JP2005311009A - 半導体ウェーハ抵抗率測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プローブ上下駆動部には、プローブ取付金具、カム受け、ステッピングモータ、カム受けの先端部と常に接触状態を保つことによってプローブ取付金具の重さをステッピングモータの軸上で支える上下駆動カムが配設され、制御部はステッピングモータの軸と上下駆動カムとは所望の制御情報に従って定まる速度と角度の回転動作をし、4探針プローブの上下位置制御が行われ、探針の接触状態が半導体ウェーハの種類に応じた所望の接触状態に設定されるように構成される。
【選択図】 図1
Description
測定点の位置精度を上げるためにオリフラ合わせ機によるウェーハの位置合わせをしないで、ウェーハをウェーハカセットから直接測定ステージにのせ、ウェーハの位置を測定して、ウェーハ上の測定点の位置誤差を極力少なくして、ウェーハ周縁近傍まで正確な抵抗率が測れるようにした半導体ウェーハ抵抗率測定装置を提供するものであった。(例えば、特許文献1参照)。
また、プローブ上下駆動部は、プローブ取付金具と、プローブ取付金具に取付けられたカムフォロワと、直線状カム及び直線状カムと連結し直線状カムを水平に動かすエアシリンダにより構成される。エアシリンダにより駆動される直線状カムが水平に移動することによりカムフォロワが上下し、カムフォロワと連結したプローブ取付金具及び4探針プローブが上下制御されることができる半導体ウェーハ抵抗率測定装置もある。(例えば、特許文献2参照)。
1は測定対象の半導体ウェーハを載置する上面が円盤状の測定ステージである。2は測定ステージ1に載置された測定対象の半導体ウェーハである。3は半導体ウェーハ上面の所要の測定点位置を指定する第1の指定情報及び少なくとも一つの4探針プローブが複数である場合に当該複数の4探針プローブのいずれかを指定するための第2の指定情報を制御情報として制御部へ出力する操作部である。4は測定ステージ1の上に載置された半導体ウェーハ2の上面に接触して半導体ウェーハ2の抵抗率を測定するための少なくとも一つの4探針プローブである。5は半導体ウェーハ2の抵抗率を測定するために4探針プローブ4に電気的に接続される計測部である。6は少なくとも一つの4探針プローブ4を独立して上下方向に移動させるプローブ上下駆動部である。7はプローブ上下駆動部6と4探針プローブ4とを測定ステージ1の半径方向に移動させるプローブ水平駆動部である。
8は測定ステージ1を回転させ所定の角度で止めるステージ回転駆動部である。9は装置の各部を作動させる電力を供給する電源部である。10は操作部3から指令された制御情報に従いステージ回転駆動部8とプローブ水平駆動部7とプローブ上下駆動部6を駆動制御し、半導体ウェーハ2の上面の指定された測定点位置に4探針プローブが接触するように制御する制御部である。11は測定点位置や測定した結果の抵抗率などのデータを表示する表示部である。
上記各部を備えて半導体ウェーハの種類に対応して操作部から入力された制御情報に従って4探針プローブ上下駆動部を動作させ、半導体ウェーハの抵抗率を測定する半導体ウェーハ測定器である。
プローブ上下駆動部6は、4探針プローブ4を降下させ半導体ウェーハ2に接触させる役割を持つ。
プローブ水平駆動部7は、プローブ上下駆動部6と、4探針プローブ4を半導体ウェーハ2の直径方向に移動させ、またステージ回転駆動部8は、半導体ウェーハ2を載置した測定ステージ1を回転させ、両者7、8の動作により、半導体ウェーハ2上の所望の位置における抵抗率の測定を可能にする機能を持つ。
電源部9は制御部10に電力を供給し、表示部11は測定位置情報、測定結果ほかのデータを表示する。
6aはプローブ上下駆動部6の一部位であり、4探針プローブ4が取り付けられるプローブ取付金具である。6bはプローブ上下駆動部6の一部位であり、プローブ取付金具に一体化されたプローブ上下駆動力を受けるカムフォロワである。6cはプローブ上下駆動部6の一部位であり、水平方向の移動によってプローブ上下駆動力をカムフォロワ6bに伝えるテーパー形状を有した直線状カムである。6dはプローブ上下駆動部6の一部位であり、直線状カム6cを水平方向に移動させる駆動力を発揮するエアシリンダである。6eはプローブ上下駆動部6の一部位であり、4探針プローブ4に荷重をかける、荷重調節のために多種の質量を交換して用いる重りである。
従来のプローブ上下駆動部6の構造は、エアシリンダ6dによって駆動する直線状カム6cと、それを上下動作に変換するカムフォロワ6bによるものであった。
4探針プローブ4の探針4aを半導体ウェーハ2に接触させるために、エアシリンダ6dを駆動し直線状カム6cを右方向に移動するとカムフォロワ6bは下方向に移動を始め、それに伴い4探針プローブ4を下方向に移動させる。
従来は図3のエアシリンダ6dのエア導入量を制御するバルブを調節することにより4探針プローブ4の上下移動速度を調節していた。
図4は従来のプローブ上下駆動部6と4探針プローブ4と半導体ウェーハ2の構成を示す外観図である。
図4に示すように、4探針プローブ4はやがて半導体ウェーハに接触するが、直線状カム6cは更に右移動し、最終的にカムフォロワ6bは直線状カム6cの接触保持状態から離れフリーな状態となる。
この状態での4探針プローブ4の半導体ウェーハにかかる荷重は、プローブ取付金具6aと重り6eとカムフォロワ6bと4探針プローブ4の荷重の合計荷重がプローブ探針先端部を介して、半導体ウェーハ2に加わり、4探針プローブ4を下げた状態で停止している状態を示している。これは4探針プローブ4が半導体ウェーハ2に接触し抵抗率を測定する時の状態である。
図5は従来の4探針プローブ4と半導体ウェーハ2の構成を示す外観図である。
図5は図4の4探針プローブ4の内部を示している。図5において、4探針プローブ4に荷重が加わることによって板ばね4bと探針4aの上端接触部は荷重に応じて板ばね4bがばね定数により4探針プローブ4下降時の荷重に応じてたわみ上方に押し上げられることになり、最終的には板ばね4bのばね応力とプローブ上下駆動部6に配設された重り6eの荷重と均衡がとれたとき板ばね4bのばね応力が探針4aを介して半導体ウェーハ2への押し圧となり、所定の押し込み量にて停止される。
板ばね4bにはリード4cが接続されているので、半導体ウェーハ2に接触した探針4a、板ばね4b、リード4cを経由して計測部5へ接続される電気回路が構成し抵抗率を測定することができる。
このことは半導体ウェーハ2表面にむだな衝撃を与え、従って、半導体ウェーハ2表面に不用意な「きず」を付けることになる。
このような状況をできるだけ避けるために、従来は重り6eの質量を変えたり、4探針プローブ4を別な種類のものに交換して(探針先端部の材質、先端部曲率半径を変えて)対応せざるを得なかった。
以上説明した、従来の技術は、測定対象である半導体ウェーハ2の表面材質などの種類に適した材質や先端部曲率半径を持つ複数の種類の4探針プローブ4から選択し、選択された4探針プローブ4を取付け、プローブ取付金具6aの上に載せられた重り6eを各種質量の重りから選択された重りに交換することによって、半導体ウェーハ2と4探針プローブ4とで適切な接触が得られるようにし、また、4探針プローブ4と半導体ウェーハ2が適切な速度で接触するように、エアシリンダ6dの移動速度を調節し、プローブ上下移動速度の調節作業をする必要があった。半導体ウェーハ2の表面材質の抵抗率を測定するこの調節作業は一般の作業者には難しく、通常は専門の技術者が行っており、しかも交換、調節に時間を要した。
更に、一つの4探針プローブで測定可能な半導体ウェーハ2の表面材質の種類を増やすことができ、4探針プローブ交換の手間を省くことができる半導体ウェーハ抵抗率測定装置を提供することである。
該測定ステージを回転させるステージ回転駆動部と、
該測定ステージ上に載置された半導体ウェーハの上面に接触して前記半導体ウェーハの抵抗率を測定するための少なくとも一つの4探針プローブと、
該少なくとも一つの4探針プローブを独立して上下方向に移動させるプローブ上下駆動部と、
該プローブ上下駆動部と前記4探針プローブとを前記測定ステージの半径方向に移動させるプローブ水平駆動部と、
前記ステージ回転駆動部と前記プローブ水平駆動部と前記プローブ上下駆動部とを駆動制御し、前記半導体ウェーハの上面の所要の測定点位置に前記4探針プローブが接触するように制御する制御部と、
前記半導体ウェーハの抵抗率を測定するために前記4探針プローブに電気的に接続される計測部と
前記半導体ウェーハ上面の前記所要の測定点位置を指定する第1の指定情報及び前記少なくとも一つの4探針プローブが複数である場合に当該複数の4探針プローブのいずれかを指定するための第2の指定情報を制御情報として前記制御部へ出力する操作部と、
前記所要の測定点位置や測定した結果のデータを表示する表示部とを備えた前記半導体ウェーハ抵抗率測定装置であって、
前記プローブ上下駆動部には、前記4探針プローブが取り付けられるプローブ取付金具と、該プローブ取付金具に支持されたカム受けと、当該プローブ取付金具とは独立する支持部材に支持されたステッピングモータと、該ステッピングモータの軸に連結され、かつ、前記カム受けの先端部と常に接触状態を保つことによって前記プローブ取付金具の重さを前記ステッピングモータの軸上で支える上下駆動カムとが配設され、
前記操作部は前記半導体ウェーハの種類に応じた所望の制御情報として前記半導体ウェーハ上面に対する前記4探針プローブの接触荷重を指定する第3の指定情報及び前記4探針プローブの上下移動速度を指定する第4の指定情報を前記制御部へ出力し、
前記制御部は前記所望の制御情報に従って前記ステッピングモータを駆動して、前記ステッピングモータの軸と前記上下駆動カムとは前記所望の制御情報に従って定まる速度と角度の回転動作をし、前記上下駆動カムの該回転動作が前記カム受けの先端部に伝達されて前記4探針プローブの上下位置制御が行われ、
前記半導体ウェーハ上面に接触する前記少なくとも一つの4探針プローブの4つの探針の接触状態が前記半導体ウェーハの種類に応じた所望の接触状態に設定されるように構成されたものである。
また、現在各半導体製造工場ではファクトリオートメーション化が進んでおり、各半導体ウェーハに対する測定条件を設定の際、人手を介さず上位コンピュータから直接測定器に与えるケースが多くなっているが、本発明はこのような場合にも極めて有効である。
図1は先に説明を記載した従来の半導体ウェーハ抵抗率測定装置の測定の構成と同じ部位である測定ステージ1と半導体ウェーハ2と少なくとも一つの4探針プローブ4と計測部5とプローブ水平駆動部7とステージ回転駆動部8と電源部9と表示部11とを有するので、ここでの同じ部位についての説明は省略する。
本発明は上記の構成に加え次の構成を有するものである。
3Aは半導体ウェーハ2上面の所要の測定点位置と複数有する場合の4探針プローブ4の指定と半導体ウェーハ2の上面に対する4探針プローブの接触荷重と4探針プローブ上下移動速度の4探針プローブ制御情報とを入力とし、この入力を制御情報として制御部10Aへ出力する操作部である。
6Aは操作部3Aの入力に従って少なくとも一つの4探針プローブを独立して上下方向に移動させるプローブ上下駆動部である。
10Aは操作部3から入力された制御情報に従いステージ回転駆動部8とプローブ水平駆動部7とプローブ上下駆動部6とを駆動制御し、半導体ウェーハ2の上面の所要の測定点位置に4探針プローブ4が接触するように制御する本発明専用の動作プログラムを有する制御部である。
6aはプローブ上下駆動部6の一部位であり、4探針プローブ4が取り付けられるプローブ取付金具である。
6hはプローブ上下駆動部6の一部位であり、プローブ取付金具に一体化されたプローブ上下駆動力を受けるカム受けである。
6eはプローブ上下駆動部6Aの一部位であり、プローブ上下駆動部6Aに垂直方向の静荷重を与える十分な質量を有する一つの重りである。
6fはプローブ上下駆動部6Aの一部位であり、ステッピングモータ6gの軸に連結され、かつ、カム受け6hの先端部と常に接触状態を保つことによって、重り6eの重さを含むプローブ取付金具6aの重さをステッピングモータ6gの軸上で支える上下駆動カムである。例えば偏心された円形カム形状を有し回転角度によってカム受け6hを上下移動させることのできる上下駆動カムである。
6gはプローブ上下駆動部6Aの一部位であり、プローブ取付金具6aに支持されたカム受け6hと、当該プローブ取付金具6aとは独立する支持部材に支持された上下駆動カム6fと軸結合され、制御部10Aから指令される制御情報に従い任意の回転角度の位置で回転・停止することができるステッピングモータである。
以上の構成により、半導体ウェーハ2の種類に適切なプローブに加える荷重とプローブ上下移動速度を有した制御情報に従ってプローブ上下駆動部6Aを制御し、4探針プローブ4と半導体ウェーハ2の適切な接触を実現して半導体ウェーハ2の抵抗率を測定する。
これは本発明の荷重される状態を除けば従来技術のものと同じ構成を示すものである。
図5は図2の4探針プローブ4の内部構成を含めて示している。
図5において、4探針プローブ4には探針4aが常に半導体ウェーハの表面に接触されるように十分な荷重がかけられている。ところが4探針プローブ4はプローブ上下駆動部6Aによって上下位置制御が行われるように作用するので、板ばね4bと探針4aの上端接触部は上下位置に応じて板ばね4bがばね定数に従って、たわみが生じ上方に押し上げられることになり、最終的には板ばね4bのばね応力のみで探針4aと半導体ウェーハ2との押し圧が決まり所定の押し込み量にて停止される。
板ばね4bにはリード4cが接続されているので、半導体ウェーハ2に接触した探針4a、板ばね4b、リード4cを経由して計測部5へ接続される電気回路が構成し抵抗率を測定することができる。
この実験値は、従来技術の構成である図1を用いて、図4に示されるようにカムフォロワ6bが直線状カム6cに対して接触保持状態から離されフリーな状態を確保しながら、重り6eの質量(g)を変化させて、図5に示されるような、Y軸として荷重の変化と板バネ4bのたわみから求められる第二のX軸として押し込み量(単位mm)の変化から得られ、更に、本発明の図2において、上下駆動カム6fの回転角度と押し込み量(単位mm)との関係を予め実験し、図6の第二のX軸が得られる。
図1に示す制御部10Aには、図6のグラフに表されているような押込み量、上下駆動カム6fの回転角度と荷重の関係が制御プログラムとして予めメモリされている。
この制御プログラムに従ってプローブ上下駆動部6Aのステッピングモータ6gの回転駆動が制御されることによって、図5に示されるように4探針プローブ4の上下位置が制御され、停止された位置の4探針プローブ4内の板バネ4bのたわみによるバネ応力が探針4aを介して半導体ウェーハ2への接触圧となる。従って、重り6eを含むプローブ上下駆動部6Aの荷重は探針4aには加えられず、半導体ウェーハ2への接触させるプローブ上下駆動部6Aの上下移動範囲においては常に板バネ4bのバネ応力のみが探針4aに加えられる。
このように4探針プローブ4を図6のグラフに示される任意の位置(押し込み量)で停止させることによって、重り6eを交換することなく探針4aが半導体ウェーハ2に加える荷重を設定でき、更に、図2本発明のプローブ上下駆動部6Aではステッピングモータ6gの回転速度を変えることにより4探針プローブ4の探針4a先端部が半導体ウェーハ2に接触する時の速度を任意に制御できるので衝突接触を避けることができるので、半導体ウェーハ2の表面材質に適合させるように任意に接触圧に制御することができることを可能とした。
操作部3Aは半導体ウェーハ2表面膜の材質などの種類に応じた所望の制御情報として半導体ウェーハ2の上面に対する4探針プローブ4の接触荷重を指定する第3の指定情報及び4探針プローブ4の上下移動速度を指定する第4の指定情報を制御部へ出力し、
制御部10Aは所望の制御情報に従ってステッピングモータ6gを駆動して、ステッピングモータ6gの軸と上下駆動カム6fとは所望の制御情報に従って定まる速度と角度の回転動作をし、上下駆動カム6fの回転動作がカム受け6hの先端部に伝達されて4探針プローブ4の上下位置制御が行われ、
半導体ウェーハ2の上面に接触する少なくとも一つの4探針プローブ4の4つの探針の接触状態が半導体ウェーハ2表面膜の材質などの種類に応じた所望の接触状態に設定されるものである。
このことは半導体ウェーハ2表面にむだな衝撃を与えず、従って、半導体ウェーハ2表面に不用意な「きず」を付けないことになる。この結果、4探針プローブ4を別な種類のものに交換して(探針先端部の材質、先端部曲率半径を変えて)対応せる必要がなく、ひとつの種類の4探針プローブで測定可能な半導体ウェーハの種類が増し、異なる条件の4探針プローブの取り揃えを格段に省力化でき、かつ、半導体ウェーハ2の多種の表面材質に適合した制御パラメータの設定が可能となり抵抗率の測定範囲を広げることができる。
2 半導体ウェーハ
3、3A 操作部
4 4探針プローブ
4a 探針
4b 板ばね
4c リード
5 計測部
6、6A プローブ上下駆動部
6a プローブ取付金具
6b カムフォロワ
6c 直線状カム
6d エアシリンダ
6e 重り
6f 上下駆動カム
6g ステッピングモータ
6h カム受け
7 プローブ水平駆動部
8 ステージ回転駆動部
9 電源部
10、10A 制御部
11 表示部
Claims (1)
- 測定対象の半導体ウェーハを載置する円盤状の測定ステージと、
該測定ステージを回転させるステージ回転駆動部と、
該測定ステージ上に載置された半導体ウェーハの上面に接触して前記半導体ウェーハの抵抗率を測定するための少なくとも一つの4探針プローブと、
該少なくとも一つの4探針プローブを独立して上下方向に移動させるプローブ上下駆動部と、
該プローブ上下駆動部と前記4探針プローブとを前記測定ステージの半径方向に移動させるプローブ水平駆動部と、
前記ステージ回転駆動部と前記プローブ水平駆動部と前記プローブ上下駆動部とを駆動制御し、前記半導体ウェーハの上面の所要の測定点位置に前記4探針プローブが接触するように制御する制御部と、
前記半導体ウェーハの抵抗率を測定するために前記4探針プローブに電気的に接続される計測部と
前記半導体ウェーハ上面の前記所要の測定点位置を指定する第1の指定情報及び前記少なくとも一つの4探針プローブが複数である場合に当該複数の4探針プローブのいずれかを指定するための第2の指定情報を制御情報として前記制御部へ出力する操作部と、
前記所要の測定点位置や測定した結果のデータを表示する表示部とを備えた前記半導体ウェーハ抵抗率測定装置であって、
前記プローブ上下駆動部には、前記4探針プローブが取り付けられるプローブ取付金具と、該プローブ取付金具に支持されたカム受けと、当該プローブ取付金具とは独立する支持部材に支持されたステッピングモータと、該ステッピングモータの軸に連結され、かつ、前記カム受けの先端部と常に接触状態を保つことによって前記プローブ取付金具の重さを前記ステッピングモータの軸上で支える上下駆動カムとが配設され、
前記操作部は前記半導体ウェーハの種類に応じた所望の制御情報として前記半導体ウェーハ上面に対する前記4探針プローブの接触荷重を指定する第3の指定情報及び前記4探針プローブの上下移動速度を指定する第4の指定情報を前記制御部へ出力し、
前記制御部は前記所望の制御情報に従って前記ステッピングモータを駆動して、前記ステッピングモータの軸と前記上下駆動カムとは前記所望の制御情報に従って定まる速度と角度の回転動作をし、前記上下駆動カムの該回転動作が前記カム受けの先端部に伝達されて前記4探針プローブの上下位置制御が行われ、
前記半導体ウェーハ上面に接触する前記少なくとも一つの4探針プローブの4つの探針の接触状態が前記半導体ウェーハの種類に応じた所望の接触状態に設定されるように構成された半導体ウェーハ抵抗率測定装置。
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