JP2008082734A - 電気的接触装置、高周波測定システムおよび高周波測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】グラウンド電極がないデバイスでも測定が可能で、誤差補正モデルを用いた測定に好適で安価な電気的接触装置を提供する。
【解決手段】本体（カード本体４１）と、被検査デバイスの電極パッドの配列に対応する、１対または複数対の仮想対向辺に沿うように先端が配列されている複数の測定プローブ４２Ａ〜４２Ｈと、そのうちの複数の高周波信号プローブに直接または電気回路を介して電気的接続をとる複数の信号コネクタ（同軸コネクタ３ｂ）と、高周波信号プローブごとに設けられて接地電位で保持されるコネクタ部分または接地コネクタと電気的に接続している複数の接地プローブ４３Ａ〜４３Ｈと、を有する。接地プローブ４３Ａ〜４３Ｈは、その各先端が、対応する高周波信号プローブの先端に近接し、かつ、仮想対向辺の外側に位置している。
【選択図】図３

Description

本発明は、チップ形状またはウェハ形状の被検査デバイスと電気的接触をとって高周波測定を行うときに用いる電気的接触装置と、当該電気的接触装置をプローバ装置に含む高周波測定システムと、当該電気的接触装置の高周波特性を測定結果から除去可能な高周波測定方法とに関する。

高周波デバイスにおいては、各種のプローブやプローブカードを用いて、ウェハ状態やベアチップ状態での高周波の電気的特性の測定が行われている。

例えばウェハ測定の場合、この測定に用いる測定装置は、ＬＳＩテスタとプローバ装置とを備える。プローバ装置内に、プローブカードが着脱可能に設けられている。プローブカードは、多数の測定プローブを備える。複数の測定プローブの配列は、被検査デバイス（ＤＵＴ）である、ウェハに形成されているチップ状の高周波デバイスの電極パッド配置に適合している。
一方、プローバ装置内には高周波デバイスが形成されている半導体ウェハが載置されるステージを有する。ステージ上のウェハの高周波デバイスに形成されている電極パッドに、上記測定プローブの先端を接触させる。
この状態で、ＬＳＩテスタから高周波信号およびバイアス電圧が送られ、高周波デバイスの電極パッドに印加される。すると、高周波デバイスの他の電極パッドに出力信号（高周波信号）が発生し、出力信号をＬＳＩテスタが検出し、その検出結果を基に測定値の評価を行う。検査では、この測定と評価を繰り返し、良品と不良品を判別する。

このように、プローブカードはＬＳＩテスタと高周波デバイスの電極パッドとを電気的に接続する役割を持っている。被検査デバイス（高周波デバイス）の高周波特性を精度良く測定するためには、プローブカードの伝送路で、高周波信号の減衰や反射をいかに少なくして伝搬させるかが重要である。

しかしながら、理想の伝送路を実現させるのは不可能であり、伝送路で、ある程度の減衰や反射が存在してしまう。そのため、高周波デバイスの測定ではプローブカードが持つ高周波信号伝送路の高周波特性を測定して、その測定値を誤差補正モデルとして使用する。ここで誤差補正モデルとは、上記伝送路をある一定の高周波特性を有する等価回路モデルと見立てたときに、その一定の高周波特性を表す評価値の集合をいう。
誤差補正モデルを用いる測定では、誤差補正モデルを予め、プローブカード単独、あるいはプローブカードをウェハ測定ボードに装着された状態で測定する。そして、高周波デバイスを測定し、上記誤差補正モデルを、実測した高周波特性から差し引くことにより高周波測定デバイスの高周波特性の、より真値に近い特性を得る。

このような方法で、被検査デバイスの測定パスを較正すると共に、較正した被検査デバイスの測定パスに接続させた状態で被検査デバイスを測定するための方法及びシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、ベクトル補正された電気測定値の較正方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

高周波デバイスは、高周波信号を入出力する信号電極と、その信号電極に対応するグラウンド電極が隣接して存在しているものがある。代表的なものでは、コープレーナラインと称される信号線パターンを有する半導体デバイスがある。この場合、プローブカードの高周波信号の伝送路も、信号を通す信号導体と、その信号に対応しグラウンド電位で保持されるグラウンド導体を備える必要がある。

かかるプローブカードの役目を果たすウェハへの電気的接触装置として、同軸コネクタを有するマイクロ波ウェハプローブが知られている（例えば、特許文献３参照）。
特許文献３に記載されているマイクロ波ウェハプローブには、高周波デバイスのコープレーナラインに対応して、高周波信号プローブと、それに隣接するグラウンドプローブとが、プローブ先端を揃えて設けられている。そして、同軸コネクタの中心軸が高周波信号プローブにつながり、グラウンドプローブは、同軸コネクタの胴体部に電気的に接触している。

また、同様な用途に用いることが可能で同軸針を用いたプローブカードが知られている（例えば、特許文献４参照）。
特許文献４に記載されているプローブカードは、同軸針、すなわちグラウンド被覆導体が信号プローブ（芯線）の周囲に絶縁されて形成されているものを有する。その同軸針の芯線の先端部分はグラウンド被覆導体が除去されて、その除去により形成されたグラウンド被覆導体の端部に、導電性接着剤により接合されたグラウンド針が設けられている。

一方、マイクロストリップラインの配線構造を有する高周波プローブが知られている（例えば、特許文献５参照）。
特許文献５に記載されている高周波プローブは、マイクロストリップライン構造とするために、プローブ基板の一方面先端部に電極と接触する部分が設けられ、そのプローブ基板の裏側にグランド面が形成されている。
特開２００４−１０９１２８号公報 特開平０２−１３２３７７号公報 特開平０２−１８７６６６号公報 特開２００４−３０９２５７号公報 特開２０００−２４１４４４号公報

ところで、被検査デバイスに、高周波デバイスを測定するためにグラウンド電極が必要であるが、信号電極のみで、その信号電極に印加される高周波信号に対応するグラウンド電極が無い場合がある。
前記特許文献３および４に記載されているプローブカードやプローブを備える電気的接触装置では、このようなグランド電極が無い被検査デバイスの高周波測定ができない。
また、誤差補正モデル単独で、当該電気的接触装置の高周波測定ができない。よって、かかる電気的接触装置を用いると、誤差補正モデルを用いて実測値を補正する高周波測定方法の適用ができず、測定精度が悪い。

一方、前記特許文献５に記載されているマイクロストリップライン構造の高周波プローブは、被検査デバイスの信号電極に接触するプローブ先端の近傍に、グラウンド電位で保持された導体（グラウンド面）が存在するため、誤差補正モデルの高周波測定は、接触のとり方を工夫すれば可能である。
しかし、この高周波プローブは、マイクロストリップライン構造の信号伝送路を形成する先端基板を支持するグラウンドブロックを備え、その上面側に上記先端基板が形成されているため、グラウンドブロックの下方部分が邪魔になり、ウェハ状態の被検査デバイスの測定が困難と考えられる。また、プローブ先端がフレキシブル基板で接触時にたわみ易いため、これをグラウンド面から支持する板ばねが必要で、その板ばねをネジ止めする大きな本体ブロックも必要で、複雑な構造を有している。このため、高周波プローブが高価となることが避けられない。
なお、高周波プローブをマイクロストリップライン構造とすることや、同軸構造とすること自体は好ましいが、誤差補正モデルを前提とすると、これらの構造は必ずしも必要でない。なぜなら、誤差補正モデルの高周波特性は安定に測ることができれば、その特性成分を実測値から除去して誤差補正するため、その特性成分（誤差成分）の良し悪しは余り問題とならないからである。

本発明が解決しようとする課題は、信号電極に対応して隣接するグラウンド電極が被検査デバイスにない場合でも測定が可能で、かつ、誤差補正モデルを用いた測定に好適で安価な、高周波信号プローブを備える電気的接触装置および高周波測定システムを提供することである。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、上記電気的接触装置と同様な構成の装置を用いて、被検査デバイス単独の高周波特性を取得可能な高周波測定方法を提供することである。

本発明に係る電気的接触装置は、本体と、前記本体に支持され、被検査デバイスの電極パッドの配列に対応する、１対または複数対の仮想対向辺に沿うように先端が配列されている複数の測定プローブと、前記複数の測定プローブのうち高周波信号が入力または出力する複数の高周波信号プローブに直接または電気回路を介して電気的接続をとるために、前記本体に設けられている複数の信号コネクタと、前記高周波信号プローブごとに設けられて前記本体に支持され、グラウンド電位で保持される前記信号コネクタの部分または接地コネクタと電気的に接続している複数の接地プローブと、を有し、前記複数の接地プローブは、その各先端が、対応する前記高周波信号プローブの先端に近接し、かつ、前記仮想対向辺の外側に位置している。
本発明では好適に、前記接地プローブの先端と、対応する前記高周波信号プローブとの先端とは、前記本体と平行な面内で両先端間の距離が、前記被検査デバイスの電極パッド中心から、被検査デバイス間のウェハ部分であるスクライブラインの幅中心までの距離と同じか、大きく設定されている。
さらに好適に、前記接地プローブと前記高周波信号プローブとの先端同士の距離が、前記電極パッド中心から前記スクライブラインの幅中心までの距離より大きい場合、前記仮想対向辺に垂直な仮想線上から斜めにずれて、前記接地プローブの先端が前記高周波信号プローブの先端に対して配置されている。

本発明に係る高周波測定システムは、ウェハ状態またはチップ状態の半導体デバイスに電気的接触をとる電気的接触装置を含むプローバ装置と、前記プローバ装置に接続され、前記半導体デバイスの高周波特性を測定するテスタと、を備え、前記電気的接触装置が、本体と、前記本体に支持され、被検査デバイスの電極パッドの配列に対応する、１対または複数対の仮想対向辺に沿うように先端が配列されている複数の測定プローブと、前記複数の測定プローブのうち高周波信号が入力または出力する複数の高周波信号プローブに直接または電気回路を介して電気的接続をとるために、前記本体に設けられている複数の信号コネクタと、前記高周波信号プローブごとに設けられて前記本体に支持され、グラウンド電位で保持される前記信号コネクタの部分または接地コネクタと電気的に接続している複数の接地プローブと、を有し、前記複数の接地プローブは、その各先端が、対応する前記高周波信号プローブの先端に近接し、かつ、前記仮想対向辺の外側に位置している。

本発明に係る高周波測定方法は、被検査デバイスの電極パッドの配列に対応する、１対または複数対の仮想対向辺に沿うように先端が配列されている複数の測定プローブと複数の信号コネクタを備え、当該複数の測定プローブに高周波信号プローブと接地プローブを対で複数含む電気的接触装置を用いて、前記被検査デバイスの高周波特性を測定する高周波測定方法であって、一の高周波信号プローブの先端と、当該高周波信号プローブと電気的に接続されている一の信号コネクタと、を高周波測定装置にケーブル接続し、かつ、前記信号コネクタのグラウンド電位で保持されている部分または接地コネクタと、前記高周波信号プローブの前記先端付近に近接し前記仮想対向辺の外側に位置している一の接地プローブの先端と、を前記高周波測定装置のグラウンド電位に接続する第１ステップと、前記高周波測定装置に接続されている前記高周波信号プローブと前記信号コネクタ間の高周波特性を測定する第２ステップと、他の高周波信号プローブ全てに対して前記第１および第２ステップを繰り返し、前記電気的接触装置の高周波特性を取得する第３ステップと、前記接地プローブの全てを、前記被検査デバイスがチップ形状の場合は当該被検査デバイスと非接触に、または、前記被検査デバイスがウェハ形状の場合は当該接地プローブの全てがウェハと非接触あるいはデバイス間のスクライブラインに接触する状態となるように、前記被検査デバイスの複数の電極パッドに前記複数の測定プローブを接触させる第４ステップと、前記第４ステップの状態で前記複数の信号コネクタに前記高周波測定装置をケーブル接続し、かつ、全ての前記接地プローブを前記高周波測定装置のグラウンド電位と共通接続する第５ステップと、前記第５ステップの状態で、前記電気的接触装置と前記被検査デバイスの合成された高周波特性を測定する第６ステップと、前記第６ステップで得られた特性から、前記第３ステップで得られた特性を用いて前記被検査デバイス単独の高周波特性を取得する第７ステップと、を含む。

前述した本発明の電気的接触装置および高周波測定システムによれば、被検査デバイスの電極パッドの配列に対応する、１対または複数対の仮想対向辺に沿うように先端が配列されている複数の測定プローブのうち、高周波信号プローブの各々に、先端同士が近接した接地プローブが１つずつ設けられている。
この電気的接触装置の測定プローブを被検査デバイスと電気的に接触させる場合、当該被検査デバイスがチップ形状を有するときは、接地プローブは、チップの外側に位置して、チップと非接触状態となる。一方、被検査デバイスがウェハ形状を有するときは、ほとんどの場合、チップ間のスクライブラインに接触するか、電極よりスクライブラインが十分低いときは、その段差が理由で、スクライブライン上方で非接触となる。また、ウェハの端のデバイスでは、段差が小さい場合でも接地プローブはウェハの外に位置して非接触となる場合も考えられる。スクライブラインは、通常、ベアの半導体基板が露出しているか測定段階では絶縁膜で覆われている。よって、スクライブラインに接地プローブが接触しても測定に影響しない。

このような電気的接触装置を用いる本発明の高周波測定方法では、前述した第１〜第３ステップで当該電気的接触装置の高周波特性が高周波測定装置により測定され、取得される。このとき上記高周波信号プローブと上記接地プローブとが先端側で近接しているため、その両方の先端に電気的接続が容易であり、正確に電気的接触装置の特性が測定される。
つぎに第４ステップにて被検査デバイスを電気的接触装置に電気的に接続するための接触が行われる。このとき、接地プローブがスクライブラインに接触するか、デバイスに非接触な状態で、全ての高周波信号プローブがデバイスの電極パッドに接触する。そして第５ステップで、当該電気的接触装置が高周波測定装置とケーブル接続され、第６ステップで高周波測定が行われる。この測定で得られた特性は、電気的接触装置と被検査デバイスとの各特性が合成された特性である。したがって、次の第７ステップで誤差補正を行って、被検査デバイス単独の正確な高周波特性を得る。

本発明によれば、信号電極に対応して隣接するグラウンド電極が被検査デバイスにない場合でも測定が可能で、かつ、誤差補正モデルを用いた測定に好適で安価な、高周波信号プローブを備える電気的接触装置および高周波測定システムを提供することができる。
また、上記電気的接触装置と同様な構成の装置を用いて、被検査デバイス単独の高周波特性を取得可能な高周波測定方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
最初に、本実施形態に関わる電気的接触装置としてプローブカードを用いる高周波測定システムの概要を説明する。

［高周波測定システム］
図１は、高周波測定システムの概略構成図である。
図解する高周波測定システムは、そのプローバ装置５と、ＬＳＩテスタ１とに大別される。
プローバ装置５は、本体５Ａと、テストヘッド５Ｂと、テストヘッド５Ｂをアーム５Ｃを介して上下に駆動する駆動ユニット５Ｄと、を有する。

本体５Ａ内にＸＹＺテーブル８を有し、その上にウェハステージ７が設けられている。ウェハステージ７上に半導体ウェハ６が、例えば真空吸着などにより固定されている。半導体ウェハ６に、被検査デバイスとしての半導体ＩＣチップ（以下、単にチップという）が多数形成されている。
ＸＹＺテーブル８はウェハステージ７をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に３軸移動させることができ、ウェハステージ７の移動にともなって半導体ウェハ６も移動する。

本体５Ａとテストヘッド５Ｂとの間に、ウェハ測定ボード２が設けられている。ウェハ測定ボード２をテストヘッド５Ｂ側に固定してもよいが、ここではウェハ測定ボード２が本体５Ａ上に固定されている。
ウェハ測定ボード２に、被検査デバイスとしてのチップ（以下、検査中のデバイスという意味でＤＵＴ(device under test)１０という）の測定回路が形成されている。この測定回路はＤＣ電源の供給回路やインターフェイス回路等を含む。ウェハ測定ボード２は、被検査デバイスに応じたものに取替え可能である。

ウェハ測定ボード２の下面、すなわちＤＵＴ１０側の面にプローブカード４が着脱可能に取り付けられている。プローブカード４は、ＤＵＴ１０の電極間配置に応じたプローブ先端の配置が決められており、通常、ＤＵＴ１０が異なればプローブカード４も対応したものと取り替えられる。ただしマイナーチェンジの半導体ＩＣでは同じプローブカード４を使用することもある。プローブカード４の詳細については後述する。

なお、アーム５Ｃを介した駆動ユニット５Ｄによりテストヘッド５Ｂを上方に移動させると、ウェハ測定ボード２およびプローブカード４の開口部を介してＤＵＴ１０が視認できる。テストヘッド５Ｂは、テスト中には下に下げられて、その状態でテスト環境を整えテストが開始可能である。テストヘッド５Ｂはウェハ測定ボード２の種類が異なっても共通な、高周波測定システムとのインターフェイスを提供するように構成される場合がある。この場合、図示のようにＬＳＩテスタ１からのケーブル３ａは、テストヘッド５Ｂに設けられた、信号コネクタの一種である同軸コネクタ３ｂに接続される。なお、同軸コネクタ３ｂは、ウェハ測定ボード２に設けられる場合もあり、また、特殊なデバイス（例えば高周波ディスクリートデバイスや簡単なＩＣ）では、測定回路が殆ど不要なため測定回路や信号コネクタがプローブカード４自身に設けられる場合もある。
ケーブル３ａは一般に同軸ケーブルであり、同軸コネクタ３ｂも同軸コネクタである。

本実施形態では、ＬＳＩテスタ１内に高周波測定装置としてのベクトル・ネットワーク・アナライザ（ＶＮＡ）１Ａ、電源部１Ｂおよび制御部１Ｃが設けられている。なおＬＳＩテスタ１内には、通常ＤＣ測定のための測定器も有するが、これは図示を省略している。
ベクトル・ネットワーク・アナライザ１Ａは、高周波回路、デバイスの高周波特性(インピーダンスなど)を測る計測器であり、回路や素子に高周波を入力し、回路からの反射、通過を測って回路や素子の高周波特性を測定する機器である。
電源部１Ｂは、高周波測定時およびＤＣ測定時に、不図示のケーブルを介してテストヘッド５Ｂまたはウェハ測定ボード２に、ＤＵＴ１０に印加するＤＣ電源を供給する装置である。また、電源部１Ｂはベクトル・ネットワーク・アナライザ１Ａおよび制御部１Ｃ等の電源供給も行う。
制御部１Ｃはコンピュータベースの機器であり、内蔵するあるいは外部からインストールされるプログラムに従って、ベクトル・ネットワーク・アナライザ１Ａ、電源部１Ｂおよびその他のテスタ部分（例えばＤＣ測定器およびスイッチングリレー回路等）を制御して、所定のテストを実行する。

図２に、高周波測定系の簡略化された測定経路構成を示す。
この測定系では、ＤＵＴ１０の一の電極パッドに高周波信号を付与し、他の一の電極パッドからの信号（高周波信号）を測定する最も簡素な２端子測定の場合を例示する。なお、複数の電極パッドに高周波信号を与える場合、複数の電極パッドから高周波の出力信号を得る場合でも、その基本は図示のようになるため、以下、この２端子測定の場合で本実施形態をさらに説明する。

ベクトル・ネットワーク・アナライザ１Ａと同軸コネクタ３ｂが図示のように接続されている（図１参照）。
そして、同軸コネクタ３ｂからＤＵＴ１０の一の信号入出力端（電極パッド）までの信号伝送路（伝送路Ａ）１０１Ａ、および、他の同軸コネクタ３ｂからＤＵＴ１０の他の信号入力端（他の電極パッド）までの信号伝送路（伝送路Ｂ）１０１Ｂが、誤差補正モデルを得る必要がある測定経路部分である。
ここで、ベクトル・ネットワーク・アナライザ１Ａ自身、および、ベクトル・ネットワーク・アナライザ１Ａから実際の測定で使用するケーブル３ａの端部同士（２つの同軸コネクタ３ｂ）までの較正（キャリブレーション）が既に終了していると仮定する。その前提の下では、信号伝送路１０１Ａ,１０１Ｂの高周波特性がそれぞれ測定可能ならば、図２に示す測定系における高周波測定の実測値から、当該信号伝送路１０１Ａ,１０１Ｂの高周波特性をそれぞれ考慮する（通常、差し引く）ことにより、ＤＵＴ１０のより正確な高周波特性が得られる。

［電気的接触装置］
本発明の「電気的接触装置」は、この高周波測定装置（ベクトル・ネットワーク・アナライザ１Ａ）にケーブル３ａを介して接続される同軸コネクタ３ｂから、ＤＵＴ１０の電極パッドに接触するプローブ先端までを含むものである。
よって、本発明の電気的接触装置は、高周波測定装置とケーブル接続される同軸コネクタ３ｂがどこに設けられてくるかに応じて様々な形態を有する。

例えば図１に示す高周波測定システムで、同軸コネクタ３ｂがウェハ測定ボード２に設けられている場合は、その同軸コネクタ３ｂからウェハ測定ボード２内の信号経路（電気回路を含む）、ウェハ測定ボード２とプローブカード４の接続部、および、プローブカード４内の信号経路を上記電気的接触装置に含む。
また、同軸コネクタ３ｂがプローブカード４に設けられている場合は、そのプローブカード４内の信号経路（電気回路を有する場合は、その電気回路を含む）とプローブ端までの信号経路を上記電気的接触装置に含む。
一方、同軸コネクタ３ｂがテストヘッド５Ｂに設けられている場合は、ウェハ測定ボード２およびプローブカード４の信号経路のみならず、テストヘッド５Ｂ内の信号経路（電気回路を有する場合は、その電気回路を含む）を上記電気的接触装置に含む。

以下、図面および説明の簡略化のため、同軸コネクタ３ｂがプローブカード４に設けられている場合を例として、本実施形態に関わる電気的接触装置（プローブカード４）の詳細な構成を説明する。

図３（Ｂ）は、半導体ウェハ６と接触した状態のプローブカード４の概略的な断面図である。
プローブカード４は、カード本体４１と、カード本体４１の上面に固定されている複数の同軸コネクタ３ｂと、半導体ウェハ６に先端が接触している測定プローブ４２と、半導体ウェハ６に先端が接触している接地プローブ４３と、測定プローブ４２および接地プローブ４３をカード本体４１の下面側で保持し、これらをカード本体４１に固定するためのプローブ保持部４４とを備える。
測定プローブ４２と接地プローブ４３は、共に先端部が一方（図の下方）に曲げられ、その先端が半導体ウェハ６に接触している。
カード本体４１は、中心に開口部４１Ａを有する。

図３（Ａ）は、この開口部４１Ａの上方から見た図である。
半導体ウェハ６には、格子状のスクライブライン６１により周囲を囲まれた半導体ＩＣチップ（ＤＵＴ１０）が規則的に配置されている。
ＤＵＴ１０は、その１対の対向辺に沿った領域に、電極パッド１１Ａ〜１１Ｈが設けてある。電極パッドは他の１対の対向辺に沿った領域にも設けられる場合がある。

図３では、電極パッド１１Ａ〜１１Ｈのいずれも、高周波信号が入力または出力されるか、他の低周波の信号やＤＣ電圧が印加されるかは任意である。つまり、当該プローブカード４は、ＤＵＴ１０の電極配列が同じならば、電極パッドの使用方法、すなわち、電極パッドと信号や電圧の対応関係は任意であり、そのため汎用性が高いものである。よって、全ての測定プローブ４２Ａ〜４２Ｈが、高周波信号が入力または出力される高周波信号プローブとして利用可能である。
測定プローブ４２Ａ〜４２Ｈは、その先端が、それぞれ対応する電極パッド１１Ａ〜１１Ｈの何れかに接触している。

測定プローブ４２Ａ〜４２Ｈの各々に、接地プローブ４３Ａ〜４３Ｈの何れかが対で設けられている。また、対を成す２本のプローブ（測定プローブ４２と接地プローブ４３、以下、プローブ対とも言う）に対し、同軸コネクタ３ｂＡ〜３ｂＨの何れか１つが設けられている。
例えば測定プローブ４２Ａには、接地プローブ４３Ａが、その２つの先端同士を近接して設けられ、測定プローブ４２Ａが同軸コネクタ３ｂＡの軸芯に電気的に接続され、接地プローブ４３Ａが、そのグランド電位がケーブル接続時に印加される胴体部に電気的に接続されている。
このプローブ先端の近接配置と電気的接続との関係は、他の測定プローブ４２Ｂ〜４２Ｈに関しても同様である。

ただし、接地プローブ４３Ａ〜４３Ｈの先端は、測定プローブ４２Ａ〜４２Ｈの各先端がなす仮想対向辺の対向方向外側に位置する。
その関係を図３（Ｃ）に１対のプローブで代表して示すと、測定プローブ４２と接地プローブ４３の先端同士の直線距離Ｄ２は、測定プローブ４２の先端が位置する電極パッド１１の中心からスクライブライン６１の幅方向中心までの最短直線距離Ｄ１より大きい。これは、上面から見やすくするため測定プローブ４２と接地プローブ４３をずらして配置した結果である。ただし、２つの距離Ｄ１とＤ２を同じにしても構わない。

本発明では測定プローブの少なくとも２つが、当該測定プローブと接地プローブとで対となっていればよい。
図４に、近接配置したプローブ対を２対有するプローブカード４の上面視を示す。
ＤＵＴ１０の電極パッド１１Ｃに接触する測定プローブ４２Ｃに対し接地プローブ４３Ｃが設けられ、電極パッド１１Ｆに接触する測定プローブ４２Ｆに対し接地プローブ４３Ｆが設けられ、他の測定プローブ４２には接地プローブが設けられていない。
高周波信号プローブが決められている場合は、このようにその数だけ接地プローブを設ける。なお、本実施形態では、プローブ対は３対以上、７対以下の範囲で任意数設けることもできる。
以上の構成は、ＤＵＴ１０の残りの対向辺側で電気的接触をとる場合、電極パッドが８個以外でも、同様に適用される。

図５に、プローブ対４２,４３と同軸コネクタ３ｂの接続構造を示す。
カード本体４１の下面に信号接続配線４５が形成され、これにより測定プローブ４２と同軸コネクタ３ｂの軸芯の外部端子３１とが電気的に接続されている。
カード本体４１の上面に接地接続配線４６が形成され、これにより接地プローブ４３と同軸コネクタ３ｂの胴体部３２とが電気的に接続されている。
なお、プローブ保持部４４の材料は任意であるが、例えば樹脂からなる。

参考例として、本発明が適用されていない場合のプローブカードの上面視を図６（Ａ）に示し、その断面を図６（Ｂ）に示す。
この参考例と、本実施形態に関わる図３および図４を比較すると、本実施形態では接地電位で保持される接地プローブ４３が少なくとも２本追加されていることが分かる。

［高周波測定方法］
図７は、本実施形態における高周波測定方法の測定手順を示すフローチャートである。
ステップＳＴ１では、同軸ケーブル端での較正を行う。この較正は、図２に示す信号伝送路１０１Ａ,１０１ＢとＤＵＴ１０に代えて、ケーブル３ａの開放端と、他のケーブル３ａの開放端との間に、スルー(through)、オープン(open)、ショート(short)、ロード（load）と呼ばれる所定の標準器を順に接続し、その度に、ベクトル・ネットワーク・アナライザ１Ａで散乱パラメータ（Ｓパラメータ）を求める測定を行う。なお、標準器の種類は較正法の違いで異なり、上記４例に限定されない。
これによりベクトル・ネットワーク・アナライザ１Ａの状態によるばらつき、接続端での信号反射、ケーブルによる信号遅延などが補正される。

つぎに、図７のステップＳＴ２にて、プローブカード４の接続を行う。
図８に、その接続方法を示す。
図３（Ｂ）に示すプローブカード４を、例えば測定プローブ４２および接地プローブ４３の針先を上にして、図８の固定治具１２０に取り付ける。そして、ベクトル・ネットワーク・アナライザ１Ａの一の端子に接続されている較正済みのケーブル３ａを、プローブカード４の同軸コネクタ３ｂに接続する。また、ベクトル・ネットワーク・アナライザ１Ａの他の端子に接続されている較正済みの他のケーブル３ａに、少なくとも２つのプローブの先端に接触可能な測定ヘッド１１２を有する高周波プローバ１１０を接続する。図示する高周波プローバ１１０は同軸コネクタ１１１を備えており、その同軸コネクタ１１１にケーブル３ａの先端の同軸コネクタを接続する。この状態で高周波プローバ１１０を固定治具１２０の３軸移動可能なステージに取り付ける。

その後、当該ステージを制御して、図８に一部拡大して示すように、高周波プローバ１１０の測定ヘッド１１２に設けられている２つのプローブ１１３と１１４に対して、測定プローブ４２と接地プローブ４３をそれぞれ接触させる。
この状態で、ベクトル・ネットワーク・アナライザ１Ａから高周波のテスト信号をプローブカード４に印加し、測定プローブ４２と同軸コネクタ３ｂの軸芯までの高周波特性を、接地プローブ４３から同軸コネクタ３ｂの接地胴体までを十分に接地した状態で取得する。これにより図７のステップＳＴ３（予備測定）が終了する。
なお、プローブカード４に複数の高周波信号の伝送路が有る場合は、それぞれについて測定を行う。例えば図３（Ａ）の場合は高周波信号の伝送路となり得る測定プローブが８本あるので、その８本の測定プローブ４２Ａ〜４２Ｈのそれぞれについて当該予備測定を行う。一方、図４の場合、高周波プローブは測定プローブ４２Ｃの１本なので、その測定プローブについて当該予備測定を行う。
このプローブカード４の高周波特性は、図１に示す制御部１Ｃの所定の記憶領域に一時保存される。

図７のステップＳＴ４にて、信号経路が較正済み（高周波特性取得済み）のプローブカード４を、図８に示す固定治具１２０から外し、図１に示すプローバ装置５にセットする。そして、既に較正済みで図８の予備測定で用いたケーブル３ａを、プローバ装置５の所定の同軸コネクタ（本例では、プローブカード４に設けられた同軸コネクタ３ｂ）に接続する。

つぎに、プローバ装置５内のＸＹＺテーブル８を制御して、図３（Ａ）または図４に示すように、測定対象のＤＵＴ１０に設けられた電極パッド１１Ａ〜１１Ｈに、測定プローブ４２Ａ〜４２Ｈを十分な針圧で接触させる（ステップＳＴ５）。このとき、接地プローブ４３Ａ〜４３Ｈは、スクライブライン６１に接触する。あるいは、電極パッドとスクライブラインの高さの違い、すなわち半導体ウェハ６の厚さ方向の段差が比較的大きいときは、接地プローブ４３Ａ〜４３Ｈはスクライブライン６１への接触にまで至らないこともある。しかし、どちらの場合も、信号経路（高周波プローブ）に対して接地導体（接地プローブ）が予備測定時と同じ状態で近接していることに変わりなく、測定精度への影響は一定している。
この状態で、ステップＳＴ６にて本測定を行い、予め決められたプログラムにしたがって様々な高周波特性が行われる。

本測定の後は、ステップＳＴ７にて、誤差補正モデル、すなわちステップＳＴ３の予備測定で取得した電気的接触装置（プローブカード４）の高周波特性の評価値を、ステップＳＴ６で得られた本測定の評価値から差し引く。この計算は、図１に示す制御部１Ｃがベクトル・ネットワーク・アナライザ１Ａから入力した本測定の結果と、一時保存している予備測定の結果とを用いて、所定のプログラムに従って実行する。
その結果、図７のステップＳＴ８に示すように、被検査デバイス（ＤＵＴ１０）のより正確な高周波特性が得られる。その後、必要なら、測定対象を変更して、上記ステップＳＴ５〜ＳＴ８を必要回繰り返し、測定結果を表示または印刷することで、当該高周波測定が終了する。

［変形例］
以下、本実施形態の変形例(variations)を説明する。
上記説明における測定プローブは、図３（Ｂ）等に示すようにプローブ保持部４４から突き出るようなカンチレバー(cantilever)型である。同じカンチレバー型でも、例えばプローブ保持部４４に、針先の位置が調整可能なネジを設け、測定プローブ４２と接地プローブ４３の針先の相対的な位置関係を変更できるようにしてもよい。ただし、この場合、針先の位置関係が変更されると高周波特性も変化するので、針先の位置関係を測定対象のデバイスに合わせて調整した後に図８に示す予備測定を行い、その針先の位置関係を変えることなく本測定を実行する必要がある。

また、前述した特許文献４と同様な同軸針を用いた場合に、そのグランド被膜導体の端部に導電性接着剤により接合されるグラウンド針の先端を、図３（Ａ）のように高周波信号プローブの先端がなす仮想対向辺の外側に位置させることによっても、本発明の適用が可能である。

さらに、外部からの圧力で変形自在で、例えばブレード形状を有する金属等に絶縁状態で埋め込まれたマイクロストリップ構造の導体を設け、その導体の先にプローブを取り付けた構造でもよい。
さらにプローブ全体を変形自在な導電材料から形成してもよい。
ただし、いずれの場合も、針先の位置調整のみならず、変形自在な信号経路全体を、予備測定時と本測定時で変えないことが必要である。

さらに、プローブの形状や素材およびその支持構造に関し、プローブは先の尖った針に限定されず、面接触をとるものでもよい。以下、この面接触可能な測定プローブの例を、図面を用いて説明する。

図９に、いわゆるメンブレイン(membrane)型の支持台を有する面接触型のプローブカードを示す。
図解するプローブカード４Ａは、そのカード本体４１Ｂが、開口部を有しない。そしてカード本体４１Ｂの下面に、斜めのテーパー部を有し２次元的に広がりを持ったメンブレイン型の支持台４７が固定されている。メンブレイン型の支持台４７の斜めのテーパー部に沿って測定プローバとしてのフレキシブル基板４２ｘ,４２ｙが配置され、その各々の外側に、接地プローバとしてフレキシブル基板４３ｘ,４３ｙが配置されている。このフレキシブル基板は、高周波信号伝送路あるいはグラウンド電位導体となる導電膜の厚さ方向の両側を絶縁性薄膜で覆った３層構造を有する。
なお、図解しているフレキシブル基板は２対であるが、メンブレイン型の支持台４７の４つのテーパー部において、所定のテーパー部に必要な数だけ設けられる。

フレキシブル基板４２ｘと４３ｘ、あるいは、４２ｙと４３ｙの組み合わせで２枚分の隙間ができるようにメンブレイン型の支持台４７より一回り大きなキャップ状の外側支持部４８が取り付けられている。
そして、高周波信号を伝送するフレキシブル基板４２ｘ,４２ｙは、その端部がメンブレイン型の支持台４７内側に折り曲げられて当該支持台４７の下面（平坦面）に固定されている。このフレキシブル基板４２ｘ,４２ｙの各端部は、下面側の絶縁性薄膜が一部除去され、その部分に面接触導体４９ｘ,４９ｙが形成されている。
一方、グラウンド電位が印加されるフレキシブル基板４３ｘ,４３ｙは、その端部が外側支持部４８の下面に固定されている。このフレキシブル基板４３ｘ,４３ｙの各端部は、下面側の絶縁性薄膜が一部除去され、その部分に面接触導体５０ｘ,５０ｙが形成されている。

図示するように半導体ウェハ６との接触時には、フレキシブル基板４２ｘ,４２ｙの先端部に設けられている面接触導体４９ｘ,４９ｙが、それぞれＤＵＴ１０の電極パッド１１ｘ,１１ｙと面接触する。このとき、他の面接触導体５０ｘ,５０ｙはスクライブライン６１と接触していない。ただし、前述したように、この状態でも測定精度に影響はない。
フレキシブル基板４２ｘ,４２ｙの他方端において、その高周波信号伝送路としての導電膜が同軸コネクタ３ｂの外部端子３１と接続されている。また、フレキシブル基板４３ｘ,４３ｙの他方端において、そのグラウンド電位導体としての導電膜が同軸コネクタ３ｂの胴体部３２に接地接続配線４６を介して接続されている。
よって、図３（Ｂ）と同じような、ＤＵＴ１０の電極パッド１１ｘ,１１ｙと同軸コネクタ３ｂとの電気的接続が実現されている。

このプローブカード４Ａは面接触型であるため、電極パッド１１ｘ,１１ｙの表面に傷がつくことが防止でき、また、接触抵抗も小さいという利点がある。また、プローブ対を成すフレキシブル基板４２ｘと４３ｘ、あるいは４２ｙと４３ｙは、グラウンド電位が印加されるフレキシブル基板４３ｘ,４３ｙ内の導電膜を、相対的に幅広にすれば、いわゆるマイクロストリップラインに似た構造となり、ノイズ等により信号線のインピーダンス変動を抑制できる。また、フレキシブル基板であるため、比較的コストが低い。

図９の破線の丸で囲む領域Ａの支持構造は、例えば図１０（Ａ）または図１０（Ｂ）に示すように変更可能である。
つまりメンブレイン型の支持台４７に代えて、図１０では内側支持部材４７Ａまたは４７Ｂが設けられ、外側支持部４８に代えて、図１０では外側支持部材４８Ａまたは４８Ｂが設けられている。
図１０（Ａ）はフレキシブル基板対４２ｙ,４３ｙの先端部を、当該フレキシブル基板対に接する側から支持する構造例であり、図１０（Ｂ）は、外側から支持する構造例である。その他支持の仕方は種々変更可能である。

図１１に、図９の破線の丸で囲む領域Ｂの変更例を示す。この変更は、図１０（Ａ）または図１０（Ｂ）との組み合わせも可能である。
図１１では、面接触導体４９ｘ,４９ｙと電極パッド１１ｘ,１１ｙとの間に、異方性導電ゴム５１が介在している。これは、複数の測定プローブ、この図ではフレキシブル基板４２ｘ,４２ｙで共通に設けられている。異方性導電ゴム５１は、全ての測定プローブに共通でもよいし、幾つかの測定プローブに１つ設けるようにしてもよい。例えば図３（Ａ）を用いて説明すると、インラインで配置されたラインごと、図３（Ａ）に示す例で言うと測定プローブ４２Ａ〜４２Ｄで１つ、他の測定プローブ４２Ｅ〜Ｈで１つ、異方性導電ゴム５１を設けてもよい。いずれにしても、異方性導電ゴム５１は測定プローブの面接触導体に導電性接着材等で固定される。
異方性導電ゴム５１は、図１１に示すように、圧力が加わるとその圧力が加わった局部のみ導電性を示す。よって、電極パッド間の絶縁性は保たれる。
このように異方性導電ゴム５１を用いると接触抵抗は十分低くしながら、なお一層、電極パッドに傷が付きにくくすることが可能である。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

本実施形態によれば、グラウンド電極が無い高周波デバイスに対し、ウェハ状態またはチップ状態で精度良く高周波測定ができるようになった。これは以下の理由による。
複数の測定プローブのうち高周波信号が伝送される高周波信号プローブと対で接地プローブが設けられ、それらの先端同士が互いに近接し、かつ、カード本体からの高さがほぼ揃っている。そのため、図８に示すような同じ高さのプローブ１１３と１１４を有する一般的な高周波プローバ１１０を用いて、高周波測定（予備測定）が可能である。
また、実際の高周波デバイス（ＤＵＴ１０）を測定するときに、複数の測定プローブの先端がなす仮想対向辺の外側に、接地プローブの針先が位置するため、ＤＵＴ１０の回路部分を傷つけ、あるいは他の電極パッドに接触することがない。接地プローブは半導体ウェハに接触したとしても、そこがスクライブラインとなるように、プローブ対の先端同士の位置関係が設定されている。
以上の理由から、このプローブ対を含む電気的接触装置独自の高周波特性が測定され、その特性が、当該電気的接触装置を用いて行うデバイス測定時の結果から除去する誤差補正方法の適用を可能とする。よって、より精度が高い高周波デバイス測定が可能である。

また、本実施形態の電気的接触装置は、基本的にマイクロストリップライン構造でないが、それでも測定精度は高い。なぜなら、治具特性を測定する予備測定は安定性、つまり複数回の測定でほぼ同じ結果が得られることが重要で、その特性の良し悪しは余り問題とならない。特性が良くても悪くても予備測定の結果は最終的にはデバイス評価結果から排除されるからである。
よって、様々な変形例も含め本実施形態の電気的接触装置は、高い精度のマイクロストリップライン構造を有する高周波プローブに比べ低コストで製造可能である。

本発明の実施形態に関わる高周波測定システムの概略構成図である。 高周波測定時の簡略化された測定経路図である。 （Ａ）はウェハへの針立て時の上面図、（Ｂ）は本実施形態に関わる電気的接触装置（プローブカード）の断面図、（Ｃ）はプローブ先端の相対位置関係の説明図である。 図３（Ａ）の変更例を示す上面図である。 プローブと同軸コネクタとの接続を示すプローブカードの一部断面図である。 （Ａ）と（Ｂ）は参照例の上面図と断面図である。 本実施形態に関わる高周波測定方法の手順を示すフローチャートである。 予備測定の方法を示す接続図である。 変形例を示す断面図である。 （Ａ）と（Ｂ）は図９における支持構造の変更点を示す一部断面図である。 図９における接触部分の変更点を示す部分図である。

符号の説明

１…ＬＳＩテスタ、１Ａ…ベクトル・ネットワーク・アナライザ、１Ｂ…電源部、１Ｃ…制御部、２…ウェハ測定ボード、３ａ…ケーブル、３ｂ…同軸コネクタ、４,４Ａ…プローブカード、５…プローバ装置、５Ａ…本体、５Ｂ…テストヘッド、５Ｃ…アーム、５Ｄ…駆動ユニット、６…半導体ウェハ、７…ウェハステージ、８…ＸＹＺテーブル、１０…ＤＵＴ、１１等…電極パッド、４１,４１Ｂ…カード本体、４１Ａ…開口部、４２等…測定プローブ、４３等…接地プローブ、４４…プローブ保持部、４５…信号接続配線、４６…接地接続配線、４７…メンブレイン型の支持台、４８…外側支持部、４９ｘ,４９ｙ,５０ｘ,５０ｙ…面接触導体、５１…異方性導電ゴム、１０１Ａ,１０１Ｂ…信号伝送路、１１０…高周波プローバ、１１１…同軸コネクタ、１１２…測定ヘッド、１１３,１１４…プローブ、１２０…固定治具

Claims (8)

1. 本体と、
   前記本体に支持され、被検査デバイスの電極パッドの配列に対応する、１対または複数対の仮想対向辺に沿うように先端が配列されている複数の測定プローブと、
   前記複数の測定プローブのうち高周波信号が入力または出力する複数の高周波信号プローブに直接または電気回路を介して電気的接続をとるために、前記本体に設けられている複数の信号コネクタと、
   前記高周波信号プローブごとに設けられて前記本体に支持され、グラウンド電位で保持される前記信号コネクタの部分または接地コネクタと電気的に接続している複数の接地プローブと、
   を有し、
   前記複数の接地プローブは、その各先端が、対応する前記高周波信号プローブの先端に近接し、かつ、前記仮想対向辺の外側に位置している
   電気的接触装置。
2. 前記接地プローブの先端と、対応する前記高周波信号プローブとの先端とは、前記本体と平行な面内で両先端間の距離が、前記被検査デバイスの電極パッド中心から、被検査デバイス間のウェハ部分であるスクライブラインの幅中心までの距離と同じか、大きく設定されている
   請求項１に記載の電気的接触装置。
3. 前記接地プローブと前記高周波信号プローブとの先端同士の距離が、前記電極パッド中心から前記スクライブラインの幅中心までの距離より大きい場合、前記仮想対向辺に垂直な仮想線上から斜めにずれて、前記接地プローブの先端が前記高周波信号プローブの先端に対して配置されている
   請求項２に記載の電気的接触装置。
4. 前記高周波信号プローブを含む前記複数の測定プローブと前記接地プローブの各々は、点接触を行う先端が尖ったプローブ導体を有する
   請求項１〜３の何れかに記載の電気的接触装置。
5. 前記高周波信号プローブを含む前記複数の測定プローブと前記接地プローブの各々は、面接触を行う導体面を先端に備える
   請求項１〜３の何れかに記載の電気的接触装置。
6. 前記高周波信号プローブを含む前記複数の測定プローブと前記接地プローブの各々は、面接触を行うプローブごとの導体面と、複数のプローブ間に共通の異方性導電部材とを備え、前記導体面からの圧力で前記異方性導電部材が局部的に導電性を持つことを利用して前記複数のプローブと前記被検査デバイスの複数の電極パッドとの接触をとる
   請求項１〜３の何れかに記載の電気的接触装置。
7. ウェハ状態またはチップ状態の半導体デバイスに電気的接触をとる電気的接触装置を含むプローバ装置と、
   前記プローバ装置に接続され、前記半導体デバイスの高周波特性を測定するテスタと、を備え、
   前記電気的接触装置が、
   本体と、
   前記本体に支持され、被検査デバイスの電極パッドの配列に対応する、１対または複数対の仮想対向辺に沿うように先端が配列されている複数の測定プローブと、
   前記複数の測定プローブのうち高周波信号が入力または出力する複数の高周波信号プローブに直接または電気回路を介して電気的接続をとるために、前記本体に設けられている複数の信号コネクタと、
   前記高周波信号プローブごとに設けられて前記本体に支持され、グラウンド電位で保持される前記信号コネクタの部分または接地コネクタと電気的に接続している複数の接地プローブと、
   を有し、
   前記複数の接地プローブは、その各先端が、対応する前記高周波信号プローブの先端に近接し、かつ、前記仮想対向辺の外側に位置している
   高周波測定システム。
8. 被検査デバイスの電極パッドの配列に対応する、１対または複数対の仮想対向辺に沿うように先端が配列されている複数の測定プローブと複数の信号コネクタを備え、当該複数の測定プローブに高周波信号プローブと接地プローブを対で複数含む電気的接触装置を用いて、前記被検査デバイスの高周波特性を測定する高周波測定方法であって、
   一の高周波信号プローブの先端と、当該高周波信号プローブと電気的に接続されている一の信号コネクタと、を高周波測定装置にケーブル接続し、かつ、前記信号コネクタのグラウンド電位で保持されている部分または接地コネクタと、前記高周波信号プローブの前記先端付近に近接し前記仮想対向辺の外側に位置している一の接地プローブの先端と、を前記高周波測定装置のグラウンド電位に接続する第１ステップと、
   前記高周波測定装置に接続されている前記高周波信号プローブと前記信号コネクタ間の高周波特性を測定する第２ステップと、
   他の高周波信号プローブ全てに対して前記第１および第２ステップを繰り返し、前記電気的接触装置の高周波特性を取得する第３ステップと、
   前記接地プローブの全てを、前記被検査デバイスがチップ形状の場合は当該被検査デバイスと非接触に、または、前記被検査デバイスがウェハ形状の場合は当該接地プローブの全てがウェハと非接触あるいはデバイス間のスクライブラインに接触する状態となるように、前記被検査デバイスの複数の電極パッドに前記複数の測定プローブを接触させる第４ステップと、
   前記第４ステップの状態で前記複数の信号コネクタに前記高周波測定装置をケーブル接続し、かつ、全ての前記接地プローブを前記高周波測定装置のグラウンド電位と共通接続する第５ステップと、
   前記第５ステップの状態で、前記電気的接触装置と前記被検査デバイスの合成された高周波特性を測定する第６ステップと、
   前記第６ステップで得られた特性から、前記第３ステップで得られた特性を用いて前記被検査デバイス単独の高周波特性を取得する第７ステップと、
   を含む高周波測定方法。

Images