JP2010153611A

JP2010153611A - Semiconductor evaluating system

Info

Publication number: JP2010153611A
Application number: JP2008330535A
Authority: JP
Inventors: Shinjiro Uchida; 晋二郎内田
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2010-07-08
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: JP5446251B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor evaluating system which can measure the specific resistance of a semiconductor wafer in an accurate and easy manner. SOLUTION: This semiconductor evaluating system brings a mercury probe 2 into contact with a surface of a semiconductor wafer W and evaluates the electrical characteristics of the semiconductor wafer W, and the mercury probe 2 is configured to be mounted on the surface of the semiconductor wafer W, in a state where it is freely movable in a direction vertical to the surface of the semiconductor wafer W. COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体ウェーハの表面に水銀プローブを接触させて、半導体ウェーハの電気的特性の評価を行う半導体評価装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor evaluation apparatus for evaluating electrical characteristics of a semiconductor wafer by bringing a mercury probe into contact with the surface of the semiconductor wafer.

近年、シリコン等からなる半導体デバイスの高集積化が著しく進んでおり、半導体デバイスとなる半導体ウェーハ自体の高品質化が一層厳しく要求されている。即ち、高集積化とともに回路パターンがますます微細化されるため、半導体ウェーハにおけるデバイスが形成されるデバイス活性領域では、リーク電流の増大やキャリアのライフタイムの低下原因となる転位等の結晶欠陥及び金属系不純物の低減及び除去等が従来に増して厳しく求められている。かかる要請から結晶欠陥をほぼ完全に含まないエピタキシャル層を半導体ウェーハ上に成長させたエピタキシャルウェーハが開発され、高集積化デバイスの製造に多く使用されている。 In recent years, high integration of semiconductor devices made of silicon or the like has been remarkably advanced, and higher quality of a semiconductor wafer itself that becomes a semiconductor device has been demanded more severely. In other words, as the circuit pattern becomes more and more miniaturized with higher integration, crystal defects such as dislocations and the like that cause an increase in leakage current and a decrease in carrier lifetime in a device active region where devices in a semiconductor wafer are formed. The reduction and removal of metal impurities and the like are stricter than ever before. In response to such a demand, an epitaxial wafer in which an epitaxial layer containing almost no crystal defects is grown on a semiconductor wafer has been developed and is often used in the manufacture of highly integrated devices.

エピタキシャルウェーハの品質管理項目には、エピタキシャル層の抵抗率、エピタキシャル層の平坦度、エピタキシャルウェーハの反り、エピタキシャル層における表面のヘイズ等がある。これらの中でもエピタキシャル層の抵抗率については、エピタキシャルウェーハにおいて最も基本的な特性であるため、正確な測定が要求されている。 The quality control items of the epitaxial wafer include the resistivity of the epitaxial layer, the flatness of the epitaxial layer, the warp of the epitaxial wafer, the haze of the surface of the epitaxial layer, and the like. Among these, the resistivity of the epitaxial layer is the most basic characteristic in an epitaxial wafer, so that accurate measurement is required.

従来から、エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の抵抗率の測定方法として、容量−電圧法の一種であるＨｇ−ＣＶ法が広く用いられている。このＨｇ−ＣＶ法は、まず、エピタキシャル層の表面に酸化膜を形成させ、この酸化膜上に水銀プローブの先端を接触させることによっていわゆるショットキー接合を形成させる。次に、このショットキー接合を挟んで容量（Ｃ）−逆方向電圧（Ｖ）特性を測定し、このＣ−Ｖ特性結果、ドナー濃度等から抵抗率を計測する。このようなＨｇ−ＣＶ法を原理としたエピタキシャル層の抵抗率測定装置として、下記特許文献１に記載された装置が知られている。
特開平６−１４０４７８号公報 Conventionally, the Hg-CV method, which is a kind of capacitance-voltage method, has been widely used as a method for measuring the resistivity of an epitaxial layer of an epitaxial wafer. In this Hg-CV method, an oxide film is first formed on the surface of an epitaxial layer, and a so-called Schottky junction is formed on this oxide film by bringing the tip of a mercury probe into contact therewith. Next, the capacitance (C) -reverse voltage (V) characteristic is measured across this Schottky junction, and the resistivity is measured from the CV characteristic result, donor concentration, and the like. As an epitaxial layer resistivity measuring apparatus based on the Hg-CV method, an apparatus described in Patent Document 1 below is known.
Japanese Patent Laid-Open No. 6-140478

特許文献１に記載の装置は、半導体ウェーハの抵抗率の測定の際に、水銀プローブの先端の位置を、半導体ウェーハの表面の所望の測定位置に合わせることで、水銀プローブの先端と半導体ウェーハの表面とを接触させる。より具体的には、水銀プローブを支持するプローブ支持具を気圧的に上昇又は下降させることで、水銀プローブの先端を半導体ウェーハの表面に近づけて、水銀プローブの先端が、半導体ウェーハの表面に接触するように試みる。接触しなかった場合には、水銀プローブの先端と、半導体ウェーハの表面とを接触させるための微調整手段により、水銀プローブの先端と半導体ウェーハの表面とを接触させる。通常、微調整を行わずに水銀プローブと半導体ウェーハの表面とを接触させるのは困難である。このように、特許文献１に記載の装置では、位置合わせを２回行う必要があり、特に微調整手段による位置合わせでは厳密な位置合わせが要求される。その結果、半導体ウェーハの抵抗率の測定には、位置合わせに多大な時間と労力が必要になり、改善が求められている。 The apparatus described in Patent Document 1 adjusts the position of the tip of the mercury probe to a desired measurement position on the surface of the semiconductor wafer when measuring the resistivity of the semiconductor wafer, so that the tip of the mercury probe and the semiconductor wafer are aligned. Contact the surface. More specifically, the tip of the mercury probe is brought close to the surface of the semiconductor wafer by raising or lowering the probe support for supporting the mercury probe in a pressure manner so that the tip of the mercury probe contacts the surface of the semiconductor wafer. Try to do that. If not, the tip of the mercury probe is brought into contact with the surface of the semiconductor wafer by fine adjustment means for bringing the tip of the mercury probe into contact with the surface of the semiconductor wafer. Usually, it is difficult to bring the mercury probe into contact with the surface of the semiconductor wafer without fine adjustment. As described above, in the apparatus described in Patent Document 1, it is necessary to perform alignment twice, and in particular, alignment by fine adjustment means requires strict alignment. As a result, measurement of the resistivity of a semiconductor wafer requires a great deal of time and effort for alignment, and improvements are required.

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、半導体ウェーハの抵抗率を正確に且つ容易に測定ができる半導体評価装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a semiconductor evaluation apparatus capable of accurately and easily measuring the resistivity of a semiconductor wafer.

（１）半導体ウェーハの表面に水銀プローブを接触させて、前記半導体ウェーハの電気的特性の評価を行う半導体評価装置であって、前記水銀プローブは、前記半導体ウェーハの表面と垂直な方向に自由に移動可能な状態で、前記半導体ウェーハの表面に載置可能に構成されていることを特徴とする。 (1) A semiconductor evaluation apparatus for evaluating the electrical characteristics of a semiconductor wafer by bringing a mercury probe into contact with the surface of the semiconductor wafer, wherein the mercury probe is freely in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor wafer. It is configured to be able to be placed on the surface of the semiconductor wafer in a movable state.

（２）また、前記水銀プローブは、前記半導体ウェーハの表面に対して平行な方向の移動が拘束されていることが好ましい。 (2) Further, it is preferable that movement of the mercury probe in a direction parallel to the surface of the semiconductor wafer is restricted.

（３）また、前記水銀プローブは、前記半導体ウェーハの表面の傾斜に従って傾くことが許容されていることが好ましい。 (3) Moreover, it is preferable that the mercury probe is allowed to incline according to the inclination of the surface of the semiconductor wafer.

（４）また、前記水銀プローブを下方から支持する支持部を有するプローブ支持具をさらに備え、前記水銀プローブは、前記支持部に下方から掛止される掛止部を備え、前記掛止部が前記支持部に下方から掛止された状態で、前記水銀プローブの先端は、前記支持部よりも下方に位置することが好ましい。 (4) The apparatus further includes a probe support having a support portion for supporting the mercury probe from below, and the mercury probe includes a latch portion that is latched on the support portion from below. It is preferable that the tip of the mercury probe is positioned below the support part while being hooked on the support part from below.

（５）また、前記半導体ウェーハは、表面にエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルウェーハであることが好ましい。 (5) Moreover, it is preferable that the said semiconductor wafer is an epitaxial wafer in which the epitaxial layer was formed in the surface.

本発明によれば、半導体ウェーハの表面に水銀プローブを接触させて、半導体ウェーハの電気的特性の評価を行う半導体評価装置において、半導体ウェーハの抵抗率を正確に且つ容易に測定することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the resistivity of a semiconductor wafer can be measured accurately and easily in the semiconductor evaluation apparatus which makes a mercury probe contact the surface of a semiconductor wafer, and evaluates the electrical property of a semiconductor wafer.

以下、本発明の半導体評価装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の半導体評価装置の構成を示す模式図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は斜視図である。図２は、プローブ支持具に、水銀プローブが支持された状態を示す部分拡大側面図である。図３は、水銀プローブを示す模式図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は底面図である。図４は、プローブ支持具を示す模式図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図である。図５（Ａ）から図５（Ｃ）は、水銀プローブの移動を順次示す側面図である。図６は、水銀電極と半導体ウェーハの表面との接触面積の変化を示す図である。図７（Ａ）から図７（Ｃ）は、それぞれ水銀プローブの先端と半導体ウェーハの表面との接触部分を示す図である。 Hereinafter, an embodiment of a semiconductor evaluation apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A and 1B are schematic views showing the configuration of the semiconductor evaluation apparatus of the present embodiment, in which FIG. 1A is a side view and FIG. 1B is a perspective view. FIG. 2 is a partially enlarged side view showing a state in which the mercury probe is supported on the probe support. 3A and 3B are schematic views showing a mercury probe, in which FIG. 3A is a side view and FIG. 3B is a bottom view. 4A and 4B are schematic views showing the probe support, where FIG. 4A is a side view and FIG. 4B is a plan view. 5A to 5C are side views sequentially showing the movement of the mercury probe. FIG. 6 is a diagram showing a change in contact area between the mercury electrode and the surface of the semiconductor wafer. FIGS. 7A to 7C are diagrams showing contact portions between the tip of the mercury probe and the surface of the semiconductor wafer.

図１から図５に示すように、本実施形態の半導体評価装置１は、水銀プローブ２の先端面２５を半導体ウェーハ３の表面に接触させて、半導体ウェーハＷの抵抗率を測定する半導体評価装置である。 As shown in FIGS. 1 to 5, the semiconductor evaluation apparatus 1 of the present embodiment measures the resistivity of the semiconductor wafer W by bringing the tip surface 25 of the mercury probe 2 into contact with the surface of the semiconductor wafer 3. It is.

本実施形態の半導体評価装置１について説明する。図１から図６に示すように、本実施形態の半導体評価装置１は、水銀プローブ２と、プローブ支持具３と、電極４と、第一配線５と、第二配線６と、抵抗率測定部７と、ステージ８と、気圧調整部９とを備える。本実施形態の半導体評価装置１によれば、先ず、プローブ支持具３に支持された水銀プローブ２を半導体ウェーハＷに向けて移動させ、水銀プローブ２の先端面２５を半導体ウェーハＷに接触させる（図５（Ｃ）参照）。次いで、抵抗率測定部７から第二配線６を通して、半導体ウェーハＷに対して与えられる電気的刺激による半導体ウェーハＷの反応を、水銀プローブ２から第一配線５を通して抵抗率測定部７で観測する。なお、本実施形態において、プローブ支持具３が延びる水平方向を「Ｘ方向」とし、Ｘ方向と直交する水平方向を「Ｙ方向」とし、Ｘ方向及びＹ方向と直交する上下方向を「Ｚ方向」とする。 The semiconductor evaluation apparatus 1 of this embodiment is demonstrated. As shown in FIGS. 1 to 6, the semiconductor evaluation apparatus 1 of the present embodiment includes a mercury probe 2, a probe support 3, an electrode 4, a first wiring 5, a second wiring 6, and resistivity measurement. A unit 7, a stage 8, and an atmospheric pressure adjustment unit 9 are provided. According to the semiconductor evaluation apparatus 1 of the present embodiment, first, the mercury probe 2 supported by the probe support 3 is moved toward the semiconductor wafer W, and the tip surface 25 of the mercury probe 2 is brought into contact with the semiconductor wafer W ( (See FIG. 5C). Next, the reaction of the semiconductor wafer W due to electrical stimulation applied to the semiconductor wafer W through the second wiring 6 from the resistivity measuring unit 7 is observed by the resistivity measuring unit 7 through the first wiring 5 from the mercury probe 2. . In this embodiment, the horizontal direction in which the probe support 3 extends is referred to as “X direction”, the horizontal direction orthogonal to the X direction is referred to as “Y direction”, and the vertical direction orthogonal to the X direction and Y direction is referred to as “Z direction”. "

水銀プローブ２は、半導体ウェーハＷの表面に接触させる水銀電極２２を備えた部材である。図３に示すように、水銀プローブ２は、プローブ本体２１と、水銀電極２２と、毛細管２３と、電極端子２４と、先端面２５と、圧縮ガス供給管２６とを備える。毛細管２３は、プローブ本体２１の上端から先端面２５に亘って上下方向（Ｚ方向）に貫通している。水銀電極２２は、毛細管２３の先端部分に配置される。電極端子２４は、プローブ本体２１の上端に設けられる。水銀プローブ２の詳細については後述する。 The mercury probe 2 is a member provided with a mercury electrode 22 that is brought into contact with the surface of the semiconductor wafer W. As shown in FIG. 3, the mercury probe 2 includes a probe main body 21, a mercury electrode 22, a capillary tube 23, an electrode terminal 24, a tip surface 25, and a compressed gas supply pipe 26. The capillary tube 23 penetrates in the vertical direction (Z direction) from the upper end of the probe body 21 to the distal end surface 25. The mercury electrode 22 is disposed at the tip portion of the capillary tube 23. The electrode terminal 24 is provided at the upper end of the probe main body 21. Details of the mercury probe 2 will be described later.

プローブ支持具３は、水銀プローブ２を下方から支持するためのＸ方向に棒状に延びた部材である。図４に示すように、プローブ支持具３は、支持部３１と、開口部３２とを備える。支持部３１及び開口部３２は、プローブ支持具３の一端に設けられている。プローブ支持具３の他端は、プローブ支持具３を移動するための移動機構（図示せず）に接続されている。プローブ支持具３の詳細については後述する。 The probe support 3 is a member extending in a bar shape in the X direction for supporting the mercury probe 2 from below. As shown in FIG. 4, the probe support 3 includes a support portion 31 and an opening portion 32. The support part 31 and the opening part 32 are provided at one end of the probe support 3. The other end of the probe support 3 is connected to a moving mechanism (not shown) for moving the probe support 3. Details of the probe support 3 will be described later.

抵抗率測定部７は、半導体ウェーハＷに電気的刺激を与えて、半導体ウェーハＷの抵抗率を測定するための部位である。抵抗率測定部７は、第一配線５の一端と第二配線６の一端がそれぞれ接続されている。上述の通り、抵抗率測定部７から送られた電気的刺激は、第二配線６、電極４の順で送られ、その後、半導体ウェーハＷに到達する。この電気的刺激による半導体ウェーハＷの反応が、水銀電極２２、金属ワイヤ２４１、金属端子２４、第一配線５の順で抵抗率測定部７まで伝達される。その結果、半導体ウェーハＷの抵抗率が測定される。 The resistivity measuring unit 7 is a part for applying electrical stimulation to the semiconductor wafer W and measuring the resistivity of the semiconductor wafer W. The resistivity measuring unit 7 is connected to one end of the first wiring 5 and one end of the second wiring 6. As described above, the electrical stimulation sent from the resistivity measuring unit 7 is sent in the order of the second wiring 6 and the electrode 4, and then reaches the semiconductor wafer W. The reaction of the semiconductor wafer W due to this electrical stimulation is transmitted to the resistivity measuring unit 7 in the order of the mercury electrode 22, the metal wire 241, the metal terminal 24, and the first wiring 5. As a result, the resistivity of the semiconductor wafer W is measured.

第二配線６は、電極４と抵抗率測定部７とを電気的に接続する部位である。第二配線６の一端は、抵抗率測定部７と接続し、第二配線６の他端は、電極４と接続する。第二配線６は、抵抗率測定部７から送られる電気的刺激を電極４に伝達する。 The second wiring 6 is a part that electrically connects the electrode 4 and the resistivity measuring unit 7. One end of the second wiring 6 is connected to the resistivity measuring unit 7, and the other end of the second wiring 6 is connected to the electrode 4. The second wiring 6 transmits electrical stimulation sent from the resistivity measuring unit 7 to the electrode 4.

電極４は、第二配線６と半導体ウェーハＷとを電気的に接続する部位である。半導体ウェーハＷと第二配線６とが電気的に接続することで、抵抗率測定部７から送られた電気的刺激は、半導体ウェーハＷに到達する。 The electrode 4 is a part that electrically connects the second wiring 6 and the semiconductor wafer W. By electrically connecting the semiconductor wafer W and the second wiring 6, the electrical stimulus sent from the resistivity measuring unit 7 reaches the semiconductor wafer W.

第一配線５は、抵抗率測定部７と電極端子２４とを電気的に接続する部位である。第一配線５の一端は、抵抗率測定部７と接続し、第一配線５の他端は、電極端子２４と接続する。第一配線５は、電気的刺激による半導体ウェーハＷの反応を電極端子２４から抵抗率測定部７まで伝達する。 The first wiring 5 is a part that electrically connects the resistivity measuring unit 7 and the electrode terminal 24. One end of the first wiring 5 is connected to the resistivity measuring unit 7, and the other end of the first wiring 5 is connected to the electrode terminal 24. The first wiring 5 transmits the reaction of the semiconductor wafer W due to electrical stimulation from the electrode terminal 24 to the resistivity measuring unit 7.

ステージ８は、半導体ウェーハＷを載置するための部位である。ステージ８は、ウェーハ移動部８１を備える。
ウェーハ移動部８１は、ステージ８に載置された半導体ウェーハＷをＸＹ平面の面方向に移動させるための部位である。ウェーハ移動部８１は、ステージ８において、半導体ウェーハＷと接する側の上端部に位置する。ウェーハ移動部８１により、半導体ウェーハＷをステージ８上でＸＹ平面の面方向に移動させることにより、水銀プローブ２の先端面２５と対向する位置に、半導体ウェーハＷ上の所望の測定位置を合わせることができる。 The stage 8 is a part for mounting the semiconductor wafer W. The stage 8 includes a wafer moving unit 81.
The wafer moving unit 81 is a part for moving the semiconductor wafer W placed on the stage 8 in the surface direction of the XY plane. The wafer moving unit 81 is located at the upper end of the stage 8 on the side in contact with the semiconductor wafer W. By moving the semiconductor wafer W in the XY plane direction on the stage 8 by the wafer moving unit 81, the desired measurement position on the semiconductor wafer W is aligned with the position facing the front end surface 25 of the mercury probe 2. Can do.

気圧調整部９は、毛細管２３内の内圧を調整するための部位である。気圧調整部９は、圧縮ガス供給管２６を介して、毛細管２３と繋がっている。 The atmospheric pressure adjusting unit 9 is a part for adjusting the internal pressure in the capillary tube 23. The atmospheric pressure adjusting unit 9 is connected to the capillary tube 23 via the compressed gas supply pipe 26.

半導体ウェーハＷは、本実施形態の半導体評価装置１の評価対象となる部位である。半導体ウェーハＷは、半導体ウェーハＷの表面の所定の位置で電極４と接する。電極４は、第二配線６の他端と接し、第二配線６の一端は抵抗率測定部７に接続されている。 The semiconductor wafer W is a part to be evaluated by the semiconductor evaluation apparatus 1 of the present embodiment. The semiconductor wafer W is in contact with the electrode 4 at a predetermined position on the surface of the semiconductor wafer W. The electrode 4 is in contact with the other end of the second wiring 6, and one end of the second wiring 6 is connected to the resistivity measuring unit 7.

図１に示すように、評価対象となる半導体ウェーハＷは、ステージ８上に載置される。ステージ８は、半導体ウェーハＷを移動させるためのウェーハ移動部８１を備える。このウェーハ移動部８１により、半導体ウェーハＷは、ステージ８上をＸＹ平面の面方向に移動できる。 As shown in FIG. 1, the semiconductor wafer W to be evaluated is placed on the stage 8. The stage 8 includes a wafer moving unit 81 for moving the semiconductor wafer W. By this wafer moving unit 81, the semiconductor wafer W can move on the stage 8 in the plane direction of the XY plane.

評価対象となる半導体ウェーハＷの種類は特に限定されず、従来公知の半導体ウェーハを評価対象とすることができる。従来公知の半導体ウェーハとしては、例えば、エピタキシャルウェーハ、ポリッシュドウェーハ、ＳＯＩウェーハ、ゲルマニウムウェーハ、ＳｉＣウェーハ等が挙げられる。ここで、エピタキシャルウェーハとは、シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）の表面に、エピタキシャル成長により、エピタキシャル層を形成させたものをいう。 The type of the semiconductor wafer W to be evaluated is not particularly limited, and a conventionally known semiconductor wafer can be an evaluation target. Examples of conventionally known semiconductor wafers include epitaxial wafers, polished wafers, SOI wafers, germanium wafers, SiC wafers, and the like. Here, the epitaxial wafer refers to an epitaxial layer formed on the surface of a silicon wafer (semiconductor wafer) by epitaxial growth.

本発明の半導体評価装置は、これらの従来公知の半導体ウェーハの中でも、特にエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層を評価対象に好ましく適用できる。エピタキシャルウェーハは、高集積化デバイスの製造に多く使用されており、高集積化による微細化のため、その品質管理には、より正確な評価が求められるからである。 Among these conventionally known semiconductor wafers, the semiconductor evaluation apparatus of the present invention can be preferably applied particularly to an epitaxial layer of an epitaxial wafer as an evaluation target. This is because epitaxial wafers are often used in the manufacture of highly integrated devices, and more accurate evaluation is required for quality control for miniaturization by high integration.

水銀プローブ２について詳細に説明する。図３に示すように、プローブ本体２１は、プローブ支持具３の支持部３１（詳細は後述する）に下方から掛止される部位である。プローブ本体２１は、掛止部２１１と、中腹部２１２と、先端部２１３とを備える。中腹部２１２は、掛止部２１１の下に連結し、先端部２１３は、中腹部２１２の下に連結する。 The mercury probe 2 will be described in detail. As shown in FIG. 3, the probe main body 21 is a part that is hooked from below on a support portion 31 (details will be described later) of the probe support 3. The probe main body 21 includes a latching portion 211, a middle abdominal portion 212, and a distal end portion 213. The middle abdomen 212 is connected below the latching part 211, and the tip 213 is connected below the middle abdomen 212.

図３に示すように、掛止部２１１は、プローブ支持具３の支持部３１と当接する部位である。掛止部２１１は、プローブ本体２１の上端に位置する。掛止部２１１は、円柱状であり、掛止部２１１の上端の半径及び下端の半径は共にＲ１である。掛止部２１１の下端の中央部は、中腹部２１２の上端の中央部と連結する。 As shown in FIG. 3, the hooking portion 211 is a portion that comes into contact with the support portion 31 of the probe support 3. The hooking portion 211 is located at the upper end of the probe main body 21. The latching portion 211 has a cylindrical shape, and the radius of the upper end and the radius of the lower end of the latching portion 211 are both R1. The central portion of the lower end of the latching portion 211 is connected to the central portion of the upper end of the middle abdominal portion 212.

図３に示すように、中腹部２１２は、中腹部２１２の上端から下端に向かう間の所定の位置までテーパー状に縮径している。中腹部２１２がこのような形状を有することで、半導体ウェーハＷの抵抗率の測定時に、水銀プローブ２は、必要に応じて傾くことができる。中腹部２１２は、プローブ本体２１の中央部に位置する。中腹部２１２は、上部が下に窄まる円錐台状であり、下部が円柱状である。中腹部２１２の上端の半径は、Ｒ２である（Ｒ１＞Ｒ２）。その結果、掛止部２１１の下端には円環状の掛止面２１１Ａが形成される。図２に示すように、掛止面２１１Ａの少なくとも一部が、プローブ支持具３における支持部３１の上端面と当接することで、水銀プローブ２は、プローブ支持具３に支持される。また、中腹部２１２の縮径が終わる所定の位置（Ｚ１）において、水銀プローブ本体２１の短手方向に切断したときの切断面の半径はＲ３である（Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３）。中腹部２１２の下端の半径もＲ３である。そして、中腹部２１２の上端から位置Ｚ１までの面と、中腹部２１２の下端から位置Ｚ１までの面とが成す角度はφである。角度φは、１３５から１６０°であることが好ましい。 As shown in FIG. 3, the middle abdominal portion 212 is tapered in a tapered shape to a predetermined position between the upper end and the lower end of the middle abdominal portion 212. Since the middle part 212 has such a shape, the mercury probe 2 can be tilted as necessary when measuring the resistivity of the semiconductor wafer W. The middle abdomen 212 is located at the center of the probe main body 21. The middle abdominal part 212 has a truncated cone shape whose upper part is narrowed downward, and its lower part is a columnar shape. The radius of the upper end of the middle abdomen 212 is R2 (R1> R2). As a result, an annular hooking surface 211 A is formed at the lower end of the hooking portion 211. As shown in FIG. 2, the mercury probe 2 is supported by the probe support 3 by at least a part of the hooking surface 211 A coming into contact with the upper end surface of the support portion 31 in the probe support 3. In addition, at a predetermined position (Z1) where the diameter reduction of the middle abdomen 212 ends, the radius of the cut surface when cut in the short direction of the mercury probe main body 21 is R3 (R1> R2> R3). The radius of the lower end of the middle abdomen 212 is also R3. The angle formed by the surface from the upper end of the middle abdomen 212 to the position Z1 and the surface from the lower end of the middle abdomen 212 to the position Z1 is φ. The angle φ is preferably 135 to 160 °.

先端部２１３は、水銀プローブ２の先端に位置する先端面２５を備える部位である。先端部２１３も円柱状である。そして、先端部２１３は、上端が中腹部２１２の下端の中央部と連結する。 The tip portion 213 is a portion having a tip surface 25 located at the tip of the mercury probe 2. The tip portion 213 is also cylindrical. And the front-end | tip part 213 connects with the center part of the lower end of the middle part 212 at the upper end.

水銀電極２２は、半導体ウェーハＷの抵抗率の測定の際に半導体ウェーハＷの表面に接触させる部位である。したがって、半導体ウェーハＷの抵抗率の測定時には、水銀電極２２は、毛細管２３の先端側に配置される。そして、水銀電極２２の先端は、先端面２５と同一の平面上又は水銀プローブ２の先端面２５から突出する位置に配置される。 The mercury electrode 22 is a part that contacts the surface of the semiconductor wafer W when measuring the resistivity of the semiconductor wafer W. Accordingly, when measuring the resistivity of the semiconductor wafer W, the mercury electrode 22 is disposed on the tip side of the capillary tube 23. The tip of the mercury electrode 22 is disposed on the same plane as the tip surface 25 or at a position protruding from the tip surface 25 of the mercury probe 2.

毛細管２３は、水銀電極２２を充填する部位である。毛細管２３は、その上部に分岐路２３１を備える。毛細管２３は、プローブ本体２１の長手方向（Ｚ方向）に沿ってプローブ本体２１の先端部２１３の先端から掛止部２１１の上端の間を貫通するように設けられている。上記の通り、毛細管２３の先端部（下端部）には、水銀を充填してなる水銀電極２２が設けられており、この水銀電極２２によって、毛細管２３の先端部が閉塞されている。 The capillary tube 23 is a part where the mercury electrode 22 is filled. The capillary tube 23 is provided with a branch path 231 at the top thereof. The capillary tube 23 is provided so as to penetrate between the distal end of the distal end portion 213 of the probe main body 21 and the upper end of the latching portion 211 along the longitudinal direction (Z direction) of the probe main body 21. As described above, the mercury electrode 22 filled with mercury is provided at the distal end portion (lower end portion) of the capillary tube 23, and the distal end portion of the capillary tube 23 is closed by the mercury electrode 22.

分岐路２３１は、毛細管２３の中間部分と圧縮ガス供給管２６とを繋ぐための部位である。この分岐路２３１の先端は、圧縮ガス供給管２６の一端と接続される。この圧縮ガス供給管２６の他端は、気圧調整部９と接続される。 The branch path 231 is a part for connecting the intermediate portion of the capillary tube 23 and the compressed gas supply pipe 26. The tip of this branch 231 is connected to one end of the compressed gas supply pipe 26. The other end of the compressed gas supply pipe 26 is connected to the atmospheric pressure adjusting unit 9.

電極端子２４は、プローブ本体２１の掛止部２１１の上端に設けられる。電極端子２４の上端は、第一配線５と接続されている。また、電極端子２４は、毛細管２３の上端を閉塞している。 The electrode terminal 24 is provided at the upper end of the hooking portion 211 of the probe main body 21. The upper end of the electrode terminal 24 is connected to the first wiring 5. The electrode terminal 24 closes the upper end of the capillary tube 23.

上記気圧調整部９は、圧縮ガス供給管２６を介して毛細管２３の内圧を調整できるように構成されている。上記の通り、毛細管２３の先端は水銀電極２２によって閉塞され、毛細管２３の上端は電極端子２４によって閉塞されている。このため、上記気圧調整部９により毛細管２３の内圧を変動させることによって、水銀電極２２は、その内圧に応じて毛細管２３の長手方向（±Ｚ方向）に沿って移動する。 The atmospheric pressure adjusting unit 9 is configured to be able to adjust the internal pressure of the capillary tube 23 via the compressed gas supply pipe 26. As described above, the tip of the capillary tube 23 is blocked by the mercury electrode 22, and the upper end of the capillary tube 23 is blocked by the electrode terminal 24. For this reason, the mercury electrode 22 moves along the longitudinal direction (± Z direction) of the capillary 23 according to the internal pressure by changing the internal pressure of the capillary 23 by the atmospheric pressure adjusting unit 9.

金属ワイヤ２４１は、水銀電極２２と電極端子２４とを電気的に接続する部位である。金属ワイヤ２４１は、水銀電極２２から電極端子２４まで、電気的刺激による半導体ウェーハＷの反応を伝達する。金属ワイヤ２４１は、毛細管２３の内部に挿入され、一端が電極端子２４の下端に取り付けられ、他端が水銀電極２２に接している。 The metal wire 241 is a part that electrically connects the mercury electrode 22 and the electrode terminal 24. The metal wire 241 transmits the reaction of the semiconductor wafer W due to electrical stimulation from the mercury electrode 22 to the electrode terminal 24. The metal wire 241 is inserted into the capillary tube 23, one end is attached to the lower end of the electrode terminal 24, and the other end is in contact with the mercury electrode 22.

先端面２５は、半導体ウェーハＷの抵抗率の測定の際に、半導体ウェーハＷの表面に接触する部位である。先端面２５の中央に位置する水銀電極２２の先端を、半導体ウェーハＷの表面に接触させて、半導体ウェーハＷの抵抗率を抵抗率測定部７により測定する。 The tip surface 25 is a part that contacts the surface of the semiconductor wafer W when measuring the resistivity of the semiconductor wafer W. The tip of the mercury electrode 22 located at the center of the tip surface 25 is brought into contact with the surface of the semiconductor wafer W, and the resistivity of the semiconductor wafer W is measured by the resistivity measuring unit 7.

圧縮ガス供給管２６は、毛細管２３の内圧を調整するための上記気圧調整部９と毛細管２３の分岐路２３１とを繋ぐ部位である。圧縮ガス供給管２６の一端は、毛細管２３の分岐路２３１の端部と連結し、圧縮ガス供給管２６の他端は、気圧調整部９と連結する。 The compressed gas supply pipe 26 is a part connecting the atmospheric pressure adjusting unit 9 for adjusting the internal pressure of the capillary 23 and the branch path 231 of the capillary 23. One end of the compressed gas supply pipe 26 is connected to the end of the branch path 231 of the capillary tube 23, and the other end of the compressed gas supply pipe 26 is connected to the atmospheric pressure adjusting unit 9.

プローブ支持具３について詳細に説明する。プローブ支持具３は、上記移動機構に連結された他端から一端に向けて延びている。支持部３１は、プローブ支持具３の一端に位置する。支持部３１は、図２に示すように、プローブ本体２１の掛止部２１１の下端面を当接させる上端面を備えている。このように、支持部３１の上端面と掛止部２１１の下端面とが当接することで、水銀プローブ２は、プローブ支持具３に下方から支持される。 The probe support 3 will be described in detail. The probe support 3 extends from the other end connected to the moving mechanism toward one end. The support part 31 is located at one end of the probe support 3. As shown in FIG. 2, the support portion 31 includes an upper end surface that abuts the lower end surface of the hook portion 211 of the probe main body 21. In this manner, the mercury probe 2 is supported by the probe support 3 from below by the contact between the upper end surface of the support portion 31 and the lower end surface of the latching portion 211.

開口部３２は、プローブ本体２１の中腹部２１２及び先端部２１３を貫通させるための部位である。開口部３２は、平面視で円形であり、支持部３１の中央付近に存在する。水銀プローブ２は、水銀プローブ２の先端部２１３の先端から開口部３２に挿通され、掛止部２１１が支持部３１に掛止されることで、プローブ支持具３に下方から支持される。 The opening 32 is a part for allowing the probe body 21 to penetrate the mid-abdominal part 212 and the distal end part 213. The opening 32 is circular in plan view and is present near the center of the support 31. The mercury probe 2 is inserted into the opening 32 from the tip of the tip 213 of the mercury probe 2, and is supported by the probe support 3 from below by the hook 211 being hooked on the support 31.

また、水銀プローブ２がプローブ支持具３に支持された状態で、水銀プローブ２の先端面２５は、支持部３１より下方に位置する。この状態で、水銀プローブ２は、半導体ウェーハＷの表面に対して垂直な方向（＋Ｚ方向）に自由に移動可能な状態となっている。「自由に移動可能」とは、水銀プローブ２の自重分の力以下で、水銀プローブ２をプローブ支持具３から引き離せる状態を指す。したがって、「自由に移動可能」には、プローブ本体２１の上端面から−Ｚ方向に荷重が掛かる場合は含まれない。ただし、プローブ本体２１の表面と、開口部３２の開口縁又は内側面とが接することによる摩擦力によって水銀プローブ２に−Ｚ方向の力が加わるような場合は「自由に移動可能」に含まれる。即ち、水銀プローブ２の自重による抗力が原因となって、水銀プローブ２に−Ｚ方向に力が掛かる場合は含まれる。 Further, the tip surface 25 of the mercury probe 2 is positioned below the support portion 31 in a state where the mercury probe 2 is supported by the probe support 3. In this state, the mercury probe 2 is freely movable in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor wafer W (+ Z direction). “Freely movable” refers to a state in which the mercury probe 2 can be pulled away from the probe support 3 with a force equal to or less than its own weight. Therefore, “movable freely” does not include a case where a load is applied in the −Z direction from the upper end surface of the probe main body 21. However, the case where a force in the −Z direction is applied to the mercury probe 2 due to a frictional force caused by contact between the surface of the probe main body 21 and the opening edge or the inner surface of the opening 32 is included in “movable freely”. . That is, it includes a case where force is applied to the mercury probe 2 in the −Z direction due to drag due to its own weight.

また、図４（Ｂ）に示すように、開口部３２の内径はＲ２である。開口部３２の内径（Ｒ２）と、プローブ本体２１の中腹部２１２の上端の半径（Ｒ２）とを合わせることで、プローブ支持具３に支持された状態において、水銀プローブ２が半導体ウェーハＷの表面に対して平行な方向（ＸＹ平面の面方向）に移動することを抑制する。 Further, as shown in FIG. 4B, the inner diameter of the opening 32 is R2. By matching the inner diameter (R2) of the opening 32 with the radius (R2) of the upper end of the middle part 212 of the probe main body 21, the mercury probe 2 is supported on the surface of the semiconductor wafer W in the state supported by the probe support 3. Is prevented from moving in a direction parallel to (surface direction of the XY plane).

移動機構は、プローブ支持具３を半導体ウェーハＷの表面に対して垂直方向（±Ｚ方向）に移動自在に構成されている。なお、上記移動機構により、プローブ支持具３は、半導体ウェーハＷの表面に対して平行な方向（ＸＹ平面の面方向）に移動することはない。プローブ支持具３が水銀プローブ２を支持した状態で、上記移動機構により、プローブ支持具３を半導体ウェーハＷの表面に対して垂直方向に移動させることで、半導体ウェーハＷの表面に対して垂直方向に水銀プローブ２を移動させることができる。 The moving mechanism is configured to be able to move the probe support 3 in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor wafer W (± Z direction). Note that the probe support 3 does not move in the direction parallel to the surface of the semiconductor wafer W (the plane direction of the XY plane) by the moving mechanism. In a state where the probe support 3 supports the mercury probe 2, the probe support 3 is moved in the direction perpendicular to the surface of the semiconductor wafer W by the above moving mechanism, so that the direction perpendicular to the surface of the semiconductor wafer W is obtained. The mercury probe 2 can be moved to the position.

上述の通り、水銀プローブ２がプローブ支持具３に支持された状態で、水銀プローブ２の先端面２５は、支持部３１より下方に位置する。このため、図５（Ａ）から図５（Ｃ）に示すように、水銀プローブ２を支持した状態のプローブ支持具３を半導体ウェーハＷに向かう下方向（−Ｚ方向）に移動させ、水銀プローブ２の先端面２５が半導体ウェーハＷの表面に接触した後もさらに下方向に移動させることで、掛止部２１１の下面と支持部３１の上面とが離れるようになっている。ここで、掛止部２１１の下端面と支持部３１の上端面とが離れるのは、水銀プローブ２が、半導体ウェーハＷの表面に対して垂直な上方向（＋Ｚ方向）に自由に移動可能な状態になっているからである。 As described above, the tip surface 25 of the mercury probe 2 is positioned below the support portion 31 in a state where the mercury probe 2 is supported by the probe support 3. Therefore, as shown in FIGS. 5A to 5C, the probe support 3 in a state of supporting the mercury probe 2 is moved downward (−Z direction) toward the semiconductor wafer W, and the mercury probe is moved. Even after the front end surface 25 of the second contact with the surface of the semiconductor wafer W is moved further downward, the lower surface of the hooking portion 211 and the upper surface of the support portion 31 are separated. Here, the lower end surface of the latching portion 211 and the upper end surface of the support portion 31 are separated from each other because the mercury probe 2 can freely move in the upward direction (+ Z direction) perpendicular to the surface of the semiconductor wafer W. It is because it is in a state.

次に、本実施形態の半導体評価装置１の使用方法の一例について説明する。
先ず、図１及び図２に示すように、水銀プローブ２をプローブ支持具３の支持部３１に支持させる。また、半導体ウェーハＷをステージ８のウェーハ移動部８１の上に載置する。次に、半導体ウェーハＷの表面における所望の測定位置が水銀プローブ２の先端面２５と対向する位置になるように、ウェーハ移動部８１により、半導体ウェーハＷは移動する。 Next, an example of a method for using the semiconductor evaluation apparatus 1 of this embodiment will be described.
First, as shown in FIGS. 1 and 2, the mercury probe 2 is supported on the support portion 31 of the probe support 3. Further, the semiconductor wafer W is placed on the wafer moving part 81 of the stage 8. Next, the semiconductor wafer W is moved by the wafer moving unit 81 so that a desired measurement position on the surface of the semiconductor wafer W is a position facing the front end surface 25 of the mercury probe 2.

図３に示すように、圧縮ガス供給管２６を介して水銀プローブ２と接続された気圧調整部９により、毛細管２３内の内圧を変化させ、水銀電極２２の下端を水銀プローブ２の先端面２５の位置又は水銀プローブ２の先端面２５から突出する位置まで移動させる。 As shown in FIG. 3, the internal pressure in the capillary tube 23 is changed by the atmospheric pressure adjusting unit 9 connected to the mercury probe 2 through the compressed gas supply pipe 26, and the lower end of the mercury electrode 22 is connected to the front end surface 25 of the mercury probe 2. Or a position protruding from the front end surface 25 of the mercury probe 2.

その後、図５（Ａ）に示すように、水銀プローブ２を支持したプローブ支持具３を、図示しない移動機構により、矢印方向（−Ｚ方向）に下降させる。 Thereafter, as shown in FIG. 5A, the probe support 3 that supports the mercury probe 2 is lowered in the arrow direction (−Z direction) by a moving mechanism (not shown).

水銀プローブ２と共にプローブ支持具３をさらに矢印方向（−Ｚ方向）に下降させていくと、図５（Ｂ）に示すように、水銀プローブ２の先端面２５と、半導体ウェーハＷの表面とが接触する。ここで、水銀プローブ２の先端面２５と、半導体ウェーハＷの表面との接触面積をＳ１とする。さらに、プローブ支持具３を下降させると、プローブ支持具３の支持部３１の上端面と、プローブ本体２における掛止部２１１の下端面とが離れる。ここで、水銀プローブ２の先端面２５と、半導体ウェーハＷにおける表面の水銀プローブ２との接触面とが平行でない場合には、水銀プローブ２は、半導体ウェーハＷの表面の接触箇所の傾斜にしたがって傾く。図６に示すように、水銀プローブ２が傾くと、水銀プローブ２の先端面２５と、半導体ウェーハＷとの接触面積はＳ２からＳ１に変化する。 When the probe support 3 is further lowered in the arrow direction (−Z direction) together with the mercury probe 2, the tip end face 25 of the mercury probe 2 and the surface of the semiconductor wafer W are separated as shown in FIG. Contact. Here, the contact area between the front end surface 25 of the mercury probe 2 and the surface of the semiconductor wafer W is defined as S1. Further, when the probe support 3 is lowered, the upper end surface of the support portion 31 of the probe support 3 and the lower end surface of the latching portion 211 in the probe main body 2 are separated. Here, when the tip surface 25 of the mercury probe 2 and the contact surface of the surface of the semiconductor wafer W with the mercury probe 2 are not parallel, the mercury probe 2 follows the inclination of the contact location on the surface of the semiconductor wafer W. Tilt. As shown in FIG. 6, when the mercury probe 2 is tilted, the contact area between the tip surface 25 of the mercury probe 2 and the semiconductor wafer W changes from S2 to S1.

さらにプローブ支持具３を矢印方向（−Ｚ方向）に下降させ、図５（Ｃ）に示す中腹部２１２のΔＺの範囲で、図５（Ｃ）に示すように、プローブ支持具３の下降を停止する。ΔＺの範囲は、水銀プローブ２の先端面２５と、半導体ウェーハＷの表面との接触面積Ｓ１を保持した状態で、プローブ支持具３が矢印方向（−Ｚ方向）に下降可能な範囲である。 Further, the probe support 3 is lowered in the arrow direction (−Z direction), and as shown in FIG. 5C, the probe support 3 is lowered within the range of ΔZ of the middle abdomen 212 shown in FIG. 5C. Stop. The range of ΔZ is a range in which the probe support 3 can be lowered in the arrow direction (−Z direction) while maintaining the contact area S1 between the front end surface 25 of the mercury probe 2 and the surface of the semiconductor wafer W.

電極４を半導体ウェーハＷに接触させた状態で、抵抗率測定部７から送られる電気的刺激を、第二配線６、電極４の順に伝達し、半導体ウェーハＷに与える。そして、この電気的刺激に対する半導体ウェーハＷの反応を、水銀電極２２、金属ワイヤ２４１、電極端子２４、第一配線５の順で抵抗率測定部７に伝達することで検出して、この検出結果をＣ−Ｖ特性に変換する。このＣ−Ｖ特性と、エピタキシャル層にドープさせたドーパント濃度等から、エピタキシャル層の抵抗率を測定する。 In a state where the electrode 4 is in contact with the semiconductor wafer W, the electrical stimulation sent from the resistivity measuring unit 7 is transmitted to the semiconductor wafer W in the order of the second wiring 6 and the electrode 4. Then, the reaction of the semiconductor wafer W to this electrical stimulation is detected by transmitting it to the resistivity measuring unit 7 in the order of the mercury electrode 22, the metal wire 241, the electrode terminal 24, and the first wiring 5, and this detection result Is converted to CV characteristics. The resistivity of the epitaxial layer is measured from this CV characteristic and the dopant concentration doped in the epitaxial layer.

上記エピタキシャル層の抵抗率の測定を、複数個所で繰り返し行い、半導体ウェーハＷの品質を評価する。 The resistivity of the epitaxial layer is repeatedly measured at a plurality of locations, and the quality of the semiconductor wafer W is evaluated.

本実施形態の半導体評価装置１によれば以下の効果が奏される。
本実施形態の半導体評価装置１においては、水銀プローブ２が半導体ウェーハＷの表面に対して垂直な方向（＋Ｚ方向）に自由に移動可能な状態となっている。その結果、従来必要とされていた、水銀プローブ２の先端面２５と半導体ウェーハＷの表面とを接触させる際の厳密な位置合わせが不要になり、半導体ウェーハの抵抗率を正確に且つ容易に測定することができる。 According to the semiconductor evaluation apparatus 1 of the present embodiment, the following effects are exhibited.
In the semiconductor evaluation apparatus 1 of the present embodiment, the mercury probe 2 is in a state of being freely movable in a direction (+ Z direction) perpendicular to the surface of the semiconductor wafer W. As a result, it has become unnecessary to strictly align the tip surface 25 of the mercury probe 2 and the surface of the semiconductor wafer W, which has been conventionally required, and the resistivity of the semiconductor wafer can be measured accurately and easily. can do.

より具体的には、水銀プローブ２がプローブ支持具３に支持された状態で、水銀プローブ２の先端面２５は、支持部３１より下方に位置する。このため、水銀プローブ２を支持した状態でプローブ支持具３を半導体ウェーハＷに向かう方向（−Ｚ方向）に移動させ、水銀プローブ２の先端面２５が半導体ウェーハＷの表面に接触した後もさらに移動させることで、掛止部２１１の下端面と支持部３１の上端面とが離れるようになっている。このように、水銀プローブ２の先端面２５が半導体ウェーハＷの表面と接触した後にも、プローブ支持具３をさらに−Ｚ方向に移動させることができる。その結果、水銀プローブ２の先端面２５と半導体ウェーハＷの表面とを接触させると共に、その後、水銀プローブ２からプローブ支持具３を引き離すことを容易に実現することができる。 More specifically, the tip surface 25 of the mercury probe 2 is positioned below the support portion 31 in a state where the mercury probe 2 is supported by the probe support 3. For this reason, the probe support 3 is moved in the direction (−Z direction) toward the semiconductor wafer W while the mercury probe 2 is supported, and further after the tip surface 25 of the mercury probe 2 contacts the surface of the semiconductor wafer W. By moving, the lower end surface of the latching portion 211 and the upper end surface of the support portion 31 are separated. Thus, even after the front end surface 25 of the mercury probe 2 comes into contact with the surface of the semiconductor wafer W, the probe support 3 can be further moved in the −Z direction. As a result, the tip surface 25 of the mercury probe 2 and the surface of the semiconductor wafer W can be brought into contact with each other, and thereafter, the probe support 3 can be easily separated from the mercury probe 2.

従来の装置は、半導体ウェーハＷの抵抗率の測定の際に、水銀プローブ２の先端面２５の位置を、半導体ウェーハＷの表面の所望の測定位置に合わせた後に、水銀プローブ２の先端面２５と半導体ウェーハＷの表面とを接触させる。ここで、従来の装置を用いて上記位置合わせを行う際に、半導体ウェーハＷの位置を高く見積もり過ぎ、図５（Ｃ）に示す位置Ｚ２の位置に合わせたとすると、水銀プローブ２の先端面２５が、半導体ウェーハＷの表面に接触せず、半導体ウェーハＷの抵抗率を測定することができない。そして、水銀プローブ２の先端面２５から、水銀が漏れ出すおそれもある。さらに、半導体ウェーハＷの位置を低く見積もり過ぎ、図５（Ｃ）に示す位置Ｚ３の位置に合わせたとすると、水銀プローブ２の先端面２５と半導体ウェーハＷの表面とは接触するものの、正確に半導体ウェーハＷの抵抗率が測定できないことに加えて、水銀プローブ２から半導体ウェーハＷの表面に対して非常に強い力が掛かり、半導体ウェーハＷの表面を傷つけてしまうおそれがある。これに対して、本実施形態の半導体評価装置１を用いれば、図５（Ｃ）に示すΔＺの範囲にプローブ支持具３を移動させれば、正確に半導体ウェーハＷの抵抗率を測定することができる。なお、ΔＺの範囲が狭い場合には、プローブ本体２１の中腹部２１２の上端からＺ１までの面と、中腹部２１２の下端からＺ１までの面とが成す角度φを大きくすることで、ΔＺの範囲を広げることができる。 In the conventional apparatus, when the resistivity of the semiconductor wafer W is measured, the position of the tip surface 25 of the mercury probe 2 is adjusted to a desired measurement position on the surface of the semiconductor wafer W, and then the tip surface 25 of the mercury probe 2 is measured. And the surface of the semiconductor wafer W are brought into contact with each other. Here, when performing the above alignment using a conventional apparatus, if the position of the semiconductor wafer W is overestimated and is aligned with the position Z2 shown in FIG. However, the surface of the semiconductor wafer W is not contacted and the resistivity of the semiconductor wafer W cannot be measured. Further, mercury may leak out from the front end surface 25 of the mercury probe 2. Furthermore, if the position of the semiconductor wafer W is overestimated and is adjusted to the position Z3 shown in FIG. 5C, the tip surface 25 of the mercury probe 2 and the surface of the semiconductor wafer W come into contact with each other, but the semiconductor is accurately used. In addition to the inability to measure the resistivity of the wafer W, a very strong force is applied from the mercury probe 2 to the surface of the semiconductor wafer W, which may damage the surface of the semiconductor wafer W. On the other hand, if the semiconductor evaluation apparatus 1 of this embodiment is used, the resistivity of the semiconductor wafer W can be accurately measured if the probe support 3 is moved to the range of ΔZ shown in FIG. Can do. When the range of ΔZ is narrow, by increasing the angle φ formed by the surface from the upper end of the middle abdominal portion 212 to Z1 of the probe body 21 and the surface from the lower end of the middle abdominal portion 212 to Z1, ΔZ The range can be expanded.

また、上述の通り、プローブ本体２１の中腹部２１２は、中腹部２１２の上端から下端までの間の所定の位置Ｚ１までテーパー状に縮径している。その結果、図５に示すような水銀プローブ２の下降の際に、掛止部２１１の下端面と支持部３１の上端面とが離れると、開口部３２の上面の一部が開放されるため、水銀プローブ２は半導体ウェーハＷの表面に従って傾くことができる。即ち、水銀プローブ２は、プローブ本体２１が開口部３２の上面の開口縁又は開口部３２の内側面に支持されることで傾く。又は、水銀プローブ２が半導体ウェーハＷの表面に自立することで傾く。その結果、接触前に水銀プローブ２の先端面２５と半導体ウェーハＷの表面とが平行でない場合には、図７（Ｂ）に示すように、水銀プローブ２の先端面２５に位置する水銀電極２２と半導体ウェーハＷとの接触面積がＳ１になるように水銀プローブ２が半導体ウェーハＷの表面の傾斜θに従って傾く。なお、接触前に水銀プローブ２の先端面２５と半導体ウェーハＷの表面とが平行な場合には、図７（Ａ）に示すように、水銀プローブ２は、半導体ウェーハＷの表面と接触面積Ｓ１で接触する。 Further, as described above, the middle part 212 of the probe main body 21 is tapered to a predetermined position Z1 between the upper end and the lower end of the middle part 212. As a result, when the mercury probe 2 as shown in FIG. 5 is lowered, if the lower end surface of the latching portion 211 and the upper end surface of the support portion 31 are separated, a part of the upper surface of the opening portion 32 is opened. The mercury probe 2 can be tilted according to the surface of the semiconductor wafer W. That is, the mercury probe 2 is tilted when the probe body 21 is supported on the opening edge of the upper surface of the opening 32 or the inner surface of the opening 32. Alternatively, the mercury probe 2 is tilted by standing on the surface of the semiconductor wafer W. As a result, when the front end surface 25 of the mercury probe 2 and the surface of the semiconductor wafer W are not parallel before contact, the mercury electrode 22 located on the front end surface 25 of the mercury probe 2 as shown in FIG. The mercury probe 2 is inclined according to the inclination θ of the surface of the semiconductor wafer W so that the contact area between the semiconductor wafer W and the semiconductor wafer W becomes S1. In addition, when the front end surface 25 of the mercury probe 2 and the surface of the semiconductor wafer W are parallel before contact, the mercury probe 2 is in contact with the surface of the semiconductor wafer W and the contact area S1 as shown in FIG. Contact with.

従来の装置では、図７（Ｂ）に示すような水銀プローブ２の先端面２５と半導体ウェーハＷの表面とが平行でない場合、図７（Ｃ）のように水銀電極２２と半導体ウェーハＷの表面との接触面積はＳ２になる。このように、従来の装置を用いると、半導体ウェーハＷの表面の微小な傾斜により、水銀電極２２の先端と半導体ウェーハＷの表面との接触面積が変動する。半導体ウェーハＷの抵抗率の測定毎に水銀電極２２の先端と半導体ウェーハＷの表面との接触面積が異なると、正確に半導体ウェーハＷの抵抗率を測定することができない。本発明によれば、水銀プローブ２が半導体ウェーハＷの表面の傾斜に従って傾くことができるため、半導体ウェーハＷの抵抗率の測定毎に水銀プローブ２の先端面２５に位置する水銀電極２２と半導体ウェーハＷの表面との接触面積が変動しないので、正確に半導体ウェーハＷの抵抗率を測定することができる。 In the conventional apparatus, when the front end surface 25 of the mercury probe 2 and the surface of the semiconductor wafer W as shown in FIG. 7B are not parallel, the mercury electrode 22 and the surface of the semiconductor wafer W as shown in FIG. The contact area with is S2. As described above, when the conventional apparatus is used, the contact area between the tip of the mercury electrode 22 and the surface of the semiconductor wafer W varies due to a slight inclination of the surface of the semiconductor wafer W. If the contact area between the tip of the mercury electrode 22 and the surface of the semiconductor wafer W is different every time the resistivity of the semiconductor wafer W is measured, the resistivity of the semiconductor wafer W cannot be measured accurately. According to the present invention, since the mercury probe 2 can be inclined according to the inclination of the surface of the semiconductor wafer W, the mercury electrode 22 and the semiconductor wafer located on the front end surface 25 of the mercury probe 2 each time the resistivity of the semiconductor wafer W is measured. Since the contact area with the surface of W does not fluctuate, the resistivity of the semiconductor wafer W can be accurately measured.

以上、本発明の半導体評価装置１について説明したが、本発明は前述した実施形態に制限されるものではない。図８は、図４に示す形態とは別形態のプローブ支持具を示す平面図である。図９は、図３に示す形態とは別形態の水銀プローブを示す側面図である。図１０は、図２に示す形態とは別形態の水銀プローブ及びプローブ支持具を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）はプローブ本体の底面図である。図１１は、図１０に示す形態とは別形態の水銀プローブを示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）はプローブ本体の底面図である。
例えば、図８に示すように、プローブ支持具３の開口部３２は、環状になっておらず、その一部が開放されていてもよい。 Although the semiconductor evaluation apparatus 1 of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment. FIG. 8 is a plan view showing a probe support in a form different from that shown in FIG. FIG. 9 is a side view showing a mercury probe of a form different from that shown in FIG. 10A and 10B are diagrams showing a mercury probe and a probe support in another form different from the form shown in FIG. 2, wherein FIG. 10A is a side view, and FIG. 10B is a bottom view of the probe body. FIGS. 11A and 11B are diagrams showing a mercury probe having a form different from that shown in FIG. 10, in which FIG. 11A is a side view and FIG. 11B is a bottom view of the probe main body.
For example, as shown in FIG. 8, the opening 32 of the probe support 3 is not annular, and a part thereof may be open.

また、図９に示すように、水銀プローブ２には、さらに載置部２７を設けてもよい。載置部２７は、水銀プローブ２を半導体ウェーハＷの表面に自立させやすくするための部位である。載置部２７は、プローブ本体２１の先端部２１３の側面を包囲するように設けられる。載置部２７の下端面は円環状であり、先端部２１３の下端面と同一面上に位置する。載置部２７の外径は、先端部２１３の下端部の半径よりも大きくなる。その結果、水銀プローブ２と半導体ウェーハＷの表面との接触面積が大きくなり、水銀プローブ２は、半導体ウェーハＷの表面に自立しやすくなる。また、載置部２７を設けることで、水銀プローブ２の重心が−Ｚ方向に変位するため、水銀プローブ２は、半導体ウェーハＷの表面に自立しやすくなる。 Further, as shown in FIG. 9, the mercury probe 2 may further be provided with a placement portion 27. The placement unit 27 is a part for making the mercury probe 2 easy to stand on the surface of the semiconductor wafer W. The mounting portion 27 is provided so as to surround the side surface of the distal end portion 213 of the probe main body 21. The lower end surface of the mounting portion 27 has an annular shape and is located on the same plane as the lower end surface of the distal end portion 213. The outer diameter of the mounting portion 27 is larger than the radius of the lower end portion of the tip portion 213. As a result, the contact area between the mercury probe 2 and the surface of the semiconductor wafer W is increased, and the mercury probe 2 can easily stand on the surface of the semiconductor wafer W. Further, by providing the mounting portion 27, the center of gravity of the mercury probe 2 is displaced in the −Z direction, so that the mercury probe 2 can easily stand on the surface of the semiconductor wafer W.

また、図１０に示すように、プローブ本体２１の中腹部２１２は、円柱状であってもよい。そして、図１０に示すように、支持部３１の上端面に突起部３３を設け、掛止部２１１の下端の掛止面２１１Ａに突起部３３を挿入可能な挿入凹部２１１Ｂを設けてもよい。 Moreover, as shown in FIG. 10, the middle part 212 of the probe main body 21 may be cylindrical. Then, as shown in FIG. 10, the protrusion 33 may be provided on the upper end surface of the support portion 31, and the insertion recess 211 B into which the protrusion 33 can be inserted may be provided on the hook surface 211 A of the lower end of the hook portion 211.

詳述すると、突起部３３は、支持部３１の上端面に設けられており、底面の半径がＲ４の円錐状である。挿入凹部２１１Ｂは、底面の半径がＲ４の円錐状の凹部である。その理由は、プローブ本体２１がプローブ支持具３に支持された状態で、突起部３３を挿入凹部２１１Ｂに挿入可能にするためである。プローブ本体２１がプローブ支持具３に支持された状態において、突起部３３は、挿入凹部２１１Ｂに挿入される。このため、プローブ本体２１がプローブ支持具３に支持された状態で、プローブ本体２１が、半導体ウェーハＷの表面に対して平行な方向（ＸＹ平面の面方向）に移動することを抑えることができる。さらに、プローブ本体２１がプローブ支持具３に支持された状態で、プローブ本体２１が、ＸＹ平面状を回転移動することも抑えることができる。 More specifically, the protrusion 33 is provided on the upper end surface of the support portion 31 and has a conical shape with a bottom surface radius of R4. The insertion recess 211B is a conical recess with a bottom surface radius of R4. The reason is that the protrusion 33 can be inserted into the insertion recess 211 B while the probe main body 21 is supported by the probe support 3. In a state where the probe main body 21 is supported by the probe support 3, the protrusion 33 is inserted into the insertion recess 211 B. For this reason, it is possible to prevent the probe body 21 from moving in a direction parallel to the surface of the semiconductor wafer W (the plane direction of the XY plane) in a state where the probe body 21 is supported by the probe support 3. . Furthermore, it is possible to prevent the probe body 21 from rotating and moving on the XY plane while the probe body 21 is supported by the probe support 3.

なお、突起部３３の形状は、特に限定されないが、円錐状であることが好ましい。円錐の傾斜する角度αは、４５から７０°が好ましい。また、突起部３３の数は、特に限定されないが、２以上であることが好ましい。プローブ支持具３に支持された状態でのプローブ本体２１の動きを抑制しやすいからである。また、挿入凹部２１１Ｂは、図１１に示すように、円周状に溝を切るようにして設けてもよい。挿入凹部２１１Ｂを円周状に溝を切るようにして設けることで、突起部３３と挿入凹部２１１Ｂの位置合わせが容易になる。 The shape of the protrusion 33 is not particularly limited, but is preferably conical. The inclination angle α of the cone is preferably 45 to 70 °. Further, the number of the protrusions 33 is not particularly limited, but is preferably 2 or more. This is because the movement of the probe main body 21 in a state supported by the probe support 3 is easily suppressed. Further, as shown in FIG. 11, the insertion recess 211B may be provided so as to cut a groove in a circumferential shape. By providing the insertion recess 211B so as to cut a groove in a circumferential shape, the alignment of the projection 33 and the insertion recess 211B is facilitated.

本実施形態の半導体評価装置の構成を示す模式図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は斜視図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the semiconductor evaluation apparatus of this embodiment, (A) is a side view, (B) is a perspective view. プローブ支持具に、水銀プローブが支持された状態を示す部分拡大側面図である。It is a partial expanded side view which shows the state by which the mercury probe was supported by the probe support tool. （Ａ）は水銀プローブを示す側面図である。（Ｂ）は水銀プローブを示す底面図である。(A) is a side view showing a mercury probe. (B) is a bottom view showing a mercury probe. プローブ支持具を示す模式図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図である。It is a schematic diagram which shows a probe support, (A) is a side view, (B) is a top view. （Ａ）から（Ｃ）は、水銀プローブの移動を順次示す側面図である。(A) to (C) are side views sequentially showing the movement of the mercury probe. 水銀電極と半導体ウェーハの表面との接触面積の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the contact area of a mercury electrode and the surface of a semiconductor wafer. （Ａ）から（Ｃ）は、それぞれ水銀プローブの先端と半導体ウェーハの表面との接触部分を示す図である。(A) to (C) are diagrams showing contact portions between the tip of the mercury probe and the surface of the semiconductor wafer, respectively. 図４に示す形態とは別形態のプローブ支持具を示す平面図である。It is a top view which shows the probe support tool of a form different from the form shown in FIG. 図３に示す形態とは別形態の水銀プローブを示す側面図である。It is a side view which shows the mercury probe of another form from the form shown in FIG. 図２に示す形態とは別形態の水銀プローブ及びプローブ支持具を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）プローブ本体の底面図である。It is a figure which shows the mercury probe and probe support tool of a form different from the form shown in FIG. 2, (A) is a side view, (B) It is a bottom view of a probe main body. 図１０に示す形態とは別形態の水銀プローブを示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）はプローブ本体の底面図である。It is a figure which shows the mercury probe of the form different from the form shown in FIG. 10, (A) is a side view, (B) is a bottom view of a probe main body.

Explanation of symbols

１半導体評価装置
２水銀プローブ
２１プローブ本体
２１１掛止部
２１２中腹部
２１３先端部
３プローブ支持具
３１支持部
４電極
５第一配線
６第二配線
７抵抗率測定部
８ステージ
９気圧調整部
Ｗ半導体ウェーハ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor evaluation apparatus 2 Mercury probe 21 Probe main body 211 Latching part 212 Middle part 213 Tip part 3 Probe support tool 31 Support part 4 Electrode 5 1st wiring 6 2nd wiring 7 Resistivity measurement part 8 Stage 9 Atmospheric pressure adjustment part W Semiconductor Wafer

Claims

A semiconductor evaluation apparatus for contacting the surface of a semiconductor wafer with a mercury probe and evaluating the electrical characteristics of the semiconductor wafer,
The said mercury probe is a semiconductor evaluation apparatus comprised so that it could be mounted in the surface of the said semiconductor wafer in the state which can move freely in the direction perpendicular | vertical to the surface of the said semiconductor wafer.

The semiconductor evaluation apparatus according to claim 1, wherein the mercury probe is restrained from moving in a direction parallel to the surface of the semiconductor wafer.

The semiconductor evaluation apparatus according to claim 1, wherein the mercury probe is allowed to tilt according to a tilt of a surface of the semiconductor wafer.

A probe support having a support part for supporting the mercury probe from below;
The mercury probe includes a latching portion that is latched on the support portion from below.
4. The semiconductor evaluation device according to claim 1, wherein a tip of the mercury probe is positioned below the support part in a state where the hook part is hooked on the support part from below. 5.

The semiconductor evaluation apparatus according to claim 1, wherein the semiconductor wafer is an epitaxial wafer having an epitaxial layer formed on a surface thereof.