JP2006237059A - Depressurization heating measurement instrument for semiconductor element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、絶縁膜或いは金属膜を有する半導体素子を、真空中又は不活性ガスが流れている減圧下で加熱し、特性測定を行う半導体素子用減圧加熱測定装置に関する。 The present invention relates to a reduced pressure heating measuring apparatus for a semiconductor element, in which a semiconductor element having an insulating film or a metal film is heated in vacuum or under reduced pressure in which an inert gas flows to measure characteristics.
従来、半導体素子の特性を高温又は低温下で測定する場合、一般に、半導体素子を真空中、或いは希ガスや窒素ガスなどの不活性ガスを流した減圧下状態で測定する手法が用いられている。
これにより、大気圧中で加熱又は冷却を行った場合、半導体素子を構成する物質と大気中に存在する不純物との化学的反応によって半導体素子の特性が劣化したり、加熱ユニットの酸化又は炭化などによる加熱能力の低下、又は半導体素子及び測定装置の異常加熱や結露等により、測定自体が不可能になるのを防止している。
Conventionally, when measuring characteristics of a semiconductor device at a high temperature or low temperature, generally, a method of measuring the semiconductor device in a vacuum or under a reduced pressure in which an inert gas such as a rare gas or nitrogen gas is flown is used. .
As a result, when heating or cooling is performed at atmospheric pressure, the characteristics of the semiconductor element deteriorate due to a chemical reaction between the substance constituting the semiconductor element and impurities present in the atmosphere, or the heating unit is oxidized or carbonized. This prevents the measurement itself from becoming impossible due to a decrease in the heating capacity due to or abnormal heating or condensation of the semiconductor element and the measuring device.
このため、半導体素子を高温又は低温状態で測定する場合には、真空中又は不活性ガスを流した減圧下で行うことが要求される。 For this reason, when measuring a semiconductor element in a high temperature or low temperature state, it is required to perform in a vacuum or under reduced pressure with an inert gas flow.
半導体素子用減圧加熱測定装置として、真空の測定装置内に処理ガスを流すものがある(例えば、特許文献1)。
しかしながら、特許文献1に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置のような、真空中又は不活性ガスを流した減圧下で半導体素子を加熱する場合、以下のような問題が挙げられ、半導体素子の電気特性の測定を困難にする虞がある。
However, when heating a semiconductor element in a vacuum or under reduced pressure with an inert gas flow, as in the reduced pressure heating measurement apparatus for semiconductor elements described in
大きな表面積を有する半導体素子を加熱する場合には、該半導体素子の表面積以上の面積を有する加熱ユニットが必要となる。これに伴い、加熱ユニット及び試料ステージの熱容量が増加し、昇温及び降温時間が長くなるという問題がある。 When heating a semiconductor element having a large surface area, a heating unit having an area larger than the surface area of the semiconductor element is required. Along with this, there is a problem that the heat capacities of the heating unit and the sample stage are increased, and the temperature rising and cooling time becomes long.
また、高温状態とした場合には、絶縁部材などの導電性が増加するため、測定値の誤差が大きくなる虞がある。 Further, when the temperature is high, the conductivity of the insulating member or the like increases, and thus there is a possibility that the measurement value error becomes large.
また、加熱ユニットから放出される熱電子等が、銅線又は試料ステージなどに流れ込むことにより、測定値の誤差を引き起こす虞がある。 Moreover, the thermoelectrons etc. emitted from the heating unit may flow into the copper wire or the sample stage, thereby causing a measurement value error.
また、高温に加熱することによって、加熱ユニット及び試料ステージを構成する部材の熱膨張が生じ、これらの構成部品の、平坦度等の機械的精度を維持するのが困難となってしまう。このため、半導体素子の加熱面における温度均一性が低下したり、測定装置の致命的破壊に至る虞がある。 Further, heating to a high temperature causes thermal expansion of the members constituting the heating unit and the sample stage, and it becomes difficult to maintain the mechanical accuracy of these components, such as flatness. For this reason, there exists a possibility that the temperature uniformity in the heating surface of a semiconductor element may fall or it may lead to a fatal destruction of a measuring apparatus.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電気的ノイズ及びリーク電流を低減し、高精度の測定が可能な半導体素子用減圧加熱測定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a reduced pressure heating measurement apparatus for semiconductor elements that can reduce electrical noise and leakage current and can perform highly accurate measurement.
前記課題を解決するため、本発明では、以下の構成の半導体素子用減圧加熱測定装置を提供する。
(1)請求項1に記載の発明
半導体素子を所定位置に配置することができるチャンバーと、前記半導体素子を所定の位置に予め配置することが出来る試料ステージと、該試料ステージ上の所定位置に配置された前記半導体素子を予め決められた温度に調整することが出来る加熱機構と、前記チャンバー内を減圧状態に出来る真空排気系と、前記チャンバー内に不活性ガスを導入するガス導入系と、前記チャンバー内の不活性ガスを含むガスの圧力調整機構とを具備してなり、前記チャンバー内を真空又は不活性ガスが充填された減圧下として前記試料ステージ及び前記半導体素子を加熱し、前記試料ステージを介して前記半導体素子中に流れる電流値を測定した時の測定精度のオーダーが1nA(1×10−9A)以下であることを特徴とする半導体素子用減圧加熱測定装置。
(2)請求項2に記載の発明
絶縁膜又は金属膜からなる単層膜か、或いはこれらの少なくとも2以上から構成される複合膜を有してなる半導体素子を測定するものであることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
(3)請求項3に記載の発明
前記加熱機構は、クロムとアルミと鉄からなる合金、白金、ニクロム、タングステンの内何れか一以上の材質からなるヒータからなって加熱ユニットに収容されており、該加熱ユニットは、前記試料ステージに対して電気的に絶縁して配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
(4)請求項4に記載の発明
前記加熱機構から発生する熱電子を遮蔽する熱電子シールド部を備え、該熱電子シールド部は前記チャンバーの何れかの箇所に接地されていることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
(5)請求項5に記載の発明
前記熱電子シールド部は、カーボン又は金属網からなることを特徴とする請求項4に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
(6)請求項6に記載の発明
前記加熱機構と前記試料ステージの間に、電気的に絶縁する下部絶縁部材が設けられていることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
(7)請求項7に記載の発明
前記下部絶縁部材は、石英又はセラミックからなることを特徴とする請求項6に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
(8)請求項8に記載の発明
前記下部絶縁部材には透過孔が設けられており、該透過孔にサセプタが取付けられ、該サセプタは前記加熱機構の赤外線放射によって加熱されるものであり、前記サセプタの何れかの箇所に温度センサが設けられていることを特徴とする請求項7に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
(9)請求項9に記載の発明
前記サセプタは、カーボンからなることを特徴とする請求項8に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
(10)請求項10に記載の発明
前記サセプタの上方に、電気的に絶縁する上部絶縁部材を配置し、該上部絶縁部材の上方に前記試料ステージを配置したことを特徴とする請求項8又は9に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
(11)請求項11に記載の発明
前記上部絶縁部材は、アルミナ、サファイア、石英の内、少なくとも一以上の材質からなることを特徴とする請求項10に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
(12)請求項12に記載の発明
前記試料ステージは、モリブデン、ニッケル、タンタル、タングステンの内、少なくとも一以上の材質からなることを特徴とする請求項1〜11の何れか1項に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
(13)請求項13に記載の発明
前記試料ステージは、前記半導体素子を配置した際に該半導体素子の計測電極をなすものであることを特徴とする請求項1〜12の何れか1項に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
(14)請求項14に記載の発明
前記加熱ユニット及び前記試料ステージは、X軸、Y軸、θ軸で駆動可能な搬送ステージ上に設置されていることを特徴とする請求項3〜13の何れか1項に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
(15)請求項15に記載の発明
前記試料ステージ近傍に、該試料ステージ上方から前記半導体素子にコンタクトするプローブカード又はマイクロプローバーを設けたことを特徴とする請求項1〜14の何れか1項に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a reduced pressure heating measuring apparatus for semiconductor elements having the following configuration.
(1) Invention of
(2) The invention according to
(3) Invention of
(4) The invention according to
(5) Invention of
(6) Invention of
(7) Invention of
(8) The invention according to claim 8, wherein the lower insulating member is provided with a transmission hole, a susceptor is attached to the transmission hole, and the susceptor is heated by infrared radiation of the heating mechanism, 8. The semiconductor device reduced pressure heating measurement apparatus according to
(9) Invention of
(10) The invention according to
(11) Invention of
(12) Invention of
(13) Invention of
(14) Invention of Claim 14 The said heating unit and the said sample stage are installed on the conveyance stage which can be driven by an X-axis, a Y-axis, and (theta) axis | shaft of Claims 3-13 The reduced-pressure heating measuring apparatus for semiconductor elements according to any one of the above.
(15) The invention according to claim 15 The probe card or micro prober which contacts the semiconductor element from above the sample stage is provided in the vicinity of the sample stage. The reduced pressure heating measuring apparatus for semiconductor elements described in 1.
本発明の減圧加熱測定装置によれば、半導体素子を所定位置に配置することができるチャンバーと、前記半導体素子を所定の位置に予め配置することが出来る試料ステージと、該試料ステージ上の所定位置に配置された前記半導体素子を予め決められた温度に調整することが出来る加熱機構と、前記チャンバー内を減圧状態に出来る真空排気系と、前記チャンバー内に不活性ガスを導入するガス導入系と、前記チャンバー内の不活性ガスを含むガスの圧力調整機構とを具備してなり、前記チャンバー内を真空又は不活性ガスが充填された減圧下として前記試料ステージ及び前記半導体素子を加熱し、前記試料ステージを介して前記半導体素子中に流れる電流値を測定した時の測定精度のオーダーが1nA(1×10−9A)以下となるように、電気的ノイズ及びリーク電流を低減した構成としている。
従って、昇温及び降温時間が短く、また、測定精度の高い半導体素子用減圧加熱測定装置を実現することができる。
また、本発明の減圧加熱測定装置によれば、加熱ユニットと試料ステージとを分離した構成とすることにより、ヒータ加熱により発生する機械的変形及び電気的ノイズの試料ステージへの影響を抑制している。
従って、測定精度の高い半導体素子用減圧加熱測定装置を、簡便な構成で実現することが可能となる。
According to the reduced pressure heating measurement apparatus of the present invention, a chamber in which a semiconductor element can be placed in a predetermined position, a sample stage in which the semiconductor element can be placed in a predetermined position, and a predetermined position on the sample stage A heating mechanism capable of adjusting the semiconductor element disposed in a predetermined temperature, a vacuum exhaust system capable of depressurizing the chamber, and a gas introduction system for introducing an inert gas into the chamber. And a pressure adjusting mechanism for a gas containing an inert gas in the chamber, and the sample stage and the semiconductor element are heated with the inside of the chamber under vacuum or under reduced pressure filled with an inert gas, The order of measurement accuracy when the value of the current flowing through the semiconductor element through the sample stage is measured is 1 nA (1 × 10 −9 A) or less. It has a reduced construction electrical noise and leakage current.
Accordingly, it is possible to realize a reduced pressure heating measuring apparatus for semiconductor elements with a short temperature rising and cooling time and high measurement accuracy.
In addition, according to the reduced pressure heating measuring apparatus of the present invention, the heating unit and the sample stage are separated from each other, thereby suppressing the mechanical deformation and electrical noise generated by the heater heating from affecting the sample stage. Yes.
Therefore, it is possible to realize a reduced pressure heating measuring apparatus for semiconductor elements with high measurement accuracy with a simple configuration.
以下、本発明に係る半導体素子用減圧加熱測定装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図1及び図2は、本実施形態の半導体素子用減圧加熱測定装置を示す概略図であり、この半導体素子用減圧加熱測定装置(以下、減圧加熱測定装置と略称することがある)1は、チャンバー2と、半導体素子15を所定の位置に予め配置することが出来る試料ステージ3と、該試料ステージ3上に配置された半導体素子15を予め決められた温度に調整することが出来る加熱機構5と、チャンバー2内を減圧状態にするポンプ(真空排気系)6と、チャンバー2内に不活性ガスを導入するガス導入系7と、チャンバー2内の不活性ガスを含むガスのコンダクタンスバルブ(圧力調整機構)8とを具備して概略構成される。図2には、本実施形態の減圧加熱測定装置1を構成するホットチャック機構の要部を示している。
減圧加熱測定装置1は、上述の構成により、チャンバー2内を真空又は不活性ガスが充填された減圧下として試料ステージ3及び半導体素子15を加熱し、試料ステージ3を介して半導体素子15中に流れる電流値を測定した時の測定精度のオーダーが1nA(1×10−9A)以下であることを特徴とする。
Embodiments of a reduced pressure heating measuring apparatus for semiconductor elements according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 and FIG. 2 are schematic views showing a reduced pressure heating measuring device for semiconductor elements of this embodiment, and this reduced pressure heating measuring device for semiconductor elements (hereinafter sometimes abbreviated as reduced pressure heating measuring device) 1 is The
With the above-described configuration, the reduced-pressure
また、減圧加熱測定装置1では、加熱機構5がヒータ51から構成され、且つ加熱ユニット4に収容されており、該加熱ユニット4は、試料ステージ3に対して電気的に絶縁された構成となっている
In the reduced pressure
本実施形態の減圧加熱測定装置1によって測定される半導体素子15は、絶縁膜又は金属膜からなる単層膜15aか、或いはこれらの少なくとも2以上から構成される複合膜15bを有してなり、試料ステージ3の上面31に配置される。
The
チャンバー2は、密封構造で構成された容器であり、半導体素子15の特性測定を行う際の測定室となる。
チャンバー2は、後述するポンプ6によって減圧される構成となっている。
The
The
試料ステージ3は、減圧加熱測定装置1を用いて特性測定を行う際、上面31に半導体素子15が配置される載置台として機能する。
試料ステージ3の材質としては、例えば、ニッケル、モリブデン等の熱膨張係数の小さい高融点金属材料から選択して構成することにより、試料ステージ3を高温に加熱した場合であっても、上面31の平坦性や機械的加工精度を維持することが可能となる。
図2に示す例では、試料ステージ3上に被測定物である半導体素子15を載置する際は、押え金具32を用いて上面31に固定しているが、図示例には限定されず、凹陥部を設けて半導体素子15を載置固定する等、半導体素子15を固定する構成については適宜選択して採用すれば良い。
The
The material of the
In the example shown in FIG. 2, when the
加熱ユニット4は、図2に示すように、上面が開口して箱状に形成されたケース4a内に加熱機構5が収容され、ケース4aの底面を貫くようにして柱状の搬送ステージ連結治具41が下方へ向けて延出し、該搬送ステージ41の下端に搬送ステージ取付け部42が設けられている。
ケース4aの開口部4bには、該開口部4bの縁に沿って下部絶縁部材43が取付けられており、該下部絶縁部材43の中央には透過孔43aが設けられている。該透過孔43aには、サセプタ44が、その周縁部を下部絶縁部材43に支持されるようにして、前記開口部4bを覆うようにして取付けられている。サセプタ44の上方には、該サセプタ44と前記試料ステージ3との間に介在させるようにして、上部絶縁部材45が配置されている。
As shown in FIG. 2, the
A lower insulating
加熱機構5は、半導体素子15の特性測定を行う際に該半導体素子15を加熱するものであり、図2に示す例では、熱源であるヒータ51の周囲をヒータカバー52が取り囲むようにして構成され、加熱ユニット4のケース4aに収容されている。
ヒータ51は、図示例では、搬送ステージ連結治具41の一端に支持された状態で、側方及び下方を箱状に形成されたヒータカバー52で取り囲まれ、ヒータカバー52上部の開口部52aには熱電子シールド53が覆い被さるように取付けられている。
ヒータ51を構成する材質としては、例えば、クロムとアルミと鉄からなる合金(例えばサンドビック株式会社製:カンタル(登録商標)等)、白金、ニクロム、タングステン等、一般にヒータ素材として用いられる材料を選択して採用することができ、本実施形態では、赤外線放射によって加熱動作が行われる。なお、上述のクロムとアルミと鉄からなる合金を用いる場合には、Cr:22%、Al:5.3〜5.8%で残りがFeからなる成分比率の合金を用いることが、加熱効率等の点で好ましい。
ヒータ51の形状は、上述の材料を用いて適宜決定することができるが、例えばコイル状に巻回して発熱効率を高めた構成としても良い。
熱電子シールド53は、カーボン材や金属材によって網状に形成され、ヒータ51から放射される赤外線を透過する一方、ヒータ51から放出される熱電子を遮蔽する。熱電子シールド53は、例えばチャンバー2に接地することにより、減圧加熱測定装置1で半導体素子15の特性測定を行う際の電気的ノイズを低減し、電気的ノイズ特性を良好な状態に維持して測定を行うことが可能となる。
熱電子シールド53の網目は、0.1〜3mm程度の細かさで形成し、また厚みは、0.4〜0.8mmの範囲とすることが、後述するヒータ51の赤外線放射によるサセプタ44の加熱効率や、電気的ノイズの遮断の点で好ましい。
The
In the illustrated example, the
As a material constituting the
The shape of the
The
The mesh of the
図1に示すように、加熱機構5が収容された加熱ユニット4は、チャンバー2内に設けられた搬送ステージ9上に設置される。図2に示すように、この時、加熱ユニット4は、搬送ステージ連結冶具41によって支持され、搬送ステージ取付け部42と搬送ステージ9との間にセラミック等の絶縁体を介して設置される。
搬送ステージ9は、チャンバー2内において、図示略の駆動手段によって、X軸、Y軸、θ軸方向へ移動可能に構成されている。
上述の構成により、加熱ユニット4は、試料ステージ3に対して電気的に絶縁して配置されている。
As shown in FIG. 1, the
The
With the above-described configuration, the
サセプタ44は、熱伝導性及び機械的加工精度に優れたカーボン材等からなり、このサセプタ44の外周部に埋め込まれるようにして、熱電対等からなる温度センサ44aが設けられている。
サセプタ44には、熱源となるヒータ51から放射され、熱電子シールド53を透過した赤外線が照射され、サセプタ44は赤外線を吸収し、減圧不活性ガス雰囲気下で800℃まで加熱することが可能となっている。
また、ヒータ51で加熱されたサセプタ44の温度を温度センサ44aによって検知し、図示略の制御手段によって温度制御を行うことが可能となっている。
The
The
Further, the temperature of the
ポンプ6は、図1に示すように、後述するコンダクタンスバルブ8を介してチャンバー2に接続され、チャンバー2内を真空排気する。
ポンプ6は、例えばロータリーポンプやドライポンプ等の真空ポンプを用いることができる。
ポンプ6は、上述の構成により、チャンバー2内を10−1Pa以下の圧力まで減圧し、チャンバー2内の圧力は、後述するコンダクタンスバルブ8によって調整することができる。
As shown in FIG. 1, the
For example, a vacuum pump such as a rotary pump or a dry pump can be used as the
With the above-described configuration, the
ガス導入系7は、開閉バルブ71、流量調整器72及びチャンバー2内へ突出して設けられた配管73からなり、図示略のガス供給源から供給される不活性ガスをチャンバー2内に流入させる。
開閉バルブ71は、手動でバルブの閉栓及び開栓操作を行うことにより、配管73を介してチャンバー2内に流入する不活性ガスを供給または遮断する。
流量調整器72は、不活性ガスの流量を制御するものであり、下流の開閉バルブ71及び配管73へのガス流量を調整する。
不活性ガスは、例えば窒素ガスや希ガス等からなる。
The
The on-off
The
The inert gas is made of, for example, nitrogen gas or rare gas.
コンダクタンスバルブ8は、ポンプ6を駆動してチャンバー2内を減圧する際、バルブ開度を手動制御することによってチャンバー2内の圧力を調整する。また、ガス導入系7によってチャンバー2内に導入された不活性ガスを含む、チャンバー2内のガス全体の圧力調整機構として機能する。
本例では、コンダクタンスバルブ8を手動制御して、チャンバー2内の圧力を調整する例を説明しているが、チャンバー2内に図示略のピラニゲージ等を設置して圧力をモニターし、コンダクタンスバルブ8を自動制御して圧力調整を行う構成としても良い。
The conductance valve 8 adjusts the pressure in the
In this example, the example in which the conductance valve 8 is manually controlled to adjust the pressure in the
プローブカード10は、試料ステージ3上に載置された被測定物の半導体素子15にプローブ部10aが触針することにより、半導体素子15の電気的特性データを取得して計測器11に対して送出する。図1に示す例では、プローブカード10は、試料ステージ3上に載置された半導体素子15の略上方に設置されている。
プローブ部10aは、プローブカード10から突出して半導体素子15に触針するコンタクト部であり、前記端子から半導体素子15の電気的特性データを取得する。該電気的特性データは、配線12aによって計測器11に送出される。
また、計測器11には、配線12bによって試料ステージ3が接続されている。
The
The
Further, the
本実施形態の減圧加熱測定装置1は、上述の構成により、以下のような作用を有する。
図1及び図2に示すように、試料ステージ3の上面31に、押え金具32を用いて被測定物となる半導体素子15を所定の位置に配置、固定した状態とする。
半導体素子15を配置した後、ポンプ6を作動させ、コンダクタンスバルブ8を開栓することにより、チャンバー2内を減圧し、また、ガス導入系7の開閉バルブ72を開栓して、不活性ガスを配管73からチャンバー2内に導入し、該チャンバー2内を不活性ガス雰囲気下とする。
ヒータ51に通電することにより、熱電子シールド53を介してサセプタ44に赤外線が照射される。サセプタ44は赤外線を吸収することにより、減圧不活性ガス雰囲気下において最大800℃まで加熱され、上部絶縁部材45を介して、試料ステージ3及び該試料ステージ3上に配置された半導体素子15が加熱された状態となる。
The reduced-pressure
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the
After the
By energizing the
図1に示すように、試料ステージ3には計測器11と接続される配線11bが、プローブカード10には配線11aが接続されている。プローブカード10のプローブ部10aが、半導体素子15に触針することにより、試料ステージ3及びプローブカード10を介して半導体素子15中を流れる電流を、計測器10によって測定する。
この際、ヒータ51から放射される赤外線は、熱電子シールド53を通過することによって熱電子が遮断された状態でサセプタ44に照射される。赤外線照射によって加熱されたサセプタ44と試料ステージ3との間は、上部絶縁部材45によって電気的に絶縁されおり、また、サセプタ44の周縁部は、下部絶縁部材43によって電気的に絶縁されている。
これにより、本実施形態の減圧加熱測定装置1は、試料ステージ3及び半導体素子15が、熱源であるヒータ51からの電気ノイズ及びリーク電流の影響が低減され、試料ステージ3を介して半導体素子15中に流れる電流値を測定した時の測定精度のオーダーが1nA(1×10−9A)以下と、極めて高精度の測定が可能となる。
As shown in FIG. 1, a
At this time, infrared rays emitted from the
As a result, in the reduced pressure
本実施形態の減圧加熱測定装置1では、チャンバー2内を真空又は不活性ガスを流した減圧状態で使用することにより、半導体素子15及びその周辺のみを高温に加熱することが可能となっているため、昇温及び降温時間を短縮することが可能となる。また、減圧加熱測定装置1では、加熱ユニット4と試料ステージ3との間を、熱伝導性及び機械的精度に優れた絶縁部材を用いて電気的に絶縁することにより、低電気的ノイズ及び低リーク電流特性を有している。
これにより、試料ステージ3上に配置された半導体素子15を100℃〜600℃の範囲で加熱した状態で、該半導体基板15上に形成された絶縁膜の信頼性の評価及び銅配線等のエレクトロマイグレーションの評価に使用することができる。
In the reduced pressure
Thereby, in a state where the
以上、説明したように、本実施形態の減圧加熱測定装置1によれば、半導体素子15を所定位置に配置することができるチャンバー2と、半導体素子15を所定の位置に予め配置することが出来る試料ステージ3と、該試料ステージ3上の所定位置に配置された半導体素子15を予め決められた温度に調整することが出来る加熱機構5と、チャンバー2内を減圧状態に出来るポンプ6と、チャンバー2内に不活性ガスを導入するガス導入系7と、チャンバー2内の不活性ガスを含むガスの圧力調整機構であるコンダクタンスバルブ8とを具備してなり、チャンバー2内を真空又は不活性ガスが充填された減圧下として試料ステージ3及び半導体素子15を加熱し、試料ステージ3を介して半導体素子15中に流れる電流値Aを測定した時の測定精度のオーダーが1nA(1×10−9A)以下となるように、電気的ノイズ及びリーク電流を低減した構成としている。
従って、昇温及び降温時間が短く、また、測定精度の高い半導体素子用減圧加熱測定装置を実現することができる。
また、本実施形態の減圧加熱測定装置1によれば、加熱ユニット4と試料ステージ3とを分離した構成とすることにより、ヒータ51の加熱によって発生する機械的変形及び電気的ノイズの試料ステージ3への影響を抑制している。
従って、測定精度の高い半導体素子用減圧加熱測定装置を、簡便な構成で実現することが可能となる。
As described above, according to the reduced pressure
Accordingly, it is possible to realize a reduced pressure heating measuring apparatus for semiconductor elements with a short temperature rising and cooling time and high measurement accuracy.
Further, according to the reduced pressure
Therefore, it is possible to realize a reduced pressure heating measuring apparatus for semiconductor elements with high measurement accuracy with a simple configuration.
なお、サセプタ44に図示略のアースラインを接続して構成すれば、ヒータ51から放出される熱電子誘起電流をより一層低減することできるため、高温下での低ノイズ測定が可能となる。
Note that if a ground line (not shown) is connected to the
以下、本発明に係る半導体素子用減圧加熱測定装置に実施例について説明する。
図1及び図2に示すような、本発明に係る半導体素子用減圧加熱測定装置を作製し、以下の各項目に示す評価試験を行った。
なお、各例とも、熱電子シールド53については、材質としてモリブデン材料を用い、網目の細かさが2mmであり、厚みが0.6mmのものを作製して試験を行った。
なお、熱電子シールド53の材質として用いたモリブデンは、電気抵抗率が5.2×10−6Ωcmと、希土類金属の中で最も小さく、また、酸化した場合であっても高い導電性を有する(MoO2の電気抵抗率:8.8×10−5Ωcm)等、電気的特性に優れていることが、文献により明らかとなっている(「数値のRef.改定4版 化学便覧 基礎編II」日本化学学会編)。
Examples of the reduced-pressure heating measuring apparatus for semiconductor elements according to the present invention will be described below.
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, a reduced pressure heating measuring apparatus for semiconductor elements according to the present invention was produced, and an evaluation test shown in the following items was performed.
In each example, the
Molybdenum used as the material of the
[半導体素子表面温度とサセプタ温度]
試料ステージ3に半導体素子15を配置、固定し、半導体素子15の素子表面温度及びサセプタ44の温度を測定し、素子表面温度の平均及びバラツキを調べた。
半導体素子15表面の中心1箇所及びこの中心から3.3cm離れた上下左右4箇所の計5箇所に熱電対を取り付けて各温度を測定し、これらの平均温度を求めた。
また、上述の5箇所の位置における温度の測定値から、数1を用いてバラツキ温度(Terror)を求めた。ここで、Tmaxは5箇所の測定点での最大温度、Tminは最低温度である。
[Semiconductor element surface temperature and susceptor temperature]
The
Thermocouples were attached to a total of five locations, one at the center of the surface of the
Further, the variation temperature (T error ) was determined from the measured values of the temperatures at the five positions described above using
なお、測定時のチャンバー2内の圧力は1Pa以下とした。
結果を図3のグラフに示す。
In addition, the pressure in the
The results are shown in the graph of FIG.
図3に示すように、サセプタ44の温度上昇とともに、半導体素子15の表面温度も線形的に上昇することが明らかとなった。
サセプタ44が600℃まで加熱された時、半導体素子15の平均表面温度は300℃に達することが明らかとなった。
また、半導体素子15の表面温度の上昇に伴い、バラツキも増加することが明らかとなっているが、バラツキの範囲は、平均温度に対して±0.5%程度であり、非常に良好な表面温度の面内均一性を示している。
As shown in FIG. 3, it has been clarified that the surface temperature of the
It has been found that when the
Further, it has been clarified that the variation increases as the surface temperature of the
[ノイズ電流とサセプタ温度]
試料ステージ3に半導体素子15を配置、固定し、ヒータ51からサセプタ44を介して試料ステージ3に流れるノイズ電流及びサセプタ44の温度を測定した。
図4に示すように、サセプタ44の温度が室温〜500℃の範囲において、試料ステージ3に流れるノイズ電流は約2pAとほぼ一定であり、サセプタ44の温度に依存しない、非常に安定した特性を示している。
一方、サセプタ44の温度が600℃(半導体素子15表面の温度が約300℃)の時、ノイズ電流は0.5pAと減少している。これは、ヒータ51から放出された熱電子に起因する電流によるものであるが、ノイズ電流自体の大きさは非常に小さいため、pAのオーダーによる低ノイズ測定が可能であることが明らかとなった。
[Noise current and susceptor temperature]
The
As shown in FIG. 4, when the temperature of the
On the other hand, when the temperature of the
[半導体素子表面温度とチャンバー内圧力]
試料ステージ3に半導体素子15を配置、固定し、半導体素子15の素子表面温度及びチャンバー2内の圧力を測定して、素子表面温度の平均及びバラツキのチャンバー内圧力依存性を調べた。試験は、サセプタ44の温度を600℃とした条件下で行った。
図5に示すように、チャンバー2内の圧力の上昇とともに半導体素子15の表面温度も上昇し、チャンバー2内圧力が100Paの時、半導体素子15の表面温度は350℃以上に達することが明らかである。また、図3に示したサセプタ温度依存性の結果と同様、チャンバー2内圧力の上昇とともに、半導体素子15表面温度のバラツキも増加するが、バラツキの範囲は、平均温度に対して±0.5%以下であり、非常に良好な表面温度の面内均一性を示している。
[Semiconductor element surface temperature and chamber pressure]
The
As shown in FIG. 5, it is clear that the surface temperature of the
[ノイズ電流とチャンバー内圧力]
試料ステージ3に半導体素子15を配置、固定し、ヒータ51からサセプタ44を介して試料ステージ3に流れるノイズ電流及びチャンバー2内の圧力を測定した。試験は、サセプタ44の温度を600℃とした条件下で行った。
図6に示すように、チャンバー2内の圧力の上昇とともに、試料ステージ3に流れるノイズ電流も増加することが明らかである。しかしながら、チャンバー2内の圧力が100Pa、即ち、半導体素子15の表面温度が350℃以上に加熱された状態(図5参照)においても、ノイズ電流は十数pAと非常に小さい。
以上の結果により、本発明に係る減圧加熱測定装置を用いることにより、350℃の高温に加熱された半導体素子を、1nA(1×10−9A)以下のオーダーでの低ノイズ測定が可能となることが明らかとなった。
[Noise current and pressure in the chamber]
The
As shown in FIG. 6, it is clear that the noise current flowing through the
From the above results, by using the reduced pressure heating measuring apparatus according to the present invention, it is possible to measure a low noise on the order of 1 nA (1 × 10 −9 A) or less of a semiconductor element heated to a high temperature of 350 ° C. It became clear that
以上説明した通り、本発明の減圧加熱測定装置によれば、加熱ユニット4と試料ステージ3とを分離した構造にすることにより、ヒータ51の加熱によって発生する機械的変形及び電気的ノイズの試料ステージ3への影響を抑制できる。また、チャンバー2内を、真空又は不活性ガスを流した減圧状態で使用し、半導体素子15及びその周辺のみを高温に加熱することにより、昇温及び降温時間を短縮することができる。また、サセプタ44にアースラインを接続すれば、ヒータ51から放出される熱電子誘起電流を低減することでき、高温下での電気的ノイズを低減することができる。
従って、昇温及び降温時間が短く、また、測定精度の高い半導体素子用減圧加熱測定装置を実現することができる。
As described above, according to the reduced-pressure heating measuring apparatus of the present invention, the sample stage of mechanical deformation and electrical noise generated by the heating of the
Accordingly, it is possible to realize a reduced pressure heating measuring apparatus for semiconductor elements with a short temperature rising and cooling time and high measurement accuracy.
1…減圧加熱測定装置(半導体素子用減圧加熱測定装置)、2…チャンバー、3…試料ステージ、4…加熱ユニット、43…下部絶縁部材、43a…透過孔、44…サセプタ、44a…温度センサ、45…上部絶縁部材、5…加熱機構、51…ヒータ、53…熱電子シールド、6…ポンプ(真空排気系)、7…ガス導入系、8…コンダクタンスバルブ(圧力調整機構)、9…搬送ステージ、10…プローブカード、15…半導体素子
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記チャンバー内を真空又は不活性ガスが充填された減圧下として前記試料ステージ及び前記半導体素子を加熱し、前記試料ステージを介して前記半導体素子中に流れる電流値を測定した時の測定精度のオーダーが1nA(1×10−9A)以下であることを特徴とする半導体素子用減圧加熱測定装置。 A chamber in which a semiconductor element can be arranged at a predetermined position, a sample stage in which the semiconductor element can be arranged in a predetermined position in advance, and the semiconductor element arranged in a predetermined position on the sample stage are determined in advance. A heating mechanism that can be adjusted to a predetermined temperature, a vacuum exhaust system that can reduce the pressure in the chamber, a gas introduction system that introduces an inert gas into the chamber, and a gas that contains the inert gas in the chamber And a pressure adjusting mechanism of
Order of measurement accuracy when the sample stage and the semiconductor element are heated while the chamber is under vacuum or under reduced pressure filled with an inert gas, and the current value flowing in the semiconductor element through the sample stage is measured. Is 1 nA (1 × 10 −9 A) or less.
該加熱ユニットは、前記試料ステージに対して電気的に絶縁して配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。 The heating mechanism is composed of a heater made of one or more materials of an alloy made of chromium, aluminum and iron, platinum, nichrome, tungsten, and is housed in a heating unit.
3. The reduced pressure heating measurement apparatus for a semiconductor element according to claim 1, wherein the heating unit is arranged to be electrically insulated from the sample stage. 4.
前記サセプタの何れかの箇所に温度センサが設けられていることを特徴とする請求項7に記載の半導体素子用減圧加熱測定装置。 The lower insulating member is provided with a transmission hole, a susceptor is attached to the transmission hole, and the susceptor is heated by infrared radiation of the heating mechanism,
8. The semiconductor device reduced pressure heating measurement apparatus according to claim 7, wherein a temperature sensor is provided at any location of the susceptor.
The reduced pressure heating measurement for a semiconductor device according to any one of claims 1 to 14, wherein a probe card or a micro prober for contacting the semiconductor device from above the sample stage is provided in the vicinity of the sample stage. apparatus.
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