JP2001520751A - 多プローブ形試験用ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 非接触方式で集積電気回路の検査を目的とする走査形プローブ顕微鏡に使用する試験用ヘッドにおいて、３次元加法リソグラフィによって製造されたプローブグループが、キャリヤ上に配置される。このプローブは、プローブグループ上の中心の１箇所に向けて指向する。導電性プローブ、および静電容量式プローブの脚端部は、接続のためにキャリヤの上において導電構造を持つ測定回路と結合している。

Description

【発明の詳細な説明】 多プローブ形試験用ヘッド 本発明は、集積電気回路の検査を非接触方式で行う目的で走査形プローブ顕微 鏡に使用する試験用ヘッドに関する。 マイクロチップ上に置かれた集積スイッチ回路について、その品質特性を求め て検査を行うために、現在、走査形プローブ顕微鏡が使用されているが、その試 験用の先端部は、回路における信号の流れを測定する目的で特定の回路素子の近 傍に直接おかれる。今日、このような先端部は、マイクロメートル程度のサイズ を有するワイヤの先を腐食して製造される。試験用先端部が付いている試験用ヘ ッドは、最近の走査形プローブ顕微鏡の力を借りて数ナノメートルの精度を持っ て位置決めされている。しかしながら、先に付ける先端部が粗いために、従来は 、先端部の正確な位置および先端部とプローブ間の距離の測定が、十分な精度で 行われていなかった。損傷の発生を避けるためには、先端部の位置決めをして、 先端部を定められただけ引き下げることに、測定のための経費を追加する必要が 生じてくる。 集積回路について目的とする特性値を測定するためには、試験用ヘッドを顕微 鏡の制御によって所定の箇所に移動させてから測定を行う。幾つもの異なる特性 値を測定する場合には、従来は、１つの測定を行ってから、次の測定を行う前に 、測定に適した寸法を持つプローブを、次に測定を行う箇所に移動させることが 必要であった。 スイッチ回路を縮小化する技術が進歩したために、ストリップ導体および回路 部品の寸法、並びに回路で作動する信号の強度が、ますます減少している。さら に最新式のマイクロプロセッサを使用した場合には、定常的な周波数の上昇があ る。平均的にみて、１テラヘルツ程度範囲の周波数によって、１００ナノメート ル程度範囲の寸法を有する回路部分の信号を測定する必要がある。現在の静電容 量式測定プローブの容量は、高周波信号を測定する目的には高すぎる。従来から 使用されている磁場感応性のプローブは、回路に流れる電流を求めるために磁場 を測定するものであるが、これも同じく、今までは必要とされる微細な面まで考 慮して製造されたものではない。 本発明の課題は、最近の高度の集積回路を正確に迅速に検査するための走査形 プローブ顕微鏡用に使用する試験用ヘッドを提供することにある。１つの測定箇 所において幾つもの異なる特性値を測定するとき、試験用ヘッドを移動させずに 測定を行うことができなければならない。そして試験用ヘッドは、今日入手でき る装置を基にして、簡単に、比較的費用をかけないで製造できるものでなければ ならない。 この課題は、以下のようにして解決される。すなわち、３次元加法リソグラフ ィによって製造されたプローブからなるグループの中に、回路配線を走査するラ スタ走査間力プローブとして、少なくとも１つの電気的に絶縁された先端の尖っ たボディを加え、信号パルスの測定用に、少なくとも１つの静電容量式プローブ を加え、そして電流測定用に、少なくとも１つの磁場感応性プローブを加え、並 びに電界放出プローブとして、少なくとも１つの先端が尖った導体を加えてから 、このプローブグループをキャリヤ上に配置して、このプローブをプローブグル ープの上にある中心の１箇所に向けて指向させ、そして導電性プローブおよび静 電容量式プローブの脚端部を接続のためにキャリヤ上における導電構造をした測 定回路に結合させる。このときラスタ走査間力プローブが、他のプローブよりも 高くなるように設計する。 プローブの方向を中心の１箇所に指向させることによって、この方向における プローブの感度は最大となる。試験用ヘッドは、この幾分か突出しているラスタ 走査間力プローブに導かれて、測定箇所に向けて移動する。次に、この箇所に流 れる集積回路の信号は、同時に種々のプローブによって測定されるが、このとき 試験用ヘッドを移動させる必要はない。 この試験において、試験用ヘッドの部品を下位請求項に記載の寸法に合わせた ときに非常に有利であることが判明した。 ３次元加法リソグラフィによる方法を使用することによって、棒および導電性 の先端部を、任意の傾斜角を持ち、５ナノメートルの位置決め精度をもたせて、 キャリヤ上に配置することができる。さらに電子ビームによって誘導されたデポ ジションを用いると、特に開口部を持つアーチと円板を同じ精度を持って製作す ることができる。 電子ビームによって、デポジションが誘導される場合には、特定の物質の蒸気 が、キャリヤの表面に導入され、この場所において微細な電子ビームを受けて原 子状になる。この原子は、さらに電子ビームを受けて、キャリヤ表面上に微細な 結晶から構成される固相の層を形成する。相応に電子ビームの制御を行うことに よって、ほとんど任意な形状を持つ構造にすることができる。構造を、異なる材 料によって構成させることも可能である。例えば、絶縁性のマントルで囲まれた 導電性のワイヤ、または外側に鏡を付けた最小寸法の光伝導性構造に作製するこ ともできる。 本発明の上位概念により集積回路の検査を行うために必要とされる本発明のプ ローブは、既知の技術を用いて従来のカンチレバーに接して置かれる数平方マイ クロメートルを有する面積上に高精度を持って構成され、共通の測定箇所に向け て並べられる。本発明によるプローブを使用すると、高密度集積回路の検査に必 要な位置においてよい解像性をも得ることができる。 信号評価および時間分解を簡素化するために、プローブの直ぐ近傍に３次元ナ ノリソグラフィによって作製した電気的増幅管を有する増幅回路をキャリヤの上 に備えて、プローブから発する測定信号を増幅する。 さらに、下位に位置する請求項において、キャリヤおよび個々のプローブにつ いて優先される形態が挙げられる。このようなプローブは、３次元リソグラフィ による方法を用いて製造することができる。 測定箇所の上で試験用ヘッドを測定のために調整するには、ラスタ走査間力プ ローブを、集積回路に接触させることなく、回路上を経て、定められた測定箇所 まで移動させ、この測定箇所の上からラスタ走査間力プローブを集積回路に接近 させるが、この操作は、ラスタ走査間力プローブと集積回路の間に働く力が、定 められた値に達するまで続けられる。 集積回路上に存在する欠陥箇所を検査する場合には、とくに回路にあるストリ ップ導体に電荷を与えると、電荷は、一定の時間内に消滅する。電荷量が、その 間に時間的な変化を示す場合には、これが集積回路内に欠陥箇所が存在すること の証になる。本発明による電界放出プローブを用いて、集積回路のストリップ導 体に電荷の衝撃を与えるときに考慮することは、電界放出プローブが、湿気を有 する空気に接して作動すること、または水を含むフィルムで覆われていることで あり、電界放出プローブが、集積回路の帯電しているストリップ導体に接近して 、電界放出プローブに電圧をかけることによって、フィルムからＯＨ^-イオンが 分離されて、イオンがストリップ導体に移行し、その結果、ストリップ導体を負 に帯電させることである。 イオン化した水の分子を使用することによって、ストリップ導体を帯電させる 電荷の極性を選ぶことができる。幾つものストリップ導体を同時に帯電させると きに、測定結果を誤らせるような相互の影響が起こらないようにするために考慮 することは、ストリップ導体を負に帯電させてから、電界放出プローブを次のス トリップ導体まで移動させて逆電圧をかけることであり、このためにストリップ 導体は、フィルムから分離されたＨ₃Ｏ⁺イオンによって正に帯電し、その結果、 さらに隣接するストリップ導体の帯電に異種の極性をもたせるようにすることで ある。 検査する回路においてストリップ導体の構成に関する情報を得るためには、さ らに本発明の形態が備えるように、ラスタ走査間力プローブが、光学的近傍界先 端部（ＳＮＯＭ）を持ち、このＳＮＯＭ先端部（走査形近傍界光学顕微鏡）から 光が放出され、この光によって隣接するストリップ導体の物質から光電子が引き 出されて、その放射の分光特性を調べることによって、ストリップ導体の材質を 推測できるようにする。このようなプローブ先端部は、同じようにして本発明に よる製法を用いて欠陥なく製造することができる。 本発明による試験用ヘッドに関する実施例については、幾つかの図を用いて表 わし、次のように記載される。 図１は、本発明による試験用ヘッドである。 図２は、増幅回路を有する本発明による試験用ヘッドである。 この実施例において、亜硝酸ケイ素からなるピラミッド形状のキャリヤ２が、 走査形電子顕微鏡のカンチレバー１に固定されている。キャリヤ２の上に、それ ぞれラスタ走査間力プローブ３、静電容量式プローブ４、電界放出プローブ５、 そして誘導ループ６を、傾斜をもたせて配置して、これらがキャリヤ２の上の中 心の１点に向けて指向するようにする。プローブは、電子ビームで誘導されるデ ポジションによってキャリヤの上に構成される。 プローブ４〜６から出される信号を増幅するために、増幅回路が、プローブ４ 〜６の導線７の中に設けられる。装置全体の構成には、図２に示すように電界放 出プローブ４の信号を増幅するための増幅回路８が含まれている。ここで増幅管 のカソード９、増幅管のグリッド１０、そして増幅管のアノード１１が図示され る。カソード９およびグリッド１０は、抵抗１２に関して並列に接続される。構 造の全体に関しては、本発明による製法を用いて、あらゆる素子の寸法を微細に 作製した上で、キャリヤ物質１、２の上に組み立てられる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．集積電気回路の検査を非接触方式で行うために走査形プローブ顕微鏡を使 用する方法において、 ３次元加法リソグラフィによって製造されたプローブ（３〜６）からなるグル ープの中に、回路配線を走査するラスタ走査間力プローブとして、少なくとも１ つの電気的に絶縁された先端の尖ったボディ（３）を加え、信号パルスの測定用 に、少なくとも１つの静電容量式プローブ（４）を加え、そして電流測定用に、 少なくとも１つの磁場感応性プローブ（６）を加え、並びに電界放出プローブと して、少なくとも１つの先端が尖った導体（５）を加えてから、このプローブグ ループをキャリヤ（２）上に配置して、このプローブ（３〜６）をプローブグル ープの上に位置する中心の１箇所に向けて指向させ、そして導電性プローブ（５ 、６）および静電容量式プローブ（４）の脚端部を、接続のためにキャリヤ（２ ）の上にある導電構造をした測定回路に結合させることを特徴とする試験用ヘッ ド。 ２．ラスタ走査間力プローブ（３）が、他のプローブ（４、５、６）より高い ことを特徴とする請求項１に記載の試験用ヘッド。 ３．プローブ本体の最大直径が、１００ナノメートル程度の範囲にあることを 特徴とする前記請求項の何れか１項に記載の試験用ヘッド。 ４．先が尖ったプローブの先端部が、円すい台状をなし、開口角が１０度程度 の範囲、そして先端部の直径が１０ナノメートル程度の範囲にあることを特徴と する請求項１に記載の試験用ヘッド。 ５．プローブの長さが、１マイクロメートル程度の範囲にあることを特徴とす る前記請求項の何れか１項に記載の試験用ヘッド。 ６．主要伸び方向におけるキャリヤ（２）の寸法が、１マイクロメートル程度 の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の試験用ヘッド。 ７．増幅回路が、プローブから発する測定信号を増幅するために、プローブの 直ぐ近傍において３次元ナノリソグラフィによって作製された電気的増幅管と共 に、キャリヤ上に配置されていることを特徴とする前記請求項の何れか１項に記 載の試験用ヘッド。 ８．キャリヤ（２）が、亜硝酸ケイ素からなるピラミッド形状の円すい台であ ることを特徴とする前記請求項の何れか１項に記載の試験用ヘッド。 ９．ラスタ走査間力プローブ（３）が、高弾性物質からなることを特徴とする 前記請求項の何れか１項に記載の試験用ヘッド。 １０．静電容量式プローブ（４）が、導電性のコアであり、そして絶縁性を持 ち、電気的に接続するとき静電容量が生じる脚端部を有することを特徴とする請 求項１に記載の試験用ヘッド。 １１．電界放出プローブ（５）が、導電性のコア、そして先端部、並びに導電 性の先端部が突出する絶縁性のマントルを有することを特徴とする請求項１に記 載の試験用ヘッド。 １２．磁場感応性プローブ（６）が、その両末端においてキャリヤ（２）と結 合し、導電性物質からなり、垂直に立ち上がるアーチとして作製されている誘導 スプールであることを特徴とする請求項１に記載の試験用ヘッド。 １３．磁場感応性プローブが、銅およびコバルトを優先する物質からなる層を 交互に配置して作られ、垂直に立ち上がる磁気抵抗性のアーチから形成され、そ のアーチの両末端部が、キャリヤと結合していることを特徴とする請求項１に記 載の試験用ヘッド。 １４．電界放出プローブ（５）の、ラスタ走査間力プローブ（３）に対する高 さの差が、じかに測定され、測定箇所においてラスタ走査間力プローブ（３）が 、集積回路と接触するときに、電界放出プローブ（５）に加えた電圧によって、 電界放出電流が全く流れないかまたは定義された量だけ流れることを特徴とする 請求項１に記載の試験用ヘッド。 １５．プローブグループが、回路における光学信号のカップリングおよびデカ ップリングを目的として光学近傍界を伝送するために、そして回路構成物質を分 光学的に調査するために、さらに、少なくとも１つの光伝導性プローブを有し、 これが光伝導性物質から構成され、そしてその周囲を光反射性の層が囲むことを 特徴とする請求項１に記載の試験用ヘッド。 １６．前記請求項の何れか１項を用いて、試験用ヘッドを装着した走査形プロ ーブ顕微鏡を使用して、集積回路の検査を行うための試験用ヘッドを調整する場 合に、 ラスタ走査間力プローブ（３）が、非接触的に集積回路上を定められた測定箇 所まで移動し、そしてラスタ走査間力プローブ（３）が、測定箇所の上で集積回 路に接近し、この操作が、ラスタ走査間力プローブ（３）と集積回路の間に働く 力が、定められた値に達するまで続けられることを特徴とする方法。 １７．集積回路のストリップ導体に、本発明による電界放出プローブ（５）を 使用して電荷の衝撃を与える場合に、 電界放出プローブ（５）が、湿気を有する空気に接して作動し、または水を含 むフィルムで覆われ、そして電界放出プローブ（５）が、集積回路の帯電してい るストリップ導体に接近し、電界放出プローブに電圧をかけることによって、フ ィルムからＯＨ^-イオンが分離され、これがストリップ導体に移行して、その結 果、ストリップ導体を負に帯電させることを特徴とする方法。 １８．電界放出プローブ（５）が、ストリップ導体を負に帯電させた後から、 次のストリップ導体まで移動して、そして逆電圧をかけられ、これによりストリ ップ導体は、フィルムから分離されたＨ₃Ｏ⁺イオンによって正に帯電し、その結 果、さらに、隣接するストリップ導体の帯電が、異なる極性を示すように帯電す ることを特徴とする請求項１７に記載の試験用ヘッド。 １９．ラスタ走査間力プローブが、光学近傍界先端部（ＳＮＯＭ）を有し、こ のＳＮＯＭ先端部（走査形近傍界光学顕微鏡）から光が放出され、この光によっ て隣接するストリップ導体の物質から光電子が放出されるために、放出された放 射の分光特性を調べることによって、ストリップ導体の材質を推測することがで きることを特徴とする前記請求項の何れか１項に記載の方法。