JP2816709B2 - 低温用プローバ - Google Patents

低温用プローバ

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JP2816709B2 JP14909289A JP14909289A JP2816709B2 JP 2816709 B2 JP2816709 B2 JP 2816709B2 JP 14909289 A JP14909289 A JP 14909289A JP 14909289 A JP14909289 A JP 14909289A JP 2816709 B2 JP2816709 B2 JP 2816709B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、低温用プローバに関し、例えばDLTS(De
ep Level Transient Spectroscopy)法をはじめとする
半導体材料・素子特性の評価に用いられるものに利用し
て有効な技術に関するものである。
〔従来の技術〕
低温用プローバに関しては、例えば特公昭62−58660
号公報、及び実公昭63−39656号公報がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の低温用プローバでは、試料に対してマニュピレ
ータを用いてプローブを接触させるものである。この構
成では、真空チャンバーに取り付けられるマニュピレー
タの数には限りがあり、多数の測定個所を持つ半導体材
料や素子の特性評価を行うことができないという問題が
ある。
また、複数からなるプローブの先端をマニュピレータ
を操作して針り合わせを行うものであるため多ピンの試
料に対する作業性が悪いという問題を有する。
なお、通常の半導体ウェハプローバと同様に固定プロ
ーブボードを用いることが考えられる。しかしながら、
この構成では、真空チャンバー内に温度制御される試料
台をX/Y、θ及びZ方向に高精度に移動させるステージ
機構を設ける必要があり、機構が複雑になるとともに装
置が大型化してしまうという問題を有する。
この発明は、簡単な構成で多数のプローブ針による測
定を実現した低温用プローバを提供することにある。
この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴
は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるで
あろう。
〔課題を解決するための手段〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記の通りである。すなわち、
真空チャンバー中にX又はY方向に移動可能に取り付け
られた円筒を設け、この円筒の真空チャンバー内に対応
した先端に回転軸とスライド軸を介してガイドリング及
びこのガイドリングの内側にはボードアダプタを回転可
能に取り付けるとともに、上記ボードアダプタに設けら
れるプローブボードに対応して測定すべき試料を低温状
態にする試料台を設ける。
〔作 用〕
上記した手段によれば、円筒とその先端に設けられた
ガイドリング及びボードアダプタの制御により多数のプ
ローブ針が取り付けられたプローブボードの位置制御が
行えるから、簡単な構成により多数の電極を用いた低温
測定が可能になる。
〔実施例〕
第1図には、この発明に係る低温用プローバの要部一
実施例の上面断面図が示され、第2図にはそれに対応し
た正面断面図が示されている。
真空チャンバー1は、ベース23に取り付けられてい
る。上記チャンバー1に設けられたフランジ18には、3
本からなるOリング19によって円筒26が、X方向に移動
可能に取り付けられる。
円筒26の真空チャンバー内の先端には、Y方向の移動
のための回転軸30とZ方向移動のためのスライド軸9を
介して、ガイドリング7が設けられる。ガイドリング7
には、円形のボードアダプタ5をガイドローラ6によっ
て回転可能に取り付けられるリング部分を持つ。
ボードアダプタ5には、測定すべき試料の電極に対応
して固定的に取り付けられた複数からなるプローブ針を
持つプローブボードが設けられる。このプローブボード
4は、半導体ウェハプローバに広く用いられいてる公知
のプローブボードと同様に構成される。すなわち、プロ
ーブ針の先端部に対応した個所に開口が設けられ、上面
側からプローブ針の先端部の観察が可能にされる。
上記円筒26は、真空チャンバー1内が真空にさると大
気圧により、内部に引き込まれるような大きな力が作用
する。それ故、図示しないが、ベース23に対して上記大
気による発生する力を相殺させるように円筒26の全体を
大気側に引っ張バネ等が設けられる。これにより、チャ
ンバー1の内部が真空にされても、円筒26がチャンバー
1の内部に引き込まれることが防止できる。すなわち、
円筒26の大気側の先端には、マイクロヘッドマウント27
が設けられる。このマイクロヘッドマウント27の底部に
は、軸受28と軸25によってピニオン24が設けられてい
る。ベース23の上には、ラック22が設けられており、ハ
ンドル21を回転させることにより、比較的小さな力で安
定して円筒26をX方向に移動させることができる。
上記のマイクロヘッドマウント27に取り付けられたY
軸マイクロヘッド15を回転させることにより、円筒用フ
ランジ29にOリング20を介して支えられるリンク軸14及
び13が設けられる。リンク軸14と13、Y軸マイクロヘッ
ド15の回転に対応してX方向に移動する。厳密には、リ
ンク軸13は、上記X方向の力を回転力に変換する。すな
わち、リンク軸13は、ガイドリング7を回転軸30を支点
としてY軸方向に大きな首振り運動をさせる。上記ガイ
ドリング7の首振り運動に対応して、それに取り付けら
れるプローブボード4も、Y軸方向に大きな首振り運動
を行うことになる。このようなガイドリング7を首振り
運動(回転運転)させたとき、1つのプローブ針の先端
は、Y軸方向の他X軸方向に微小移動するとともにθ方
向に回転する。上記X軸方向への微小なずれは、上記X
軸方向の移動制御によって補正される。そして、上記θ
方向の回転を補正するために、θ軸ハンドル17は、ボー
ドアダプタ5の円周上の上面に接しているθコロ8とフ
レキシブルシャフト16によって結合されており、θ軸ハ
ンドル17を回転させることによってθコロ8を回転さ
せ、摩擦コロ運動を利用してガイドリング7に設けられ
たガイドローラ6によって回転自在に取り付けられたボ
ードアダプタ5の回転制御を行う。これにより、上記の
ような首振り運動に伴うθ補正を行うことができる。な
お、このθ軸制御機構は、半導体ウェハのX又はY軸
と、プローブボード4に取り付けられた複数からなるプ
ローブ針の先端におけるX又はY軸とを一致させるとき
にも用いられる。
この実施例では、上記プローブボード4を上下にスラ
イドさせるため、言い換えるならば、上記プローブ針の
先端を所定の位置に位置合わせするときには、半導体ウ
ェハ3の表面からプローブ針の先端が離れた状態とし、
測定を行うときにはプローブ針を接触させるためにZ軸
制御機構が設けられる。
マイクロヘッドマウント27の上部に、Z軸マイクロヘ
ッド12が取り付けられる。このZ軸マイクロヘッド12を
回転させると、支点10及び10′をもつリンク軸11は、そ
の先端29をZ軸(上下)方向に作動させる。これによっ
て、ガイドリング7は、スライド軸9上をZ方向に上下
運動を行うものとなる。
なお、チャックトップ2は、特に制限されないが、前
記特公昭62−58660号公報等と同様に、別の真空チャン
バー内に設けられた低温熱源と熱スイッチを介して接続
されることにより、所望の低温度にされる。なお、上記
チャックトップ2等が設けられる真空チャンバーを大気
に戻したとき、露結が生じないようにするため、あるい
は試料である半導体ウェハを所望の勾配を持って温度を
変化させるようにするため、ヒーターが設けられてい
る。上記試料の測定及び温度設定動作は、上記公報等に
より公知であるのでその詳細な説明を省略する。
この実施例では、上記のように1つの真空チャンバー
に対して、円筒からなるX方向(又はこれをY方向と定
義するものであってもよい)の移動機構の先端部に、円
形のガイドリング7を設けてそれを首振り運動させて、
首振り運動に伴うX方向のずれと、θ方向のずれを補正
することによりY方向(X方向と定義してもよい)移動
を行わせる。そして、ガイドリング全体を上下にスライ
ドさせることによりZ方向の移動も可能にしている。こ
れにより、従来は、1つのプローブ針に対して設けられ
ていた1組からなるマイクロヘッドマウントを用いて複
数からなるプローブ針が固定的に取り付けられているプ
ローブボード4を任意に制御可能になる。これにより、
簡単な構成で多数からなる測定個所を持つ半導体ウェハ
や素子の特性評価を実現できる。
また、上記のように1組からなるマイクロヘッドマウ
ントしか用いないから、真空チャンバー1に対して他の
個所には、1つのプローブ針の位置制御を行うマイクロ
ヘッドを儲けるようにしてもよい。例えば、高周波数測
定用に同軸ケーブルを利用した同軸プローブ針等を取り
付けることができる。これにより、比較的低い周波数の
信号測定には、上記フローブボードを用い、高周波数の
測定には上記同軸プローブ等を用いるようにすることが
できる。
上記の実施例から得られに作用効果は、下記の通りで
ある。すなわち、 (1)真空チャンバー中にX方向に移動可能に取り付け
られた円筒を設け、この円筒の真空チャンバー内に対応
した先端に回転軸とスライド軸を介してガイドリング及
びこのガイドリングの内側にはボードアダプタを回転可
能に取り付けるとともに、上記ボードアダプタに設けら
れるプローブボードに対応して測定すべき試料を低温状
態にする試料台を設ける。この構成では、円筒に対応し
て設けられていた1組からなるマイクロヘッドマウント
を用いて複数からなるプローブ針が固定的に取り付けら
れているプローブボード4を任意に制御可能になるとい
う効果が得られる。
(2)上記(1)により、多数からなるプローブ針の針
り合わせを1組のマイクロヘッドの操作により同時に行
えるから、位置合わせ作業を短時間に行うことができる
という効果が得られる。
(3)プローブボード全体をZ方向に移動させて試料に
対して接触させるものであるため、各プローブ針の針圧
を一定にでき、高信頼性の測定結果を得ることができる
という効果が得られる。
(4)真空チャンバー中にX方向に移動可能に取り付け
られた円筒を設け、この円筒の真空チャンバー内に対応
した先端に回転軸とスライド軸を介してガイドリング及
びこのガイドリングの内側にはボードアダプタを回転可
能に取り付けることにより、真空チャンバーの他の個所
に独立して位置制御が可能なプローブ針を設けることが
できる。これにより、多様な測定を行うことができると
いう効果が得られる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更
可能であることはいうまでもない。例えば、チャックト
ップの温度を所望の低温度に設定したり、所望の温度勾
配を持って変化させる手段は、前記別の真空チャンバー
に設けられた低温熱源や熱スイッチは、種々の実施形態
を採ることができる。また、これらの構成に代えて他の
適当な手段によって試料を所望の温度に設定するもので
あってもよい。また、Z方向の移動は、チャックトップ
(試料)側をZ方向に移動可能とする構成としてもよ
い。このような構成を採ることにより、マイクロヘッド
によるZ方向の移動が省略でき機械的機構の簡素化が可
能になる。
この発明、低温用プローバとして広く利用することが
できる。
〔発明の効果〕
本願において開示される発明のうち代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りであ
る。すなわち、真空チャンバー中にX方向に移動可能に
取り付けられた円筒を設け、この円筒の真空チャンバー
内に対応した先端に回転軸とスライド軸を介してガイド
リング及びこのガイドリングの内側にはボードアダプタ
を回転可能に取り付けるとともに、上記ボードアダプタ
に設けられるプローブボードに対応して測定すべき試料
を低温状態にする試料台を設ける。この構成では、円筒
に対応して設けられていた1組からなるマイクロヘッド
マウントを用いて複数からなるプローブ針が固定的に取
り付けられているプローブボード4を任意に制御可能に
なる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明に係る低温用プローバの要部一実施
例を示す上面断面図、 第2図は、そのそれに対応した正面断面図である。 1……真空チャンバー、2……チャックトップ、3……
半導体ウェハ、4……プローブボード、5……ボードア
ダプタ、6……ガイドローラー、7……ガイドリング、
8……θコロ、9……スライド軸、10,10′……支点、1
2……Z軸マイクロヘッド、13,14……リンク軸、15……
Y軸マイクロヘッド、16……フレキシブルシャフト、17
……θ軸ハンドル、18……フランジ、19,20……Oリン
グ、21……X軸ハンドル、22……ラック、23……ベー
ス、24……ピニオン、25……軸、26……円筒、27……マ
イクロヘッドマウント、28……軸受、29……リンク軸先
端、30……回転軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01R 31/26 H01L 21/66

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空チャンバー中にX又はY方向に移動可
    能に取り付けられた円筒と、この円筒の真空チャンバー
    内に対応した先端に回転軸とスライド軸を介して設けら
    れたガイドリングと、このガイドリングの内側には回転
    可能に取り付けられたボードアダプタと、上記ボードア
    ダプタに対応して測定すべき試料を低温状態にする試料
    台とを含むことを特徴とする低温用プローバ。
  2. 【請求項2】上記試料台は、別の真空チャンバー内に設
    けられた低温熱源と熱スイッチを介して熱的に接続され
    るとともにヒーターが内蔵されるものであることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の低温用プローバ。
  3. 【請求項3】上記円筒内部には、上記ボードアダプタ及
    びガイドリングの位置制御を行う機械的機構が設けられ
    るものであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の低温用プローバ。
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