JP3295591B2 - Electric waveform measuring probe - Google Patents
Electric waveform measuring probeInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体素子の測定に利用
する。特に、微細な構造をもつ高速半導体電子回路を動
作させた状態で、その電気波形を高時間分解能かつ高空
間分解能で測定する装置の探針に関する。The present invention is used for measuring semiconductor devices. In particular, the present invention relates to a probe of an apparatus for measuring an electric waveform with high time resolution and high spatial resolution while operating a high-speed semiconductor electronic circuit having a fine structure.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年のエレクトロニクスの分野において
扱われる信号の周波数は250GHzにおよび、これら
の高速電気波形を観測する手段が技術の進歩に追いつか
ないというのが現在の高速電気波形測定技術の現状であ
る。さらに、素子の微細化が進み、時間分解能のみなら
ず、電気波形測定装置の空間分解能も現在の技術の進歩
に追いつかないのが現状である。2. Description of the Related Art In recent years, the frequency of signals handled in the field of electronics has reached 250 GHz, and the means for observing these high-speed electric waveforms cannot keep up with technological progress. is there. Furthermore, as the miniaturization of elements progresses, not only the time resolution but also the spatial resolution of the electric waveform measuring device cannot keep up with the current technological advances.
【0003】微小素子の高速動作状態など高速現象を観
測するには、従来からその代表的なものとして、サンプ
リング・オシロスコープが知られている。しかし、サン
プリングのための電気パルスの幅や測定系のもつ電気抵
抗と静電容量で決まる時定数によって測定可能な速度に
限界があり、時間分解能が制限されている。また、被測
定信号をケーブルあるいは導波路によって測定点から外
へ取り出すため、被測定信号を乱し、その信頼性にも問
題があった。In order to observe high-speed phenomena such as a high-speed operation state of a minute element, a sampling oscilloscope has been conventionally known as a typical one. However, the speed that can be measured is limited by the width of the electric pulse for sampling and the time constant determined by the electric resistance and capacitance of the measurement system, and the time resolution is limited. In addition, since the signal to be measured is taken out of the measuring point by a cable or a waveguide, the signal to be measured is disturbed, and there is a problem in its reliability.
【0004】このような問題を解決する技術として、光
学結晶の電気光学効果を利用したE−Oサンプリング法
が、近年になって研究されている(神谷武志、高橋亮、
「半導体レーザを光源とする電気光学サンプリング」、
応用物理第61巻第1号p30、1992)。レーザの
分野ではサブピコ秒領域の光パルスが比較的容易に得ら
れるようになってきたことから、このレーザパルスを電
気信号のサンプリングに用いようとするのが、光サンプ
リング法である。この方法により、従来の電子計測より
も高速で、しかも信号を外に引き出すことなく、測定し
たい点の電位を被測定回路に非接触で直接測定すること
が可能である。この方法は、サンプリング・オシロスコ
ープにおけるサンプリング用の電気パルスを光パルスに
置き換えたものといえる。しかし、このE−Oサンプリ
ング法は、信号の絶対値を測定することが困難であり、
さらに、プローブの位置を高い空間分解能で監視および
制御することについて実用上問題がある。As a technique for solving such a problem, an EO sampling method utilizing an electro-optic effect of an optical crystal has been recently studied (Takeshi Kamiya, Ryo Takahashi,
"Electro-optic sampling using a semiconductor laser as a light source",
Applied Physics Vol. 61, No. 1, p. 30, 1992). In the field of lasers, optical pulses in the sub-picosecond range have become relatively easy to obtain, and the optical sampling method attempts to use these laser pulses for sampling electrical signals. According to this method, it is possible to directly measure the potential at the point to be measured in a non-contact manner at a higher speed than in the conventional electronic measurement without drawing a signal outside. This method can be said to replace the electrical pulse for sampling in the sampling oscilloscope with the optical pulse. However, it is difficult for the EO sampling method to measure the absolute value of a signal.
Furthermore, there is a practical problem in monitoring and controlling the position of the probe with high spatial resolution.
【0005】測定したい点の電位を高空間分解能で直接
測定する他の方法としては、電子ビームテスタがある
(G.Plows "Electron-Beam Probing" Semiconductor an
d Semimetals Vol.28 (Measurement of High-Speed Sig
nals in Solid State Devices)Chap.6, p.336, Edited
by R.K.Willardson and Albert C.Beer, Academic Pres
s, 1990) 。電子ビームテスタは、ICの動作診断、解
析技術において、IC内部の電気信号を観測する有力な
手段である。しかし、時間分解能は低く、高速なトラン
ジスタを用いたICの測定には利用することができな
い。また、測定環境として高真空が要求されるという不
便さがある。Another method for directly measuring the potential at a point to be measured with high spatial resolution is an electron beam tester (G. Plows "Electron-Beam Probing" Semiconductor an).
d Semimetals Vol.28 (Measurement of High-Speed Sig
nals in Solid State Devices) Chap. 6, p. 336, Edited
by RKWillardson and Albert C. Beer, Academic Pres
s, 1990). An electron beam tester is a powerful means for observing an electric signal inside an IC in an operation diagnosis and analysis technique of the IC. However, the time resolution is low and cannot be used for measuring ICs using high-speed transistors. In addition, there is an inconvenience that a high vacuum is required as a measurement environment.
【0006】高時間分解能かつ高空間分解能で電気波形
を測定する技術として、走査型トンネル顕微鏡(ST
M)あるいは走査型原子間力顕微鏡(SFM)を利用し
たものも知られている(特開平7−35826号公
報)。STMやSFMは、高い空間分解能で被測定物の
表面形状を観察する装置であり、最近急速に発展普及し
ている。これらの装置は、原子レベルの超高空間分解能
で3次元的な画像を得ることができるため、半導体集積
回路等の表面形状の観察には非常に適している。このよ
うな装置の探針に光導電性スイッチを組み込み、光パル
スを照射することによってオン、オフする。これによ
り、STMあるいはSFMによるサブミクロンの空間分
解能と、光サンプリングによるサブピコ秒の時間分解能
とで、被測定物の任意の点の電気波形を測定することが
できる。As a technique for measuring an electric waveform with high time resolution and high spatial resolution, a scanning tunneling microscope (ST)
M) or those using a scanning atomic force microscope (SFM) are also known (Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-35826). STM and SFM are devices for observing the surface shape of an object to be measured with high spatial resolution, and have been rapidly developed and spread recently. Since these devices can obtain a three-dimensional image at an ultra-high spatial resolution at the atomic level, they are very suitable for observing the surface shape of a semiconductor integrated circuit or the like. A photoconductive switch is incorporated in the probe of such a device, and is turned on and off by irradiating a light pulse. This makes it possible to measure an electrical waveform at an arbitrary point on the device under test with a spatial resolution of submicron by STM or SFM and a temporal resolution of subpicosecond by optical sampling.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】STMあるいはSFM
を利用した電気波形測定装置では、測定探針として、被
測定物に近接させる先の尖った端子と、この端子と被測
定物との間の電流をサンプリングするために光照射によ
り導通状態となる光導電性スイッチをカンチレバー上に
形成したものを用いる。装置の性能向上のためには、端
子の先端が可能な限り鋭く、光導電性スイッチが可能な
限り端子の近傍に配置されることが重要である。また、
光導電性スイッチには、不要なキャリアが光励起される
ことのないような構造が要求される。SUMMARY OF THE INVENTION STM or SFM
In an electric waveform measuring apparatus using a device, a sharp probe as a measuring probe and a current flowing between the terminal and the device to be measured are brought into a conductive state by light irradiation in order to sample a current between the terminal and the device to be measured. A photoconductive switch formed on a cantilever is used. In order to improve the performance of the device, it is important that the tip of the terminal is as sharp as possible and that the photoconductive switch is located as close to the terminal as possible. Also,
Photoconductive switches are required to have a structure in which unnecessary carriers are not excited by light.
【0008】本発明は、光導電性スイッチでの不要なキ
ャリアの発生を抑制し、信頼性の高い測定が可能な電気
波形測定探針を提供することを目的とする。An object of the present invention is to provide an electric waveform measurement probe capable of suppressing generation of unnecessary carriers in a photoconductive switch and performing highly reliable measurement.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の電気波形測定探
針は、被測定物に近接させる先の尖った端子と、この端
子と被測定物との間の電流をサンプリングするために光
照射により導通状態となる光導電性スイッチと、端子お
よび光導電性スイッチを支持するカンチレバーとを備え
た電気波形測定探針において、光導電性スイッチの受光
部はカンチレバーの端子が設けられた側とは反対側の面
に形成され、この受光部の周囲に、不要なキャリアが光
励起されることを防止するための光反射膜または光吸収
膜が設けられたことを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION An electric waveform measuring probe according to the present invention has a pointed terminal which is brought close to an object to be measured, and a light irradiator for sampling a current between the terminal and the object to be measured. In the electric waveform measurement probe including a photoconductive switch that is brought into a conductive state by the method and a terminal and a cantilever that supports the photoconductive switch, the light receiving portion of the photoconductive switch is different from the side on which the terminal of the cantilever is provided. A light reflecting film or a light absorbing film for preventing unnecessary carriers from being photo-excited is provided around the light receiving portion, which is formed on the opposite surface.
【0010】本発明は特に、カンチレバーを光導電性材
料により形成してその一部を光導電性スイッチとした構
造の電気波形測定探針での利用に適する。カンチレバー
を光導電性材料により形成した構造は、探針上への光導
電性スイッチの形成を容易にし、同時に多数の探針を簡
単に製造することができ、安価で信頼性の高い探針を安
定に供給することが可能となる。しかし、このような構
造では、探針の構造体そのものが光導電性材料であるた
め、光学系あるいは探針そのものに何らかの位置変動が
あった場合には、光照射点が変動して不要なキャリアが
光励起され、測定精度に影響を及ぼす可能性がある。ま
た、光ビームのスポット・サイズが光導電性スイッチの
受光部分よりも大きい場合にも同様の影響を及ぼす可能
性がある。本発明によれば、このような不要キャリアの
光励起の可能性を削減することができる。The present invention is particularly suitable for use in an electric waveform measuring probe having a structure in which a cantilever is formed of a photoconductive material and a part thereof is formed as a photoconductive switch. The structure in which the cantilever is formed of a photoconductive material makes it easy to form a photoconductive switch on the probe, and at the same time can easily manufacture a large number of probes. It can be supplied stably. However, in such a structure, since the structure of the probe itself is a photoconductive material, if there is any positional change in the optical system or the probe itself, the light irradiation point fluctuates and an unnecessary carrier is changed. May be photoexcited and affect measurement accuracy. A similar effect can occur when the spot size of the light beam is larger than the light receiving portion of the photoconductive switch. According to the present invention, the possibility of photoexcitation of such unnecessary carriers can be reduced.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施形態を説明す
る図であり、電気波形測定探針(以下単に「探針」とい
う)の構造および利用方法を示す。この探針1は、ST
MあるいはSFMを利用した電気波形測定装置の探針ホ
ルダ2に取り付けられ、高速半導体電子回路などの被測
定物3の電気波形を測定するために用いられる。探針1
には、被測定物3に近接させる先の尖った端子11と、
この端子11と被測定物3との間の電流被測定物との間
の電流をサンプリングするために光照射により導通状態
となる光導電性スイッチ12と、端子11および光導電
性スイッチ12を支持するカンチレバー13とを備え
る。また、端子11からの信号を光導電性スイッチ12
を経由して電気波形測定装置に取り出すための電極14
を備える。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a view for explaining an embodiment of the present invention, and shows the structure and use of an electric waveform measuring probe (hereinafter simply referred to as "probe"). This probe 1
It is attached to the probe holder 2 of an electric waveform measuring device using M or SFM, and is used for measuring the electric waveform of the DUT 3 such as a high-speed semiconductor electronic circuit. Tip 1
Has a sharp terminal 11 to be brought close to the DUT 3;
A current between the terminal 11 and the device under test 3 A photoconductive switch 12 which is brought into a conductive state by light irradiation to sample a current between the device under test and the terminal 11 and the photoconductive switch 12 is supported. And a cantilever 13 to be used. The signal from the terminal 11 is transmitted to the photoconductive switch 12.
14 for taking out to the electric waveform measuring device via the
Is provided.
【0012】この探針1を用いた測定は、端子11を被
測定物3に接触あるいは原子間隔程度の微小距離隔てて
配置した状態で、光導電性スイッチ12に光パルスを照
射することにより行われる。すなわち、光パルスの照射
により、端子11と被測定物3との間に生じる電流をサ
ンプリングする。これにより、被測定物3の各点の電位
を求めることができ、被測定物3の動作状態あるいは電
界分布を求めることができる。The measurement using the probe 1 is performed by irradiating the photoconductive switch 12 with a light pulse while the terminal 11 is in contact with the object 3 to be measured or is arranged at a minute distance such as an atomic distance. Will be That is, the current generated between the terminal 11 and the DUT 3 by the light pulse irradiation is sampled. Thereby, the potential of each point of the DUT 3 can be obtained, and the operating state of the DUT 3 or the electric field distribution can be obtained.
【0013】照射する光パルスとしては、短パルスのレ
ーザ光を用いる。この光パルスの繰り返し周波数を被測
定物3の電気信号の周波数からわずかにずれた周波数に
設定し、このときに流れる電流を測定することにより、
サンプリングを行う。このとき、被測定物3の電気信号
が、光パルスの繰り返し周波数と電気信号の周波数との
差の周波数の信号、すなわちビート成分として、オシロ
スコープその他のよく知られた測定装置で測定される。
また、光パルスの繰り返し周波数を被測定物3の電気信
号の周波数に同期させ、照射する光パルスの光路長を変
化させてもよい。また、光パルスの繰り返し周波数を被
測定物3の電気信号の周波数に同期させ、電気信号の位
相を変化させても光パルスの光路長を変化させたのと同
様の効果が得られる。As the light pulse to be irradiated, a short pulse laser beam is used. By setting the repetition frequency of this light pulse to a frequency slightly shifted from the frequency of the electric signal of the device under test 3, and measuring the current flowing at this time,
Perform sampling. At this time, the electric signal of the device under test 3 is measured by an oscilloscope or other well-known measuring device as a signal having a difference frequency between the repetition frequency of the light pulse and the frequency of the electric signal, that is, a beat component.
Further, the repetition frequency of the light pulse may be synchronized with the frequency of the electric signal of the device under test 3 to change the optical path length of the light pulse to be irradiated. Further, even if the repetition frequency of the light pulse is synchronized with the frequency of the electric signal of the device under test 3 and the phase of the electric signal is changed, the same effect as changing the optical path length of the light pulse can be obtained.
【0014】端子11を被測定物3の表面に垂直に配置
する必要があるが、そのための制御は、STMあるいは
SFMとしての機能を利用する。すなわち、STMの機
能を利用して平均電流が一定となるフィードバック制御
を行うか、または、SFMの機能を利用して、カンチレ
バー13で反射された光ビームのスポット位置を検出し
てその位置が一定となるようにフィードバック制御を行
う。被測定物3の表面に垂直な方向の位置を保持したま
ま被測定物3の面内方向に端子11を走査することによ
り、通常のSTMやSFMと同様に、被測定物3の表面
形状をサブミクロンの空間分解能で観察することができ
る。It is necessary to arrange the terminal 11 perpendicularly to the surface of the device under test 3. Control for this purpose uses a function as STM or SFM. In other words, feedback control is performed so that the average current is constant using the STM function, or the spot position of the light beam reflected by the cantilever 13 is detected using the SFM function and the position is fixed. Feedback control is performed so that By scanning the terminal 11 in the in-plane direction of the DUT 3 while holding the position in the direction perpendicular to the surface of the DUT 3, the surface shape of the DUT 3 is changed in the same manner as a normal STM or SFM. It can be observed with a submicron spatial resolution.
【0015】このような探針を製造するには、端子11
の少なくとも一部、光導電性スイッチ12およびカンチ
レバー13を同一の材料により形成することがよい。す
なわち、カンチレバー13、端子11および光導電性ス
イッチ12のいずれとも異なる材料を基板とし、この基
板の一部に凸部または凹部を形成し、この凸部または凹
部を端子の鋳型として基板上に端子および光導電性スイ
ッチを含む構造を形成し、この構造がカンチレバーとし
て動作するように、基板の少なくとも一部を除去する。
したがって、光導電性スイッチ12は特別に形成される
ものではなく、信号を取り出すための電極14を形成し
たときに、その電極14と端子11との間の隙間の領域
が光導電性スイッチ12となる。光導電性スイッチ12
の受光部は、カンチレバー13の、端子11が設けられ
た側とは反対側の面に形成される。受光部の周囲には、
不要なキャリアが光励起されることを防止するための光
反射膜または光吸収膜が設けられる。To manufacture such a probe, the terminal 11
, The photoconductive switch 12 and the cantilever 13 are preferably formed of the same material. That is, a substrate different from any of the cantilever 13, the terminal 11, and the photoconductive switch 12 is used as a substrate, and a convex portion or a concave portion is formed on a part of the substrate. And a structure including a photoconductive switch, wherein at least a portion of the substrate is removed such that the structure operates as a cantilever.
Therefore, the photoconductive switch 12 is not specially formed, and when the electrode 14 for extracting a signal is formed, a region of a gap between the electrode 14 and the terminal 11 is formed with the photoconductive switch 12. Become. Photoconductive switch 12
Is formed on the surface of the cantilever 13 opposite to the side on which the terminal 11 is provided. Around the receiver,
A light reflecting film or a light absorbing film for preventing unnecessary carriers from being photo-excited is provided.
【0016】探針構造材自体に光導電性材料を使用する
ことで、探針上への光導電性スイッチ12の形成が容易
になる。基板として半導体材料を用い、凸部または凹部
の形成は異方性エッチングにより行うことがよい。特
に、基板としてSi基板を用い、このSi基板の(11
1)面により形成される構造を凸部または凹部とするこ
とがよい。このような構造を利用することで、鋭い端子
を形成することができる。また、半導体の異方性エッチ
ングにより半導体プロセス技術を応用することで、同時
に多数の探針を簡単に製造することができ、安価で信頼
性の高い探針を安定に供給することができる。The use of a photoconductive material for the probe structure itself facilitates the formation of the photoconductive switch 12 on the probe. It is preferable that a semiconductor material is used for the substrate, and the projections or depressions are formed by anisotropic etching. In particular, a Si substrate is used as a substrate, and (11)
1) The structure formed by the surface may be a projection or a depression. By using such a structure, a sharp terminal can be formed. Further, by applying the semiconductor process technology by anisotropic etching of the semiconductor, a large number of probes can be easily manufactured at the same time, and a low-cost and highly reliable probe can be stably supplied.
【0017】カンチレバー13、端子11および光導電
性スイッチ12の材料としては、Si等の IV族半導
体、GaAsなどのIII −V系半導体、ZnSeなどの
II−VI 系半導体などを用いることができ、基板として
Si基板を用いる場合にはIII−V系半導体あるいはII
−VI 系半導体を用いることがよい。特に、光導電性ス
イッチ12の応答を高速化するためには、GaAsを3
00℃以下の温度で成長させることがよい。通常の温度
で成長させたGaAsにイオン注入を行って格子欠陥や
不純物を導入することによっても、光導電性スイッチ1
2の応答を高速化することができる。The materials of the cantilever 13, the terminal 11, and the photoconductive switch 12 include an IV group semiconductor such as Si, a III-V semiconductor such as GaAs, and a ZnSe or the like.
II-VI based semiconductors and the like can be used. When a Si substrate is used as the substrate, III-V based semiconductors or II-VI based semiconductors can be used.
It is preferable to use a VI semiconductor. In particular, in order to speed up the response of the photoconductive switch 12, GaAs must be 3
It is preferable to grow at a temperature of 00 ° C. or less. Ion implantation into GaAs grown at a normal temperature to introduce lattice defects and impurities also makes the photoconductive switch 1
2 can be speeded up.
【0018】端子11の先端部表面には、化学的に安定
な金属を被覆することがよい。このような金属として
は、金Au、白金PtあるいはイリジウムIrを用いる
ことがよい。The surface of the tip of the terminal 11 is preferably coated with a chemically stable metal. As such a metal, gold Au, platinum Pt or iridium Ir is preferably used.
【0019】電極14は端子11と同じ側の面と反対側
の面とのいずれに設けてもよい。端子11と同じ側の面
に設けた場合には、光パルスが電極14の設けられてい
る面とは反対側から入射することになるが、カンチレバ
ー13の厚さが十分に薄ければ問題となることはない。
また、端子の先端部表面に金属の被覆を設ける場合に
は、それと同じ金属により形成することが製造上便利で
ある。電極14を端子11と反対側の面に設けた場合に
は、光励起されたキャリアがカンチレバー13を貫通す
るように流れ、その領域が光導電性スイッチ12として
動作する。一般に光導電性スイッチの応答速度は金属電
極間の隙間が狭いほど高速となるが、パターニングによ
る方法で均一性よく1ミクロン以下の隙間を形成するこ
とは困難である。これに対し電極14と端子11とをカ
ンチレバー13の反対側の面に形成する場合には、カン
チレバー13の膜厚を均一性よく1ミクロ以下に形成す
ることが比較的容易であり、光導電性スイッチの応答速
度を高速化でき、ひいては、これを用いた電気波形測定
装置の時間分解能を高めることができる。The electrode 14 may be provided on either the same side as the terminal 11 or on the opposite side. When the light pulse is provided on the same surface as the terminal 11, the light pulse enters from the opposite side to the surface on which the electrode 14 is provided. However, if the thickness of the cantilever 13 is sufficiently small, there is a problem. It will not be.
When a metal coating is provided on the surface of the tip of the terminal, it is convenient to manufacture the same metal from the same metal. When the electrode 14 is provided on the surface opposite to the terminal 11, the photoexcited carrier flows so as to penetrate the cantilever 13, and the region operates as the photoconductive switch 12. Generally, the response speed of the photoconductive switch increases as the gap between the metal electrodes becomes smaller. However, it is difficult to form a gap of 1 micron or less with uniformity by a patterning method. On the other hand, when the electrode 14 and the terminal 11 are formed on the surface on the opposite side of the cantilever 13, it is relatively easy to form the film thickness of the cantilever 13 to 1 micron or less with uniformity, and it is relatively easy to form the photoconductive layer. The response speed of the switch can be increased, and the time resolution of the electric waveform measuring device using the switch can be increased.
【0020】[0020]
【実施例】次に本発明の具体的な実施例について説明す
る。Next, specific embodiments of the present invention will be described.
【0021】図2および図3は本発明第一実施例の構造
を示す図であり、図2は探針を端子側から見た斜視図、
図3は端子の裏側を拡大して示す平面図である。図3で
は角錐状の端子を裏側から見ており、これをハッチング
により表す。この実施例では、端子21の本体、光導電
性スイッチ(図2では端子21に隠れている)およびカ
ンチレバー23が、同一の材料により、基板26上に形
成される。端子21の先端部表面にはPt被覆25が設
けられる。カンチレバー23の一方の面、この例では端
子21側の面には、端子21からの信号を光導電性スイ
ッチを経由して電気波形測定装置に取り出すため、電極
24を備える。光導電性スイッチの受光部22はカンチ
レバー23の端子21が設けられた側とは反対側の面に
形成され、この受光部22の周囲には、不要なキャリア
が光励起されることを防止するための光反射膜または光
吸収膜としての被覆27を備える。図3では、この被覆
27をハッチングにより示す。2 and 3 are views showing the structure of the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of the probe seen from the terminal side.
FIG. 3 is an enlarged plan view showing the back side of the terminal. In FIG. 3, the pyramid-shaped terminals are viewed from the back side, and are represented by hatching. In this embodiment, the body of the terminal 21, the photoconductive switch (hidden by the terminal 21 in FIG. 2) and the cantilever 23 are formed on the substrate 26 by the same material. A Pt coating 25 is provided on the tip surface of the terminal 21. An electrode 24 is provided on one surface of the cantilever 23, in this example, on the surface of the terminal 21 side, for extracting a signal from the terminal 21 to the electric waveform measuring device via the photoconductive switch. The light receiving portion 22 of the photoconductive switch is formed on the surface of the cantilever 23 opposite to the side on which the terminal 21 is provided, and around this light receiving portion 22 is to prevent unnecessary carriers from being optically excited. And a coating 27 as a light reflecting film or a light absorbing film. In FIG. 3, the coating 27 is indicated by hatching.
【0022】図4はこの探針の製造方法を工程毎の断面
図により示す。ここでは、Si基板に異方性エッチング
により形成された凸部を鋳型として、GaAsにより端
子21の本体、光導電性スイッチおよびカンチレバー2
3を形成する方法を例に説明する。FIG. 4 is a sectional view showing the method of manufacturing the probe in each step. Here, the main body of the terminal 21, the photoconductive switch, and the cantilever 2 are made of GaAs by using a projection formed on the Si substrate by anisotropic etching as a template.
The method for forming 3 will be described as an example.
【0023】この方法では、まず、Si(100)基板
31上にこの基板31の<110>方向を辺とする正方
形のSiO2 マスク32を設け(図4(a))、界面活
性剤としてIPA(イソプロピルアルコール)を添加し
た15%KOH溶液で異方性エッチングを行う(図4
(b))。これにより、(111)面でエッチングが止
まり、ピラミッド型の突起すなわち凸部33ができる。
この凸部33が端子21の本体となる。異方性エッチン
グが終了すると、マスク32を取り除き、分子線エピタ
キシ(MBE)により300℃でGaAs層34を成長
させ(図4(c))、凸部33の先端部表面にPt被覆
25を形成し、同時に電極24をパターニングする(図
4(d))。ここで、電極24とPt被覆25との間の
領域が光導電性スイッチとなる。この後、カンチレバー
部分の基板31をラッピング(機械研磨)して厚さを1
0μmにし、KOH溶液でカンチレバー部分のSiを完
全に除去する(図4(e))。これにより図2に示した
基板26が形成される。最後に、GaAs層34の裏面
に被覆27を形成する(図4(f))。In this method, first, a square SiO 2 mask 32 having sides in the <110> direction of this substrate 31 is provided on a Si (100) substrate 31 (FIG. 4A), and IPA is used as a surfactant. Perform anisotropic etching with a 15% KOH solution to which (isopropyl alcohol) is added (FIG. 4).
(B)). As a result, the etching stops at the (111) plane, and a pyramid-shaped projection, that is, a projection 33 is formed.
The projection 33 serves as a main body of the terminal 21. When the anisotropic etching is completed, the mask 32 is removed, a GaAs layer 34 is grown at 300 ° C. by molecular beam epitaxy (MBE) (FIG. 4C), and a Pt coating 25 is formed on the tip surface of the projection 33. At the same time, the electrode 24 is patterned (FIG. 4D). Here, the region between the electrode 24 and the Pt coating 25 becomes a photoconductive switch. Thereafter, the substrate 31 in the cantilever portion is wrapped (mechanically polished) to reduce the thickness to 1.
The thickness is reduced to 0 μm, and Si in the cantilever portion is completely removed with a KOH solution (FIG. 4E). Thus, the substrate 26 shown in FIG. 2 is formed. Finally, a coating 27 is formed on the back surface of the GaAs layer 34 (FIG. 4F).
【0024】GaAs層34の厚さとして、本願発明者
は0.5μmと1μmとについて試作して良好な結果を
得たが、所望の特性が得られるならどのような厚さとし
てもよい。GaAsの成長温度を低めにすることで、端
子21、光導電性スイッチおよびカンチレバー23が多
結晶となる。この場合、キャリアの移動度は低減する
が、GaAsの機械的強度は増大する。As the thickness of the GaAs layer 34, the inventor of the present invention trially produced 0.5 μm and 1 μm, and obtained good results. However, any thickness may be used as long as desired characteristics can be obtained. By lowering the growth temperature of GaAs, the terminal 21, the photoconductive switch, and the cantilever 23 become polycrystalline. In this case, the carrier mobility decreases, but the mechanical strength of GaAs increases.
【0025】GaAs層34を通常の結晶成長温度で成
長させ、イオン注入を行って格子欠陥や不純物を導入す
ることによって、光導電性スイッチの応答を高速化する
こともできる。その場合には、端子21の本体、光導電
性スイッチおよびカンチレバー23が単結晶に形成さ
れ、端子21はGaAsの(111)面からなる角錐に
より形成される。The response of the photoconductive switch can be sped up by growing the GaAs layer 34 at a normal crystal growth temperature and implanting ions to introduce lattice defects and impurities. In that case, the main body of the terminal 21, the photoconductive switch, and the cantilever 23 are formed in a single crystal, and the terminal 21 is formed by a pyramid composed of a (111) plane of GaAs.
【0026】図5および図6は本発明の第二実施例の構
造を示す図であり、図5は探針を端子の裏側から見た斜
視図、図6は端子の裏側を拡大して示す図3と同様の平
面図である。第一実施例では電極を端子と同じ側の面に
設けていたが、第二実施例では、電極と端子とが反対側
の面に設けられる。すなわち、端子41の本体、光導電
性スイッチ(受光部42のみを示す)およびカンチレバ
ー43が同一の材料により形成され、端子41からの信
号を光導電性スイッチを経由して電気波形測定装置に取
り出すため、端子41と反対側の面に電極44(図6で
はハッチングにより示す)を備える。光導電性スイッチ
の受光部42はカンチレバー23の端子21が設けられ
た側とは反対側の面に形成され、この受光部22の周囲
には、不要なキャリアが光励起されることを防止するた
めの光反射膜または光吸収膜としての被覆47(ハッチ
ングにより示す)を備える。FIGS. 5 and 6 show the structure of the second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a perspective view of the probe viewed from the back side of the terminal, and FIG. 6 is an enlarged view of the back side of the terminal. FIG. 4 is a plan view similar to FIG. 3. In the first embodiment, the electrodes are provided on the same surface as the terminals, but in the second embodiment, the electrodes and the terminals are provided on the opposite surface. That is, the main body of the terminal 41, the photoconductive switch (only the light receiving portion 42 is shown) and the cantilever 43 are formed of the same material, and a signal from the terminal 41 is taken out to the electric waveform measuring device via the photoconductive switch. Therefore, an electrode 44 (shown by hatching in FIG. 6) is provided on the surface opposite to the terminal 41. The light receiving portion 42 of the photoconductive switch is formed on the surface of the cantilever 23 opposite to the side on which the terminal 21 is provided, and around the light receiving portion 22, in order to prevent unnecessary carriers from being optically excited. Is provided as a light reflection film or a light absorption film (shown by hatching).
【0027】この構造の探針を製造するには、図4に示
した方法におけるPt被覆の形成と同時に電極を形成す
るのではなく、カンチレバー部分のSiの除去後に電極
を形成する。また、これとは別の方法により製造するこ
ともできる。そのような方法について図7を参照して説
明する。In order to manufacture a probe having this structure, an electrode is formed after removing Si in the cantilever portion, instead of forming an electrode simultaneously with the formation of the Pt coating in the method shown in FIG. Moreover, it can also be manufactured by another method. Such a method will be described with reference to FIG.
【0028】図7は第二実施例の探針を製造する方法を
工程毎の断面図により示す。この方法では、Si基板に
形成した凹部を鋳型とすることが図4に示した方法と異
なる。すなわち、Si(100)基板51上にSiO2
マスク52を設け、<110>方向を辺とする正方形の
穴を開ける(図7(a))。続いて、界面活性剤として
IPA(イソプロピルアルコール)を添加した30%K
OH溶液で異方性エッチングを行う。これにより、(1
11)面でエッチングが止まり、逆ピラミッド型の凹部
53ができる(図7(b))。次に、マスク52をHF
により取り除き、分子線エピタキシ(MBE)により3
00℃でGaAs層54を成長させ(図7(c))、電
極44のパターニングおよび被覆47の形成を行う(図
7(d))。この後、GaAs層54の表面に接着剤に
より台座57を取り付け(図7(e))、基板51を1
0μmの厚さにラッピングし、さらにKOH溶液でSi
を完全に除去する(図7(f))。最後に、端子41の
先端部表面にPt被覆45を形成する(図7(g))。FIG. 7 is a sectional view showing a method of manufacturing the probe according to the second embodiment. This method differs from the method shown in FIG. 4 in that a concave portion formed in a Si substrate is used as a mold. That is, SiO 2 is deposited on the Si (100) substrate 51.
A mask 52 is provided, and a square hole having sides in the <110> direction is formed (FIG. 7A). Subsequently, 30% K containing IPA (isopropyl alcohol) as a surfactant is added.
Perform anisotropic etching with OH solution. Thus, (1)
The etching stops at the 11) plane, and an inverted pyramid-shaped concave portion 53 is formed (FIG. 7B). Next, the mask 52 is
And 3 by molecular beam epitaxy (MBE).
A GaAs layer 54 is grown at 00 ° C. (FIG. 7C), and patterning of the electrode 44 and formation of the coating 47 are performed (FIG. 7D). Thereafter, a pedestal 57 is attached to the surface of the GaAs layer 54 with an adhesive (FIG. 7E),
Lapping to a thickness of 0 μm,
Is completely removed (FIG. 7 (f)). Finally, a Pt coating 45 is formed on the tip surface of the terminal 41 (FIG. 7G).
【0029】[0029]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
特に探針構造材自体を光導電性材料で形成した場合に、
不要なキャリアが光励起されることを防止することがで
きる。また、他の探針構造でも、光導電性スイッチによ
る不要なキャリアの発生を抑制することができ、信頼性
の高い測定を可能とする効果がある。As described above, according to the present invention,
Especially when the probe structure itself is formed of a photoconductive material,
Unnecessary carriers can be prevented from being optically excited. Further, even with other probe structures, generation of unnecessary carriers due to the photoconductive switch can be suppressed, and there is an effect that highly reliable measurement can be performed.
【図1】本発明の実施形態を説明する図。FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention.
【図2】本発明第一実施例の探針を示す斜視図。FIG. 2 is a perspective view showing a probe according to the first embodiment of the present invention.
【図3】第一実施例の探針の端子先端側の一部拡大平面
図。FIG. 3 is a partially enlarged plan view of a tip end side of the probe of the first embodiment.
【図4】第一実施例の探針の製造方法を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a method for manufacturing the probe of the first embodiment.
【図5】本発明第二実施例の探針を示す斜視図。FIG. 5 is a perspective view showing a probe according to a second embodiment of the present invention.
【図6】第二実施例の探針の端子の裏側の一部拡大平面
図。FIG. 6 is a partially enlarged plan view of the back side of the terminal of the probe according to the second embodiment.
【図7】第二実施例の探針の製造方法を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a method for manufacturing a probe according to a second embodiment.
【符号の説明】 1 探針 2 探針ホルダ 3 被測定物 11、21、41 端子 12 光導電性スイッチ 13、23 カンチレバー 14、24、44 電極 22、42 受光部 25、45 Pt被覆 26、31、51 基板 27、47 被覆 32、52 マスク 33 凸部 53 凹部 34、54 GaAs層 57 台座[Description of Signs] 1 probe 2 probe holder 3 DUT 11, 21, 41 terminal 12 photoconductive switch 13, 23 cantilever 14, 24, 44 electrode 22, 42 light receiving unit 25, 45 Pt coating 26, 31 51, substrate 27, 47 coating 32, 52 mask 33 convex portion 53 concave portion 34, 54 GaAs layer 57 pedestal
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 31/28 - 31/3193 G01R 1/06 - 1/073 G01R 19/00 G01N 13/12 G01N 13/16 G01N 37/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01R 31/28-31/3193 G01R 1/06-1/073 G01R 19/00 G01N 13/12 G01N 13 / 16 G01N 37/00
Claims (1)
と、 この端子と被測定物との間の電流をサンプリングするた
めに光照射により導通状態となる光導電性スイッチと、 前記端子および前記光導電性スイッチを支持するカンチ
レバーとを備えた電気波形測定探針において、 前記光導電性スイッチの受光部は前記カンチレバーの前
記端子が設けられた側とは反対側の面に形成され、 この受光部の周囲に、不要なキャリアが光励起されるこ
とを防止するための光反射膜または光吸収膜が設けられ
たことを特徴とする電気波形測定探針。1. A sharp-pointed terminal which is brought close to an object to be measured, a photoconductive switch which becomes conductive by light irradiation to sample a current between the terminal and the object to be measured, An electric waveform measurement probe including a cantilever supporting the photoconductive switch, wherein a light receiving portion of the photoconductive switch is formed on a surface of the cantilever opposite to a side on which the terminal is provided; An electric waveform measurement probe, wherein a light reflection film or a light absorption film for preventing unnecessary carriers from being excited by light is provided around a light receiving portion.
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JPH09211081A JPH09211081A (en) | 1997-08-15 |
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