JP2012009618A - 抵抗率測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】４探針プローブの移動及び移動速度を容易に制御することが可能な抵抗率測定装置を提供する。
【解決手段】 試料が載置される測定ステージと、４探針プローブと、回転軸を有するモーターと、前記モーターの前記回転軸に連結された偏心カムと、前記４探針プローブを保持するとともに、前記偏心カムの回転に従動して前記４探針プローブを前記測定ステージに対して接近する側及び離間する側にそれぞれ移動させる保持体と、前記モーターの回転及び回転速度により前記４探針プローブの移動及び移動速度を制御する制御部と、を備えた抵抗率測定装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造装置に用いられる半導体ウェーハ抵抗率測定装置に関し、特に、４探針法による抵抗率測定装置に関するものである。

半導体ウェーハの抵抗率測定装置は、シリコンウェーハの抵抗率、ウェーハ表面に形成したエピタキシャル成長膜の抵抗率、及び、表面から不純物を拡散または注入した場合の拡散層又は注入層のシート抵抗及び表面に生成した金属膜のシート抵抗などを測定する装置であり、測定結果は各半導体製造装置のプロセス条件へフィードバックされ、半導体デバイスの品質を均一に保つための重要な測定装置の一つである。

例えば、特許文献１によれば、４探針抵抗率測定装置において試料の測定に必要な電圧値を実現するために、試料に供給すべき電流の電流値を決定する測定電流値決定方法及び４探針抵抗率測定装置が開示されている。より具体的には、４探針抵抗率測定において試料の電気抵抗を測定する際に、特定電圧値により測定するために試料に供給すべき電流値を決定する測定電流値決定方法であって、試料の測定結果である２組の電流値と電圧値を取得し、２組の電流値と電圧値の座標を結ぶ直線式、ｙ＝ａｘ＋ｂを求め、特定電圧値をこの直線式のｘに代入することで電流値ｙを計算し、計算で求めた電流値ｙを試料に供給して電圧値を測定し、測定された電圧値が特定電圧値の許容範囲に含まれるとき測定された電圧値に対応した電流値を試料の測定に使用する電流値と決定することが開示されている。

特開２０１０−３８６９９号公報

しかしながら、この特許文献１には、４探針プローブを移動させるための具体的な構成は開示されていない。このため、４探針プローブの移動及び移動速度を安定して、且つ、きめ細やかに制御することが難しいという問題がある。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、４探針プローブの移動及び移動速度を容易に制御することが可能な抵抗率測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明の１つの観点は、以下のような構成要素を備えている。すなわち、抵抗率測定装置は、試料が載置される測定ステージと、４探針プローブと、回転軸を有するモーターと、前記モーターの前記回転軸に連結された偏心カムと、前記４探針プローブを保持するとともに、前記偏心カムの回転に従動して前記４探針プローブを前記測定ステージに対して接近する側及び離間する側にそれぞれ移動させる保持体と、前記モーターの回転及び回転速度により前記４探針プローブの移動及び移動速度を制御する制御部と、を備えている。

この発明の１つの観点によれば、モーターの回転軸に連結された偏心カムが回転することにより、４探針プローブを保持する保持体が従動する。このとき、保持体に保持された４探針プローブは、偏心カムの回転に伴い測定ステージに接近する側へ移動したり測定ステージから離間する側へ移動したりする。このような４探針プローブの移動速度は、偏心カムの回転速度、すなわち、モーターの回転速度によって制御される。これにより、４探針プローブの移動及び移動速度を容易に制御することが可能な抵抗率測定装置を提供することができる。

図１は、本実施形態における抵抗率測定装置の一例を概略的に示す図である。 図２は、図１に示した抵抗率測定装置を構成する上下駆動部の一例を概略的に示す側面図である。 図３は、図１に示した抵抗率測定装置を構成する上下駆動部の一例を概略的に示す正面図である。 図４は、本実施形態における抵抗率測定装置の一例を概略的に示す上面図である。

以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態について説明する。本実施形態においては、抵抗率測定装置の一例として、半導体ウェーハの抵抗率を測定する４探針抵抗率測定装置について説明する。

図１は、本実施形態における抵抗率測定装置１の一例を概略的に示す図である。

すなわち、抵抗率測定装置１は、装置全体の動作を制御する制御部１１と、半導体ウェーハ等の試料Ｗが載置される測定ステージ１２と、試料Ｗの抵抗率を測定するために試料Ｗに測定電流を供給して電圧を測定する４探針プローブ１３と、４探針プローブ１３を上下方向に移動させるための上下駆動部１４と、を備えている。上下駆動部１４は、制御部１１に接続されている。制御部１１は、上下駆動部１４を制御して、４探針プローブ１３の移動及び移動速度を制御する。

なお、ここでの上下方向とは、４探針プローブ１３が測定ステージ１２と向かい合って配置された際に、測定ステージ１２に対して接近する方向及び離間する方向である。つまり、４探針プローブ１３の上方向への移動とは測定ステージ１２から離間する側への移動に相当し、４探針プローブ１３の下方向への移動とは測定ステージ１２に近接する側への移動に相当する。

また、抵抗率測定装置１は、測定ステージ１２を回転させる回転駆動部１５と、測定ステージ１２及び回転駆動部１５を前後方向に移動させるための前後駆動部１６と、を備えている。これらの回転駆動部１５及び前後駆動部１６は、制御部１１に接続されている。制御部１１は、前後駆動部１６を制御して、測定ステージ１２が延在する面内の一方向に沿って測定ステージ１２を移動させ、４探針プローブ１３に対する測定ステージ１２の上の試料Ｗの測定位置を制御する。同様に、制御部１１は、回転駆動部１５を制御して、測定ステージ１２が延在する面内で測定ステージ１２を回転させ、４探針プローブ１３に対する測定ステージ１２の上の試料Ｗの測定位置を制御する。

抵抗率測定装置１は、さらに、４探針プローブ１３に定電流を供給する定電流発生部１７と、４探針プローブ１３から測定電圧を受け取る電圧測定部１８と、ユーザの操作に応じて操作信号を制御部１１に供給する操作部１９と、測定結果や操作情報を画面に表示する表示部２０と、を備えている。これらの定電流発生部１７、電圧測定部１８、操作部１９、及び、表示部２０は、制御部１１に接続されている。特に、操作部１９は４探針プローブ１３の移動及び移動速度の指定を受け付け、また、表示部２０は４探針プローブ１３の移動及び移動速度を指定するための画面を表示する。

このような構成の抵抗率測定装置１は、半導体ウェーハ等の測定に用いられる４探針抵抗率測定装置で求められるＪＩＳ Ｈ ０６０２−１９９５「シリコン単結晶及びシリコンウェーハの４探針法による抵抗率測定方法」の規格等において、測定電圧が一定の電圧となるように印加電流を調節して測定することが推奨されている。

図２及び図３は、図１に示した抵抗率測定装置１を構成する上下駆動部１４の一例を概略的に示す図であって、図２は上下駆動部１４の側面図であり、図３は上下駆動部１４の正面図である。

上下駆動部１４は、例えば、回転軸１４１Ａを有するモーター１４１と、モーター１４１の回転軸１４１Ａに連結された偏心カム１４２と、４探針プローブ１３を保持する保持体１４３と、を備えて構成されている。偏心カム１４２は、略円筒状に形成されている。保持体１４３は、偏心カム１４２から離脱しないようにガイドされている。保持体１４３は、偏心カム１４２が接触する接触面１４３Ａを有しており、偏心カム１４２は、この接触面１４３Ａで滑動する。

このような保持体１４３は、偏心カム１４２の回転に従動して、４探針プローブ１３を測定ステージ１２に対して接近する側及び離間する側にそれぞれ移動させる。すなわち、図３には、４探針プローブ１３が測定ステージ１２に接近する側に移動した状態が図示されているが、偏心カム１４２が矢印Ａの方向に（例えば、角度θ）回転することにより、保持体１４３を押し上げ、４探針プローブ１３が測定ステージ１２から離間する側に移動する。逆に、４探針プローブ１３が測定ステージ１２から離間する側に移動した状態では、偏心カム１４２が矢印Ｂの方向に回転することにより、保持体１４３に保持された４探針プローブ１３が測定ステージ１２に近接する側に移動する。

このように、偏心カム１４２の回転により４探針プローブ１３の移動を制御することが可能であり、また、偏心カム１４２の回転速度により４探針プローブ１３の移動速度を制御することが可能である。勿論、このような偏心カム１４２はモーター１４１と連動するため、制御部１１がモーター１４１の回転及び回転速度を制御することにより、４探針プローブ１３の移動及び移動速度を容易に制御することが可能である。

また、図３に示した例では、上下駆動部１４は、さらに、重り１４４を備えている。この重り１４４は、保持体１４３の上に置かれている。このような重り１４４は、試料Ｗに加重を加えるために用いられる。この重り１４４には、例えば、５０ｇ〜２００ｇまでのさまざまな種類のものがあり、精度良い測定を行うための最適な４探針プローブ１３の試料Ｗへの加重が得られるように好感して使用される。

図４は、本実施形態における抵抗率測定装置１の一例を概略的に示す上面図である。なお、図中の左側は待機位置に位置する測定ステージ１２の上に試料Ｗを載置した状態（待機状態）を示し、図中の右側は測定位置に位置する測定ステージ１２の上の試料Ｗの抵抗率を測定する状態（測定状態）を示している。

前後駆動部１６は、例えば、ボールネジ１６１と、ガイドレール１６２と、モーター１６３と、を備えて構成されている。モーター１６３は、図示しない制御部１１による制御に基づいて駆動される。このモーター１６３の駆動に伴いボールネジ１６１が回転することにより、測定ステージ１２が待機位置と測定位置との間で前後移動する。測定ステージ１２の移動量は、測定ステージ１２の直径をＤとしたとき、（Ｄ／２＋α）となる。このような測定ステージ１２の移動により、試料Ｗが４探針プローブ１３の直下に位置する。また、必要に応じて、回転駆動部１５が図示しない制御部１１による制御に基づいて駆動され、測定ステージ１２の上の試料Ｗが回転する。このように、測定位置の制御は、測定ステージ１２の前後の移動と回転によって行われる。

本実施形態では、上下駆動部１４として、４探針プローブ１３を上下方向に移動させるために偏心カム１４２を利用した構成について説明した。比較例として、上下駆動部１４として、偏心カムを利用するのに代えてエアーシリンダを利用した場合、エアーの圧力を手動で調整する機構のみのため、４探針プローブ１３の特に上下方向の移動速度を制御することが困難である。

これに対して、本実施形態のように、偏心カム１４２を利用した構成については、偏心カム１４２の回転速度つまり偏心カム１４２に連結されたモーター１４１の回転速度を制御することによって、４探針プローブ１３の移動の制御のみならず、４探針プローブ１３の移動速度を容易に制御することが可能となる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１…抵抗率測定装置
１１…制御部
１２…測定ステージ
１３…探針プローブ
１４…上下駆動部
１４１…モーター １４２…偏心カム １４３…保持体
１５…回転駆動部
１６…前後駆動部
１６１…ボールネジ １６２…ガイドレール １６３…モーター
１７…定電流発生部
１８…電圧測定部
１９…操作部
２０…表示部

Claims (1)

1. 試料が載置される測定ステージと、
   ４探針プローブと、
   回転軸を有するモーターと、
   前記モーターの前記回転軸に連結された偏心カムと、
   前記４探針プローブを保持するとともに、前記偏心カムの回転に従動して前記４探針プローブを前記測定ステージに対して接近する側及び離間する側にそれぞれ移動させる保持体と、
   前記モーターの回転及び回転速度により前記４探針プローブの移動及び移動速度を制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする抵抗率測定装置。

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