JP2001244309A - 接触式検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プローブヘッドの高さ調整用の圧力室および
水銀押圧用の圧力室の圧力を所定の設定値に確実に保
ち、圧力設定作業やその調整作業の手間を軽減し、精度
の高い検査ができる接触式検査装置を提供する。 【解決手段】 検査対象物（半導体ウェーハ１）に接触
して検査するプローブヘッド３と、該プローブヘッドを
端部に支持するとともに回動支点部１４廻りに回転可能
な支持部材１２と、該支持部材に当接してこれを回動さ
せる高さ調整部１６とを備え、前記プローブヘッド３
は、検査対象物に接触する水銀電極（水銀６，電極７）
と該水銀電極に接触圧を付与する水銀押圧用圧力室８を
有し、前記高さ調整部１６は、前記支持部材１２に当接
する当接部材１７および該当接部材を変位させる高さ調
整用圧力室１８を有する接触式検査装置において、前記
水銀押圧用圧力室８および高さ調整用圧力室１８の圧力
をそれぞれ所定の設定圧力に維持するための圧力自動制
御装置２３，２４を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体基板等の酸化
膜厚や不純物濃度等を検査する接触式検査装置に関す
る。より詳しくは、圧力室からの圧力により水銀電極を
検査対象物に接触させて検査する接触式検査装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の接触式検査装置の構成を図３に示
す。検査の対象となる半導体ウェーハ１はステージ２上
に搭載される。このステージ２の上方にプローブヘッド
３が設けられる。プローブヘッド３は、ガラス製の筒状
プローブを構成する水銀ホルダー４とこれを保持するヘ
ッド本体５からなる。水銀ホルダー４内に水銀６が保持
されるとともにこの水銀６に電気的に接続する電極７が
設けられる。この水銀６と電極７により検査用の水銀電
極を構成する。ヘッド本体５内には、水銀６を保持する
とともに検査時に水銀ホルダー４内の水銀６を下降させ
半導体ウェーハ１に接触させて接触圧力を付与するため
の水銀押圧用圧力室８が形成される。この水銀押圧用圧
力室８には所定圧力の空気あるいは窒素ガスを供給する
ためのエア配管９が接続される。エア配管９上には、圧
力計１０および圧力調整器１１が設けられる。

【０００３】プローブヘッド３は、支持部材１２の端部
に支持される。支持部材１２は、その中間部に支点台１
３上に支持された回動支点部１４を有し、この回動支点
部１４廻りに回転可能である。プローブヘッド３と反対
側の支持部材１２の端部に作用点部１５が設けられ、こ
の作用点部１５に高さ調整部１６の下端に設けた膜状の
当接部材１７（例えばダイヤフラム型）が当接する。こ
の当接部材１７は、高さ調整用圧力室１８内の圧力に応
じて膨張、収縮し、作用点部１５を変位させる。これに
より、支持部材１２が回動支点部１４廻りに回動し、プ
ローブヘッド３を上下動させてステージ２上の半導体ウ
ェーハ１からの高さを調整する。この高さ調整用圧力室
１８に対してもプローブヘッド３の電極調整用圧力室８
と同様に、圧力計２０および圧力調整器２１を備えたエ
ア配管１９を介して所定の圧力の空気あるいは窒素ガス
が供給される。

【０００４】上記構成の接触式検査装置において、まず
高さ調整部１６の高さ調整用圧力室１８の圧力調整によ
り、プローブヘッド３の高さを調整して水銀ホルダー４
の先端を半導体ウェーハ１上に接触させる。

【０００５】このプローブヘッド３の半導体ウェーハ１
からの高さ調整は、取扱者が高さ調整部１６の圧力計２
０を確認しながら圧力調整器２１を操作することによ
り、高さ調整用圧力室１８の当接部材１７を伸縮させて
作用点部１５を上下に変位させる。これにより、支持部
材１２がその回動支点部１４廻りに回転して端部のプロ
ーブヘッド３の高さが調整される。この場合、高さ調整
用圧力室１８の当接部材１７が収縮したときに、プロー
ブヘッド３は、その自重により下がって半導体ウェーハ
に接触する。

【０００６】水銀ホルダー４が半導体ウェーハ１に接触
したら、内部の水銀６を押圧して半導体ウェーハ１に接
触させる。この水銀６の押圧動作は、水銀押圧用圧力室
８の圧力を圧力計１０で確認しながら、取扱者が圧力調
整器１１を操作して半導体ウェーハ１に接触するのに適
当な量だけ水銀６を水銀ホルダー４の内部で下降させ
る。これにより、水銀ホルダー内の水銀の下側の空気が
押出されて水銀が半導体ウェーハ１に接触する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水銀電
極と半導体ウェーハが接触する際、図４に示すように、
半導体ウェーハ１上にダスト２２があると、これが水銀
６に付着して先端の接触面積がダストのない正常時に比
べ狭くなる。このように、ダストにより接触面積が変わ
ると測定値が変動する。

【０００８】また、図５（Ａ）に示すように、水銀６と
これを保持する水銀ホルダー４の内壁面との間の下部側
にダスト２２が付着すると、同図（Ｂ）に示すように、
ダスト２２がリング状に集まり、水銀６がこれに引っ掛
って上下動速度が遅くなる。水銀６は水銀ホルダー４内
で上下動するが、空気と触れている部分は酸化作用で硬
化し、その動作に影響する。動作速度が変化すると、水
銀押圧時にホルダー内の水銀の下側の空気が完全に抜け
切らないことがあり、この残留空気により、ウェーハ上
に水銀が接触したときに接触面積が変動する。

【０００９】以上の理由により、検査毎に検査装置取扱
者が水銀の上下動をマニュアルで行い、その動作を安定
させた後、圧力を設定し、検査作業を行っている。しか
しながら、この圧力設定には時間を要し、また取扱者に
よって圧力値に誤差が生じ、検査結果が安定しなかっ
た。

【００１０】また、プローブヘッド３の高さ調整をする
場合、従来は、プローブヘッド３を支持する支持部材１
２の中間部に回動支点部１４を設け、プローブヘッド３
と反対側の端部の高さ調整用圧力室１８の当接部材１７
が収縮したときに、梃子の原理でプローブヘッド３が、
その重量により自重で下がり、これにより水銀電極がウ
ェーハに接触していた。しかしながら、この構成では、
プローブヘッド３の電極調整用圧力室８内の圧力が急激
に高くなった場合、水銀が水銀ホルダーから噴出した
り、また水銀がプローブヘッド全体を持ち上げてその高
さを変化させ測定結果を変動させていた。

【００１１】本発明は上記従来技術を考慮したものであ
って、プローブヘッドの高さ調整用の圧力室および水銀
押圧用の圧力室の圧力を所定の設定値に確実に保ち、圧
力設定作業やその調整作業の手間を軽減し、精度の高い
検査ができるとともに、水銀押圧用の圧力室の急激な圧
力上昇によっても水銀が飛び出したり、プローブヘッド
が持ち上げられることのない接触式検査装置の提供を目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、検査対象物に接触して検査するプロー
ブヘッドと、該プローブヘッドを端部に支持するととも
に回動支点部廻りに回転して前記プローブヘッドを前記
検査対象物に対し接離可能に支持する支持部材と、該支
持部材に当接してこれを回転させ前記プローブヘッドの
高さを調整する高さ調整部とを備え、前記プローブヘッ
ドは、前記検査対象物に接触する水銀電極と該水銀電極
に接触圧を付与する水銀押圧用圧力室を有し、前記高さ
調整部は、前記支持部材に当接する当接部材および該当
接部材を変位させる高さ調整用圧力室を有する接触式検
査装置において、前記水銀押圧用圧力室および高さ調整
用圧力室の圧力をそれぞれ所定の設定圧力に維持するた
めの圧力自動制御装置を備えたことを特徴とする接触式
検査装置を提供する。

【００１３】この構成によれば、水銀電極を保持すると
ともに水銀を押出して接触させるための水銀押圧用圧力
室およびプローブヘッドの高さ調整用圧力室がともにフ
ィードバック制御等の自動制御により最適な設定圧力に
維持されるため、圧力設定作業やその調整作業の手間が
軽減され、高精度の圧力設定ができ信頼性の高い検査結
果が得られる。

【００１４】好ましい構成例では、前記高さ調整部の当
接部材が前記支持部材に当接する位置は、前記プローブ
ヘッドの支持位置と前記回動支点部の間の位置であるこ
とを特徴としている。

【００１５】この構成によれば、高さ調整部の当接部材
が、プローブヘッドの支持部材に対し、プローブヘッド
とその回動支点部の間の位置に当接するため、プローブ
ヘッド側に急激な圧力上昇が起こって支持部材を上方に
回動させようとしても、回動支点部よりプローブヘッド
に近い側に高さ調整部の当接部材が当接しているため、
回転動作が規制されプローブヘッドが持ち上げられたり
水銀が噴出することがない。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態に
係る接触式検査装置の構成図である。この実施形態は、
前述の図３の構成に比べ、プローブヘッド側および高さ
調整部側のエア供給系にそれぞれ圧力自動調整装置２
３，２４が設けられた点および支持部材１２の回動支点
部１４がプローブヘッドと反対側の端部に設けられた点
が異なっている。すなわち、図３の例と同様に、検査の
対象となる半導体ウェーハ１はステージ２上に搭載され
る。このステージ２の上方にプローブヘッド３が設けら
れる。プローブヘッド３は、ガラス製の筒状プローブを
構成する水銀ホルダー４とこれを保持するヘッド本体５
からなる。水銀ホルダー４内に水銀６が保持されるとと
もにこの水銀６に電気的に接続する電極７が設けられ
る。この水銀６と電極７により検査用の水銀電極を構成
する。ヘッド本体５内には、水銀６を保持するとともに
検査時に水銀ホルダー４内の水銀６を下降させこれを半
導体ウェーハ１に接触させて接触圧力を付与するための
水銀押圧用圧力室８が形成される。この水銀押圧用圧力
室８には所定圧力の空気あるいは窒素ガスを供給するた
めのエア配管９が接続される。エア配管９上には、圧力
計１０および圧力調整器１１が設けられる。

【００１７】本実施形態では、圧力計１０および圧力調
整器１１に連結して圧力自動制御装置２３が設けられ
る。この圧力自動制御装置２３は、圧力調整器１１で設
定された目標圧力値に対し、圧力計１０の検出値との差
に応じて圧力をフィードバック制御するものである。

【００１８】プローブヘッド３は、支持部材１２の端部
に支持される。支持部材１２は、プローブヘッド３と反
対側の端部に支点台１３上に支持された回動支点部１４
を有し、この回動支点部１４廻りに回転可能である。支
持部材１２の中間部に作用点部１５が設けられ、この作
用点部１５に高さ調整部１６の下端に設けた膜状の当接
部材１７が当接する。この当接部材１７は、高さ調整用
圧力室１８内の圧力に応じて膨張、収縮し、作用点部１
５を変位させる。これにより、支持部材１２が回動支点
部１４廻りに回転し、プローブヘッド３を上下動させて
ステージ２上の半導体ウェーハ１からの高さを調整す
る。

【００１９】なお、図示していないが、支持部材１２は
適当なスプリング手段により、常に上方に付勢され弾性
復帰力が付与されている。このスプリング手段の弾性力
に抗して高さ調整用圧力室１８の圧力により支持部材１
２が下向きに回転動作する。

【００２０】この高さ調整用圧力室１８に対してもプロ
ーブヘッド３の水銀押圧用圧力室８と同様に、圧力計２
０および圧力調整器２１を備えたエア配管１９を介して
所定の圧力の空気あるいは窒素ガスが供給される。さら
に本実施形態では、前述のプローブヘッド側の圧力自動
制御装置２３と同様に圧力計２０と圧力調整器２１に連
結して圧力自動制御装置２４が設けられる。

【００２１】上記構成の接触式検査装置において、水銀
電極を検査対象物である半導体ウェーハ１に接触させる
場合、先にプローブヘッド３全体の高さを調整して水銀
ホルダー４を半導体ウェーハ１に接触させる。その後、
水銀ホルダー４内の水銀６を下降させて半導体ウェーハ
１に所定の押圧力で接触させる。

【００２２】まずプローブヘッド３全体の高さ調整して
水銀ホルダー４を半導体ウェーハ１に接触させる動作は
以下のように行われる。

【００２３】高さ調整用圧力室１８内の圧力は圧力計２
０に表示され、この圧力計２０の出力電圧は、圧力自動
制御装置２４の設定電圧と比較される。この差に応じた
比較結果が圧力調整器２１へ出力される。圧力調整器２
１は、この圧力自動制御装置２４からの出力信号によっ
てその差がゼロとなる方向に開閉度を自動調節し、高さ
調整用圧力室１８への供給エアを調整する。これによ
り、高さ調整用圧室１８の当接部材１７を一定圧力で押
圧し、プローブヘッド３を回動支点部１４廻りに回転さ
せて水銀ホルダー４を半導体ウェーハ１に当接させ適正
な一定の押圧状態に維持する。

【００２４】この状態で、水銀ホルダー内の水銀６を一
定圧力で半導体ウェーハ１に接触させる動作は以下のよ
うに行なわれる。

【００２５】水銀押圧用圧力室８の圧力は圧力計１０に
表示される。この圧力計１０の出力電圧は、圧力自動制
御装置２３の設定電圧と比較される。この差に応じた比
較結果が圧力調整器１１へ出力される。圧力調整器１１
は、この圧力自動制御装置２３からの出力信号によって
その差がゼロとなる方向に開閉度を自動調節し、水銀押
圧用圧力室８への供給エアを調整する。これにより、水
銀押圧用圧室８の圧力は一定に保たれ、水銀電極を一定
の接触圧で半導体ウェーハ１に押圧する。

【００２６】図２は圧力自動制御装置２３，２４の具体
的な構成例を示す。なお、圧力自動制御装置２３，２４
は両方とも同じ構成であるので、一方の圧力自動制御装
置２３についてのみ説明する。

【００２７】電圧制御回路２６の電圧設定用ボリューム
（図示しない）の操作で、制御すべき圧力を電圧に変換
して設定する。この設定電圧信号は、比較制御回路２５
に送られる。比較制御回路２５は、まずこの目標となる
設定電圧により電子式真空レギュレータ（前述の圧力調
整器１１）を駆動し、そのバルブ開度が設定電圧に応じ
て調節され水銀押圧用圧力室８（図１）にエア（または
窒素ガス）が流れる。

【００２８】この圧力室内へのエア圧力は、圧力計１０
でモニターされ、検出された圧力は電圧に変換される。
この検出電圧は比較制御回路２５にフィードバックされ
る。

【００２９】比較制御回路２５は、電圧制御回路２６か
らの設定電圧とフィードバックされた検出電圧とを比較
してその誤差分の電圧信号を電子式真空レギュレータ
（圧力調整器１１）に送り、誤差分がゼロとなる方向に
バルブ開度を調整する。これを繰り返すことにより、エ
ア圧力が適正な押圧力となるように設定されその目標設
定圧力に維持される。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、水銀
を押出して接触させるための水銀押圧用圧力室およびプ
ローブヘッドの高さ調整用圧力室がともにフィードバッ
ク制御等の自動制御により最適な設定圧力に維持される
ため、圧力設定作業やその調整作業の手間が軽減され、
高精度の圧力設定ができ信頼性の高い検査結果が得られ
る。

【００３１】また、高さ調整部の当接部材が、プローブ
ヘッドの支持部材に対し、プローブヘッドとその回動支
点部の間の位置に当接する構成とすれば、プローブヘッ
ド側に急激な圧力上昇が起こって支持部材を上方に回動
させようとしても、回動支点部よりプローブヘッドに近
い側に高さ調整部の当接部材が当接しているため、回転
動作が規制され、プローブヘッドが持ち上げられたり水
銀が噴出することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係る接触式検査装置の
構成図。

【図２】 本発明で用いる圧力自動制御装置の例を示す
構成図。

【図３】 従来の接触式検査装置の構成図。

【図４】 水銀先端部のダストの説明図。

【図５】 水銀周辺部のダストの説明図。

【符号の説明】

１：半導体ウェーハ、２：ステージ、３：プローブヘッ
ド、４：水銀ホルダー、５：ヘッド本体、６：水銀、
７：電極、８：水銀押圧用圧力室、９，１９：エア配
管、１０，２０：圧力計、１１，２１：圧力調整器、１
２：支持部材、１３：支点台、１４：回動支点部、１
５：作用点部、１６：高さ調整部、１７：当接部材、１
８：高さ調整用圧力室、２２：ダスト、２３，２４：圧
力自動制御装置、２５：比較制御回路、２６：電圧制御
回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】検査対象物に接触して検査するプローブヘ
   ッドと、 該プローブヘッドを端部に支持するとともに回動支点部
   廻りに回転して前記プローブヘッドを前記検査対象物に
   対し接離可能に支持する支持部材と、 該支持部材に当接してこれを回転させ前記プローブヘッ
   ドの高さを調整する高さ調整部とを備え、 前記プローブヘッドは、前記検査対象物に接触する水銀
   電極と該水銀電極に接触圧を付与する水銀押圧用圧力室
   を有し、 前記高さ調整部は、前記支持部材に当接する当接部材お
   よび該当接部材を変位させる高さ調整用圧力室を有する
   接触式検査装置において、 前記水銀押圧用圧力室および高さ調整用圧力室の圧力を
   それぞれ所定の設定圧力に維持するための圧力自動制御
   装置を備えたことを特徴とする接触式検査装置。
2. 【請求項２】前記高さ調整部の当接部材が前記支持部材
   に当接する位置は、前記プローブヘッドの支持位置と前
   記回動支点部の間の位置であることを特徴とする請求項
   １に記載の接触式検査装置。