JPS63101779A - 電気信号測定用機械式プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、プローブ腕に固定されプローブ支持具によ
り接触すべき点上に位置決めされるブローブ針により、
時間依存性の電気信号を測定するための機械式プローブ
に関する。

［従来の技術］ マイクロエレクトロニクス−デバイスの作動状態は通常
、回路の出力端で測定された信号を計算機制御された試
験システムの中で解析することにより検査される。これ
らの試験は大抵の場合に不完全である。なぜならば欠陥
のあるモジュールコンポーネントを非常に複雑な構造の
内部で特定化することが非常に困難だからである。その
ために特にマイクロエレクトロニクス・デバイスの開発
と製作にあたっては、超ＬＳＩ回路の内部で補助的な測
定を実施しなければならない、欠陥のあるモジュールコ
ンポーネントを特定するための特に有益なデータは、内
部の接続点における時間的な信号経過を測定することに
より得られる。

内部信号の時間依存性は通常探針式測定台で、対象とな
る測定点に押し邑てられた機械的なプローブを用いて測
定される。その際二、三の内部測定点は、加えられた信
号の時間依存性と電圧レベルとが使動的な測定針を用い
て直接検査できるように設計されている（負荷抵抗を前
置接続されたトランジスタ）、他の測定点は特に超高集
積度のメモリデバイスにおいて負荷抵抗のないトランジ
スタ（ドレーン開放トランジスタ）として構成されてい
る。かかる測定点でも信号の時間依存性を測定できるよ
うにするために、補助電圧を外部負荷抵抗を介して、１
定点に従属する金属化範囲（以下測定パッドと呼ぶ）に
印加しなければならない、探針式測定台では例えば第２
のプローブを押し当てることによりこのことを実現でき
る。しかしかかる装置は一般にドレーン開放トランジス
タに対する過大な容量負荷を意味するので、信号のエツ
ジが著しくなだらかになりパルス幅を確実には検出でき
ない、しかし信号の切り変わりエツジの時間的位置の正
確な測定は、マイクロエレクトロニクス争デバイスの作
動状態の内部検査のために不可欠な前提である。更に寸
法がマイクロメートル範囲にある構造体上へ二つの測定
プローブを確実に接触するように押し当てることは極め
て困難である。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は、特にマイクロエレクトロニクス・デバイス
の電気信号の時間依存性を非常に正確に測定できるよう
な、前記の種類の機械式プローブを提供することを目的
とする。更にかかるプローブをできるだけ簡単に構成し
、測定点に確実に接触できるようにしようとするもので
ある。

［問題点を解決するための手段］ この目的はこの発明に基づき、プローブ針に導電結合さ
れた能動的又は受動的回路を備えるプローブにより達成
される。

［発明の効果１ この発明により得られる長所は特に、高集積度の回路の
内部信号の時間依存性を従来の機械式プローブよりはる
かに正確に測定できるということにある。

特許請求の範囲第２項ないし第８項はこの発明の有利な
実施態様を示す。

［実施例］ 次に従来の機械式プローブ及びこの発明に基づく機械式
プローブの一実施例を示す図面により、この発明の詳細
な説明する。

マイクロエレクトロニクス・デバイスの欠陥解析のため
にカルシ　シュス（Ｋａｒｔ　５ｕｅｓｓ）社製の探針
測定台が第３図に示されている。この装置は主として、
制振器上に支持された堅固な枠１、がっしりしたｗ４微
鏡用ブリッジ３、案内部５により保持され空圧支持され
研磨された花こう右板２上で移動可能でｙＡ百輪軸７よ
り微細位置決め可能なｘ−ｙ−〇調節台４　（６）　、
調節台４に結合されたサンプル支持具８、同期して動く
四つの案内軸１２により正確に直線的に高さ調節可能で
複数のプローブ支持具１８の収容のための半同軸１１を
備えたプローブ台１０、及び案内部１４上に取り付けら
れマニプレータ１５を用いて可動な顕微鏡１６から成る
。調節台４／６及びサンプル支持具８に容易に接近でき
るようにするために、顕微鏡１６を腕１７ａを用いて軸
１７を中心として上に向かって傾動して外すことができ
る。磁石アダプタ又は真空アダプタにより半同軸１１上
に固定された第１図に示すプローブ支持具１８は、ケー
スに取り付けられた三つのｇｍ級精度のねじ１９を有し
、このねじは相互に直交する三方向におけるプローブ針
１８ｂの直線運動を保証する。プローブ支持具１８には
選択的に絶縁又は遮蔽された構造のプローブ腕１８ａを
装着できる。絶縁された構造ではプローブ腕１８ａは例
えばテフロンカラーを有し、このテフロンカラーはプロ
ーブ固定部にまで延びている。電気的結合はこのシステ
ムの中では直接プローブ針に対して行われる。遮蔽され
たプローブ腕はプローブ支持具のケースに取り付けられ
たＢＮＣプラグを有し、このプラグは同軸ケーブルを介
してプローブ固定部に結合されている。この受動的なシ
ステムに並んで、特に高感度のＭＯＳモジュール及び高
速のバイポーラ回路の検査のための増幅電子装置を組み
込んだプローブ腕（能動的プローブ）も入手可能である
。

プローブ腕１８ａに取り付けられプローブ支持具１８に
より測定点上に位置決めされるプローブ１８ｂは通常タ
ングステンから成り、普通は数ルｍの範囲の尖端半径（
Ｒ中１ないし５ルｍ）を備えた針として構成されている
。押圧力が比較的大きい場合にも破壊することなく押し
当てることができる可とう性のプローブ針を使用すると
特に有利である。

マイクロエレクトロニクス・デバイスの内部の時間依存
性の電気信号の測定のための従来の装置が第２図に示さ
れている。この装置は機械式の二つのプローブＡＳ又は
ＰＳから成り、これらのプローブは第３図に示す探針測
定台で顕微鏡による監視のもとに半同軸ｌｌ上に固定さ
れた二つのプローブ支持具１８を用いて、調節台４上に
配置されたデバイス２０の内部測定点に押し当てられる
。測定点は図示の実施例ではＭＯ３電界効果トランジス
タとして構成されており、そのゲート電極Ｇには時間依
存性について検査すべき信号ＣＬが印加され、そのドレ
ーン電極りは外部接触に用いられる測定パッドＭＰに結
合されている。この測定パッドＭＰは通常デバイスの一
番上の金属化面上に置かれ、約５ないしｌＯルｍ２の面
積を有する。ゲート電極Ｇに加えられた信号ＣＬの時間
特性を測定できるようにするためには、信号ＣＬにより
あらかじめ与えられた時間依存性に応じてトランジスタ
を切り換えるように、外部の負荷抵抗ＲＬ　と第１のプ
ローブＰＳとを介して補助電圧ｖＨｔ−測定パッドＭＰ
に印加しなければならなかった。そしてこの結果生じる
トランジスタの電圧降下の時間的な変化が、能動的プロ
ーブＡｓにより受は取られ増幅された。その際とりわけ
、測定パッドＭＰ上に押し当てられた二つのプローブＡ
Ｓ　、ＰＳが一般にトランジスタに対して過大の容量負
荷（第２図においてコンデンサＣ［により示されている
）であることが判明した。その結果信号のエツジは著し
くなだらかになり、パルス幅は確実には検証できなかっ
た。しかし信号のエツジの時間的な位置の正確な測定は
パルス幅を知ることと同様に、マイクロエレクトロニク
ス・デバイスの作動状態の内部検査にとって不可欠な前
提である。

そのためにこの発明に基づき、能動的プローブＡｓに導
電結合された負荷抵抗ＲＬを介して、補助電圧ＶＨをト
ランジスタの測定パッドＭＰに導くことが提案されてい
る（第１図参照）、この測定装置のできるだけ小さい固
有容量を保証するために、負荷抵抗ＲＬを第１図に示す
ようにプローブ針又はプローブ腕の範囲に配置する必要
がある。プローブ針と負荷抵抗ＲＬ　との間の結合部品
としてはボンディングワイヤＢＤを使用するのが有利で
ある。この発明に基づく装置は、通常の抵抗の代わりに
寸法が非常に小さいチップ型抵抗を用いるときに、固有
容量、組み立て性及び場所を取らないことに関して更に
改良される。かかるチップ型抵抗は一般に知られており
、例えばローレル（Ｒｏｈｒｅｒ）社製のものが有利で
ある０組み込まれた負荷抵抗Ｒ［の大きさ決定に対して
は測定パッドＭＰに従属するトランジスタの電気特性が
重要である。特に負荷抵抗ＲＬ　とトランジスタの平均
抵抗とが同じ大きさであるときに、最大の信号ストロー
クが得られる。

負荷抵抗を組み込まれたこの発明に基づくプローブは周
知の装置に比べて一連の長所を有する。プローブの小さ
い固有容量のために第１に、を中１ないし２ｎｓのエツ
ジ立ち上がり時間とｂ　＜　１０　ｎ　ｓのパルス幅と
を有する信号を記録することができる（押し当てられた
二つの測定針を備えた装置ではｔ＝２０ｎｓ　、ｂ＞４
０ｎｓ）。

更に一つのプローブを測定パッドに押し当てるだけでよ
く、これにより確実な接触が非常に容易となる。それに
より測定パッドの面積と場合によってはパッドに従属す
るトランジスタとを小さくすることも可能である。

この発明に基づく装置では自明のように、前記の負荷抵
抗ＲＬ　を歳動的又は受動的回路により置き換えること
もできる９例えばトランジスタを可変抵抗として用いる
のが有利である。かかる装置を用いれば、外部抵抗値を
測定パッドに従属する組み込まれた測定対象トランジス
タの特性曲線に適合する、すなわちＲ（を静的又は動的
にそれぞれの測定対象（信号の立ち上がり及び／又は立
ち下がりエツジ）に対して最適化することが非常に容易
に可崩となる。トランジスタを相応の電子回路により置
き換えるときには、測定すべき信号エツジの詳細、例え
ば妨げとなるオーバーシュートをも記録又は抑制できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に基づく機械式プローブの一実施例の
回路図、第２図は従来の機械式プローブの回路図、第３
図はこの発明に基づく機械式プローブを取り付けられた
マイクロエレクトロニクス・デバイス検査用探針式測定
台の側面図である。 １８・・・プローブ支持具、　　１８ａ・・・プローブ
腕、　　ＡＳ−・・プローブ針、　　ＢＤ・・・ボンデ
ィングワイヤ、　　　ＭＰΦ・φ測定バー。 ド、　Ｒ１・・・抵抗。 ＩＧ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）プローブ腕に固定されプローブ支持具により接触す
   べき点上に位置決めされるプローブ針により、時間依存
   性の電気信号を測定するための機械式プローブにおいて
   、プローブ針（ＡＳ）に導電結合された能動的又は受動
   的回路を備えることを特徴とする電気信号測定用機械式
   プローブ。 ２）回路がプローブ針（ＡＳ）のすぐそばに配置されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプロ
   ーブ。 ３）回路がプローブ腕に固定されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項又は第２項記載のプローブ。 ４）回路とプローブ針（ＡＳ）との間の結合体としてボ
   ンディングワイヤ（ＢＤ）を用いることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記載
   のプローブ。 ５）回路として抵抗（Ｒ＿Ｌ）を用いることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項に
   記載のプローブ。 ６）抵抗（Ｒ＿Ｌ）がチップ型抵抗として構成されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲 第５項記載のプローブ。 ７）抵抗（Ｒ＿Ｌ）と測定パッド（ＭＰ）に従属するト
   ランジスタの平均抵抗とが同じ大き さであることを特徴とする特許請求の範囲 第５項又は第６項記載のプローブ。 ８）回路としてトランジスタを用いることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項に記
   載のプローブ。