたり、電源電圧を印加して
試験を行つている。第３図において、２０は針状
のプローブ、４は被測定半導体ウエハ、２１は半
導体ウエハ４上に作製された集積回路、５は針状
のプローブ２０が接触する集積回路内にもうけた
パツドである。プローブの数は入出力、電源種類
の数等により多数となることが普通であり、この
とき、プローブの先端が集積回路上の狭い範囲に
集中するため配置上の制約等からプローブの長さ
は充分には短く出来ない（通常数センチのものが
用いられる）。

ところで、近年、集積回路の動作速度は年々向
上しており周波数に換算してギガヘルツ程度のも
のが実現している。このような高速信号を長い針
状のプローブを介して回路に印加するとプローブ
を持つインダクタンス、プローブ近傍の寄生容量
の影響等により入力信号が反射減衰し集積回路に
充分印加されない。また、プローブの持つインダ
クタンス等の影響で印加された信号が大きく歪む
場合がある。一般に、デイジタル回路では入力ク
ロツク信号の立ち上がりまたは立ち下がり時点で
信号を識別することが行われるが、外部から加え
られるクロツク信号の波形が歪むと正しい評価が
出来ない。この傾向は周波数が高く（動作速度が
速い）程顕著となり、クロツク周波数が数百メガ
ヘルツを越える高速集積回路では針状プローブは
殆どの場合使用出来ない。

このような問題を解決するため、高周波プロー
ブとして、同軸型のものが用いられている。従来
の同軸型の高周波プローブは、第１図に示すよう
に、一般に同軸の外部導体１が銅あるいはその他
の金属でできた、いわゆるリジツドケーブル１′
を適当な長さとし、一方の端に同軸コネクタ２
を、他方の端は中心導体３を外部導体１より適当
長延長せしめた上中心導体３に細線６（探針）を
物理的、電気的に接続し、該細線６の先端部を試
験しようとする半導体ウエハ４上に設けられた外
部接触用端子のパツド５に接触させるものであ
る。このような同軸プローブでは外部導体１と中
心導体３の先端部で同軸線路の特性インピーダン
スと同じ抵抗の終端抵抗２２が接続されている。
終端抵抗２２を接続するのは、同軸コネクタ２に
印加された信号を歪なく同軸先端部まで導くもの
である。一般に、同軸線路の一端が開放されてい
る場合伝送されてきた信号は開放端で反射し、反
射した信号はさらに同軸部の不連続部分のコネク
タ接続部分でまた反射し多重反射を行う。このよ
うな場合、同軸の開放端での電圧波形は多数の信
号が、ある遅延時間で重なつたものとなり結果と
して信号の波形歪みを生じる。これを避けるた
め、同軸の先端部に同軸線路の特性インピーダン
スと等しい抵抗を接続し開放端での反射を抑制し
たのが第１図に示す従来例である。尚、集積回路
に接続した時、終端抵抗２２に並列に集積回路自
身の入力インピーダンスが電気的に接続される
が、集積回路自身の入力インピーダンスは同軸の
特性インピーダンス（一般に50Ω程度）に比べて
非常に高いためその影響は少ない。

次に、デイジタル回路の試験においては入出力
の信号波形を観測しながら試験を行う場合が必要
となる場合が多い。しかし、第１図に示した従来
のプローブは唯一本のケーブルであるために、入
力信号の注入あるいは出力信号の取り出しといつ
た単機能を果たすのみであり、入力信号のモニタ
は、別途入力端子にモニタ用に同軸プローブを接
触させて行う必要があつた。このような場合、プ
ローブの数が増加するという問題がある。

また、上述したようにプローブの先端には終端
抵抗を接続する必要があるが、この場合終端抵抗
器の寸法等の制約からプローブの先端部の形状が
大きくなり、この結果、中心導体３の長さが長く
なり、インダクタンスが増加するという問題が生
じる。

上記の問題を解決する技術として、昭和55年７
月９日に出願公開された従来技術（特開昭55−
90861）がある。第４図にその構成を示す。一本
の同軸線路２３をＡ部で小さな曲率で折り返し、
先端部の外部導体２４に穴２５を開け同軸線路２
３の中心導体２６に探針２７を接続し、同軸線路
２３の一端２８から信号を入力（または出力）す
ると共に同軸線路２３の他端２９に終端抵抗を接
続したものである。先端部Ａに抵抗を付けていな
いため探針２７の長さを短くできると共に、他端
２９をモニタ端子として使用できるという特徴を
有する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記従来技術では、実際には同軸線路
２３を小さな曲率で折り返すことは困難であり先
端部の寸法が小さく出来ない、また、折り返し部
分で著しい変形を伴うためこの部分で信号の反射
が生じ入出力波形が歪む場合がある。更に、探針
２７の接続に際して同軸充填材の除去、中心導体
への点接続等製造技術上の困難性がある。本発明
はこれらの欠点を除去するため、先端の寸法が小
さく、製造が容易で、モニタ端子付高周波プロー
ブを実現することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、オンウエハチエツク用の同軸高周波
プローブにおいて、特性インピーダンスが等し
く、軸方向と垂直の方向で一方の端が切断された
有限長の第１および第２の同軸線路を備え、第１
および第２の同軸線路が試験対象である半導体ウ
エハ面に対して上下方向に配置され、前記第１お
よび第２の同軸の切断面をほぼ一致せしめると共
に、前記第１および第２の同軸線路の外部導体が
前記切断面近傍で電気的に接続され、前記第１お
よび第２の同軸線路の前記切断部と反対側の端部
に各々外部接続用コネクタが接続され、前記切断
部において、第１および第２の同軸線路の中心導
体がほぼ最短距離で電気的に接続され、前記切断
部には、ウエハ接触用の探針が固定されると共に
第１および第２の同軸線路の中心導体に前記探針
が接続したものである。

〔実施例〕

第２図は本発明の実施例であつて、１１および
１２はそれぞれ同軸の外部導体、１３，１４はそ
れぞれの同軸に接続された外部接続用コネクタで
ある。同軸外部導体１２は同軸外部導体１１の上
に並行に配置される（縦積み構造と称する）。こ
こで、外部導体１２と外部導体１１の太さは同一
である必要はなく、二つの同軸線路の特性インピ
ーダンスが同じであればよい。特性インピーダン
スを同じとするにはそれぞれの中心導体と外部導
体の直径の比を同じとすればよい。また、下に配
置される外部導体１１がある程度の機械的な強度
を有していれば上部に配置される同軸がフレキシ
ブルなものであつてもよい。尚、言うまでもなく
外部導体１１と外部導体１２の位置関係は逆であ
つてもよい。１５，１６はそれぞれの同軸の中心
導体そのものまたは中心導体に電気的かつ物理的
に接続された金属線であり、導線１９を介して最
短距離で電気的に接続されている。また、上記接
続部には探針１８が接続されている。第２図ｂは
先端部の詳細を示すものである。

次に本発明の動作を分周器の試験を例にとつて
第５図で説明する。分周器は入力の周波数を整数
分の１の周波数に分周するものでフリツプフロツ
プで構成されているためその動作の評価・試験で
は入力信号及び出力信号の波形観測が重要であ
る。（回路設計時点の計算機シミユレーシヨンに
よる波形と測定した波形が同じであれば回路は設
計どおりの動作をしていることになる）。４は半
導体ウエハであり、３０はウエハ上に形成された
分周回路である。分周回路３０上には、入力信号
用のパツド３１、出力信号用のパツド３２、及び
電源供給用のパツド３３が形成されている。電源
は従来の針状プローブ２０をパツド３３に接触さ
せ所定の電圧を供給することによつて行う。入力
パツド３１、出力パツド３２には本願発明の高周
波プローブの探針１８を接触させる。入力側の高
周波プローブ（図右側）のコネクタ３５にはパル
ス発生器４１の出力端が接続されている。コネク
タ３６には入力信号観測用のオシロスコープ３４
が接続されている。出力側の高周波プローブ（図
左側）のコネクタ３８には終端抵抗器２９が接続
されている。コネクタ３７には出力波形観測用の
オシロスコープ４０が接続されている。パターン
発生器４１からの信号は高周波プローブを介して
入力パツド３１に印加される。コネクタ３６には
オシロスコープ３４が接続されオシロスコープの
入力抵抗を同軸線路の特性インピーダンスと等し
くしておけば同軸線路は特性インピーダンスで終
端されたのと同じとなり波形の歪みが生じること
なく入力波形をオシロスコープ３４で観測するこ
とができる（通常のオシロスコープはこのような
条件で使用される）。尚、必要に応じてコネクタ
３６とオシロスコープ３４の間にアイソレータを
挿入すれば終端条件はさらに完璧となる。出力用
プローブにおいてもコネクタ３８に終端抵抗４２
が接続され、コネクタ３７には同軸線路の特性イ
ンピーダンスと等しい入力抵抗のオシロスコープ
を使用すれば出力波形を歪み無く観測できる。本
願発明の高周波プローブは、二つの同軸線によつ
て構成されているため一方を入力（又は出力）端
として用い他端をモニタ端として使用することが
できる。また、２本の同軸線を並行に配置し、先
端部を密着させることにより中心導体を最短距離
で接続できる構造をとつている為寄生インダクタ
ンスの影響が少なく、高い周波数（又は、高速の
信号）まで使用できる。さらに、同軸線の外部で
中心導体に探針を接続する構造を採用しているの
で探針を固定するのが容易という構造上の特長を
有する。２本の同軸線は縦積み構造としているの
でウエハ面内での占有面積が小さく、多くのプロ
ーブを使用出来る利点があり、また、多数のプロ
ーブを被試験体の回路パターンに合わせたプロー
ブカードに適用し易いという利点がある。

上記説明では、同軸を対象として説明を行つた
が、同一機能を有する、例えばマイクロストリツ
プ、コプレーナ等の線路を用いても本願発明の目
的を達成することができるは明らかである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本願発明は信号モニタ用
端子を有し、形状が小さく、製造が容易な高周波
プローブが実現できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の同軸高周波プローブの構成と使
用概念図、第２図は本発明の同軸高周波プローブ
の構成と使用概念図、第３図は従来の針状プロー
ブの構成と使用概念図、第４図はモニタ端子を有
する従来の同軸高周波プローブの構成図、第５図
は本願発明を分周器の試験に使用した場合の構成
図である。 １，１１，１２……外部導体、１′……リジツ
ドケーブル、２，１３，１４，３５，３６，３
７，３８……同軸コネクタ、３，１５，１６……
同軸中心導体あるいは同軸中心導体先端部に接続
された金属線、４……被測定半導体ウエハ、５…
…パツド、６，……細線、１８……探針、１９…
…導線、２０……針状のプローブ、２１……半導
体ウエハ上に作製された集積回路、２２……終端
抵抗、２３……同軸線路、２４……外部導体、２
５……外部導体に設けた穴、２６……同軸線路の
中心導体、２７……探針、２８……同軸線路の一
端、２９……同軸線路の他端、３０……ウエハ上
に形成された分周回路、３１……入力信号用のパ
ツド、３２……出力信号用のパツド、３３……電
源供給用のパツド、３４，４０……オシロスコー
プ、４１……パターン発生器、４２……終端抵
抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ オンウエハチエツク用の同軸高周波プローブ
   において、特性インピーダンスが等しく、軸方向
   に垂直の方向で一方の端が切断された有限長の第
   １および第２の同軸線路を備え、第１および第２
   の同軸線路が縦積み構造で配置され、前記第１お
   よび第２の同軸の切断面をほぼ一致せしめると共
   に、前記第１および第２の同軸線路の外部導体が
   前記切断面近傍で電気的に接続され、前記第１お
   よび第２の同軸線路の前記切断部と反対側の端部
   に各々外部接続用コネクタが接続され、前記切断
   部において、第１および第２の同軸線路の中心導
   体がほぼ最短距離で電気的に接続され、前記切断
   部には、ウエハ接触用の探針が固定されると共に
   第１および第２の同軸線路の中心導体に前記探針
   が接続されていることを特徴とする同軸高周波プ
   ローブ。