JP3846207B2 - 四探針抵抗測定装置用管理試料および四探針抵抗測定装置の管理方法 - Google Patents
四探針抵抗測定装置用管理試料および四探針抵抗測定装置の管理方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、四探針抵抗測定装置の管理に使用される四探針抵抗測定装置用管理試料および四探針抵抗測定装置の管理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
四探針法に基づいて、例えばシリコン単結晶等の抵抗率やシート抵抗を測定する四探針抵抗測定装置が知られている。
図２に示すように、四探針抵抗測定装置１００は、二本の電流用探針１１および二本の電圧用探針１２を有する探針部１０と、定電流装置２１および電位差計２２を有する本体２０等により構成される。定電流装置２１は、電流計２１ａと可変抵抗２１ｂと電源２１ｃ等を備える。
【０００３】
この四探針抵抗測定装置１００により抵抗率やシート抵抗は以下の通りにして測定される。
シリコンウェーハ等の半導体単結晶片３０の試料表面に電流用探針１１および電圧用探針１２を所定の圧力で当接させ、定電流装置２１により二本の電流用探針１１間に直流電流Ｉを流し、二本の電圧用探針１２の間の電位差Ｖを電位差計２２により測定する。この電位差Ｖに基づいて抵抗率やシート抵抗を算出する。
【０００４】
このような四探針抵抗測定装置１００では機能が正常であるか否かを定期的に管理する必要があり、このために標準試料（四探針抵抗測定装置用管理試料）が使用される。
標準試料としては所定抵抗をもつシリコンウェーハ等の半導体単結晶片が用いられる。この半導体単結晶片は、例えば、所定量の不純物がドープされたインゴットをスライシングして得られる。標準試料の表面に電流用探針１１および電圧用探針１２を当接させ、上述の手順により電位差Ｖを測定する。この電位差Ｖが所定の範囲内にあるか否かを判断することで、四探針抵抗測定装置１００の機能が正常であるか否かを管理する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような管理方法では、電流用探針１１および電圧用探針１２が半導体単結晶片の表面にくり返し当接されるうちに、半導体単結晶片の表面が破損するなどして劣化してしまう。
一例として、図３にシリコン単結晶片の測定回数ｎに対する抵抗率ρの変化を示す。このデータによれば、測定回数ｎが増えるに従い抵抗率ρが大きく変化しており、測定回数ｎがおよそ３００回以上で抵抗率ρが大きく増加している。
以上から１つの標準試料となる半導体単結晶片の使用回数には限界がある。
【０００６】
そこで、標準試料となる半導体単結晶片は定期的に交換する必要がある。ところが、シリコン等の単結晶インゴットは、長さ方向及び径方向における抵抗率の分布が完全に均一ではないために、インゴットからスライシングした半導体単結晶片には裁断する箇所によって個体差があり、同一の特性をもつ標準試料を得ることが困難である。従って、標準試料を交換するたびに基準とする電位差Ｖが変わってしまうため、その補正が必要となり管理作業が煩雑となる。
また、標準試料となる半導体単結晶片は径方向の測定位置により電位差Ｖがばらつくために、測定位置は厳密に設定する必要があり管理作業が煩雑となる。
【０００７】
本発明の課題は、長期にわたって高い信頼性でかつ簡易的に使用できる四探針抵抗測定装置用管理試料および四探針抵抗測定装置の管理方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明の四探針抵抗測定装置用管理試料は、
半導体単結晶片の抵抗率またはシート抵抗の測定に用いる四探針抵抗測定装置が備える第一組の電流用探針および電圧用探針を当接させる第一の金属板からなる導電部材と、第二組の電流用探針および電圧用探針を当接させる第二の金属板からなる導電部材と、を互いに絶縁して配設すると共に、第一および第二の金属板からなる導電部材を所定の抵抗を介して互いに接続して構成したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の四探針抵抗測定装置の管理方法は、本発明の四探針抵抗測定装置用管理試料を使用し、
前記第一の金属板からなる導電部材に前記四探針抵抗測定装置が備える第一組の前記電流用探針および前記電圧用探針を当接すると共に、前記第二の金属板からなる導電部材に第二組の前記電流用探針および前記電圧用探針を当接し、
前記電流用探針間に通電し、その状態で前記電圧用探針間の電位差を測定し、その電位差に基づいて前記四探針抵抗測定装置を管理することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、試料表面を構成する部材が導電部材であり、導電部材はシリコン等の半導体単結晶片と比較して極めて抵抗が小さい。即ち、電圧用探針によって測定される電位差は、電流用探針および電圧用探針を導電部材に当接させる位置によらず、同一の値になる。従って、測定位置を厳密に管理する必要がない。
また、導電部材により試料表面が構成されるので、脆性をもつシリコンウェーハ等の半導体単結晶片と比較して、電流用探針および電圧用探針をくり返し当接させるに耐え得る強度が得られる。さらに、くり返し通電しても電気特性の変化が少ないと共に、保管環境の影響を受けにくく、高い信頼性が得られる。従って長期にわたって四探針抵抗測定装置を管理できる。
また、導電部材は極めて抵抗が小さいために、測定される電位差がほぼ二つの導電部材を接続する抵抗により定まり、それまで使用していた管理試料での基準値とほぼ同様の基準値を与える管理試料が容易に作成でき再現性が高い。
以上から本発明によれば長期にわたって高い信頼性でかつ簡易的に四探針抵抗測定装置を管理できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１を参照して、本発明の実施の形態の四探針抵抗測定装置用管理試料１（以下、管理試料１と称す）を詳細に説明する。図１は、管理試料１と四探針抵抗測定装置１００を概念的に示している。なお、従来と同様の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１２】
図１に示すように、管理試料１は、板状の支持部材２と、第一および第二の導電部材としての二枚の金属板３、４と、抵抗５とから構成される。
支持部材２は絶縁性をもつ樹脂材料からなる。金属板３、４は一部に切り欠き３ａ、４ａを有している。これら金属板３、４が、支持部材２の上面に、隙間Ｌをあけて、かつ、互いの切り欠き３ａ、４ａが対向するようにして貼設される。これら金属板３、４は、例えば銅板あるいは銅めっきが表面に施された板材である。金属板３、４の隙間Ｌは、電圧用探針１２の間隔Ｐよりも狭くなるように設定されている。そして、金属板３、４の上面に、抵抗５の端子５ａ、５ｂがはんだ付けされる。抵抗５としては、四探針抵抗測定装置１００が測定するシリコン単結晶等の被検体がもつ抵抗に応じた抵抗値を有するものが使用される。
【００１３】
次に、図１を参照して、本発明の実施の形態の四探針抵抗測定装置１００の管理方法を説明する。
なお、四探針抵抗測定装置１００の探針部１０としては、電圧用探針１２の間隔Ｐは一般的な測定では１ｍｍのものが多く使用され、デバイス加工プロセスで小片である場合などでは、例えば、２５０μmのものが使用される。本実施の形態では、電圧用探針の間隔Ｐが１ｍｍのものに対応して隙間Ｌは０．１ｍｍに設計されている。
【００１４】
図１に示すように、初めに、本体２０の外枠（２点鎖線で図示）に露出して設けられるコネクタ２８にコネクタ１３を接続することにより、探針部１０を本体２０に取り付ける。
二本の電圧用探針１２が隙間Ｌを跨ぐように位置合わせされた状態で、オペレータが操作部２５を操作すると、制御部２４が備える図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）が駆動機構２７を制御することにより探針部１０を駆動し、電流用探針１１および電圧用探針１２が所定の圧力で金属板３、４に同時に当接される。
【００１５】
この状態で、定電流装置２１により電流用探針１１間に直流電流Ｉを流し、電圧用探針１２間の電位差Ｖを電位差計２２により測定する。そして、その電位差Ｖが所定の範囲内に入っているかを判定することで、四探針抵抗測定装置１００が正常であるか否かを判断する。
【００１６】
以上の管理方法により、四探針抵抗測定装置１００が異常であると判断された場合には、さらに、探針部１０と本体２０の何れが異常であるかを判断する必要がある。そこで、先ず、標準抵抗体（図示しない）を本体２０のコネクタ２８に接続して本体２０を検査する。そして、本体２０が正常であったときには、探針部１０が故障であると判断する。
【００１７】
上述の手順で、定期的に略１０００Ωの抵抗値を有する管理試料１を用いて四探針抵抗測定装置１００を管理した結果、使用回数ｎが３００回以上になっても測定値は１Ωより大きく変化しなかった。
【００１８】
なお、シリコン単結晶等の被検体はその種類によりそれぞれ個別の抵抗を有する。このために、管理試料１は、それらの被検体に対応するように、その抵抗値を変える必要がある。
そこで、抵抗５を異なる抵抗値をもつ固定抵抗とした複数の管理試料１を作成しておき、これら複数の管理試料１を用いる。この場合に、抵抗５として可変抵抗を設ければ、管理試料１を作成する種類を少なくできる。
【００１９】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、測定された電位差Ｖが所定の範囲内に入っているかをＣＰＵで判断することで、四探針抵抗測定装置１００の機能が正常であるか否かを判断し、その結果を表示部２６に出力しても良い。
また、前記ＣＰＵによる判定は、前記電位差Ｖが所定の範囲内に入っているかを判定する場合に限定されず、電位差Ｖから任意の演算処理より算出される値が所定の範囲内に入っているかを判定しても良い。さらに、電位差Ｖから算出される抵抗率やシート抵抗により判定しても良い。
また、本実施の形態では、導電部材として基材に銅めっきを施した板材を貼設する構成としたが、支持部材２の表面に蒸着や印刷等により導電層を形成しても良く、金属板等をそのまま貼設しても良い。また、導電部材としては、銅の他にもアルミニウム、鉄などの導電性の良い金属を用いることが好ましい。
その他、金属板３、４の形状など具体的な細部構成等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、適宜に変更可能であることは勿論である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、導電部材を使用しているので、測定位置を厳密に管理する必要がない。また、導電部材を使用しているので、電流用探針および電圧用探針をくり返し当接させるに耐える強度と、くり返し通電しても変化が少ない電気特性と等が得られ、より長期にわたって高い信頼性でかつ簡易的に、四探針抵抗測定装置を管理できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一実施の形態の四探針抵抗測定装置用管理試料１および四探針抵抗測定装置１００を概念的に示した図である。
【図２】従来の管理試料により四探針抵抗測定装置１００を管理する様子を示す図である。
【図３】従来の管理試料により四探針抵抗測定装置１００を管理するときの測定回数ｎに対する抵抗率ρの変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 四探針抵抗測定装置用管理試料
３ 金属板（導電部材）
４ 金属板（導電部材）
５ 抵抗
１１ 電流用探針
１２ 電圧用探針
１００ 四探針抵抗測定装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、四探針抵抗測定装置の管理に使用される四探針抵抗測定装置用管理試料および四探針抵抗測定装置の管理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
四探針法に基づいて、例えばシリコン単結晶等の抵抗率やシート抵抗を測定する四探針抵抗測定装置が知られている。
図２に示すように、四探針抵抗測定装置１００は、二本の電流用探針１１および二本の電圧用探針１２を有する探針部１０と、定電流装置２１および電位差計２２を有する本体２０等により構成される。定電流装置２１は、電流計２１ａと可変抵抗２１ｂと電源２１ｃ等を備える。
【０００３】
この四探針抵抗測定装置１００により抵抗率やシート抵抗は以下の通りにして測定される。
シリコンウェーハ等の半導体単結晶片３０の試料表面に電流用探針１１および電圧用探針１２を所定の圧力で当接させ、定電流装置２１により二本の電流用探針１１間に直流電流Ｉを流し、二本の電圧用探針１２の間の電位差Ｖを電位差計２２により測定する。この電位差Ｖに基づいて抵抗率やシート抵抗を算出する。
【０００４】
このような四探針抵抗測定装置１００では機能が正常であるか否かを定期的に管理する必要があり、このために標準試料（四探針抵抗測定装置用管理試料）が使用される。
標準試料としては所定抵抗をもつシリコンウェーハ等の半導体単結晶片が用いられる。この半導体単結晶片は、例えば、所定量の不純物がドープされたインゴットをスライシングして得られる。標準試料の表面に電流用探針１１および電圧用探針１２を当接させ、上述の手順により電位差Ｖを測定する。この電位差Ｖが所定の範囲内にあるか否かを判断することで、四探針抵抗測定装置１００の機能が正常であるか否かを管理する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような管理方法では、電流用探針１１および電圧用探針１２が半導体単結晶片の表面にくり返し当接されるうちに、半導体単結晶片の表面が破損するなどして劣化してしまう。
一例として、図３にシリコン単結晶片の測定回数ｎに対する抵抗率ρの変化を示す。このデータによれば、測定回数ｎが増えるに従い抵抗率ρが大きく変化しており、測定回数ｎがおよそ３００回以上で抵抗率ρが大きく増加している。
以上から１つの標準試料となる半導体単結晶片の使用回数には限界がある。
【０００６】
そこで、標準試料となる半導体単結晶片は定期的に交換する必要がある。ところが、シリコン等の単結晶インゴットは、長さ方向及び径方向における抵抗率の分布が完全に均一ではないために、インゴットからスライシングした半導体単結晶片には裁断する箇所によって個体差があり、同一の特性をもつ標準試料を得ることが困難である。従って、標準試料を交換するたびに基準とする電位差Ｖが変わってしまうため、その補正が必要となり管理作業が煩雑となる。
また、標準試料となる半導体単結晶片は径方向の測定位置により電位差Ｖがばらつくために、測定位置は厳密に設定する必要があり管理作業が煩雑となる。
【０００７】
本発明の課題は、長期にわたって高い信頼性でかつ簡易的に使用できる四探針抵抗測定装置用管理試料および四探針抵抗測定装置の管理方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明の四探針抵抗測定装置用管理試料は、
半導体単結晶片の抵抗率またはシート抵抗の測定に用いる四探針抵抗測定装置が備える第一組の電流用探針および電圧用探針を当接させる第一の金属板からなる導電部材と、第二組の電流用探針および電圧用探針を当接させる第二の金属板からなる導電部材と、を互いに絶縁して配設すると共に、第一および第二の金属板からなる導電部材を所定の抵抗を介して互いに接続して構成したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の四探針抵抗測定装置の管理方法は、本発明の四探針抵抗測定装置用管理試料を使用し、
前記第一の金属板からなる導電部材に前記四探針抵抗測定装置が備える第一組の前記電流用探針および前記電圧用探針を当接すると共に、前記第二の金属板からなる導電部材に第二組の前記電流用探針および前記電圧用探針を当接し、
前記電流用探針間に通電し、その状態で前記電圧用探針間の電位差を測定し、その電位差に基づいて前記四探針抵抗測定装置を管理することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、試料表面を構成する部材が導電部材であり、導電部材はシリコン等の半導体単結晶片と比較して極めて抵抗が小さい。即ち、電圧用探針によって測定される電位差は、電流用探針および電圧用探針を導電部材に当接させる位置によらず、同一の値になる。従って、測定位置を厳密に管理する必要がない。
また、導電部材により試料表面が構成されるので、脆性をもつシリコンウェーハ等の半導体単結晶片と比較して、電流用探針および電圧用探針をくり返し当接させるに耐え得る強度が得られる。さらに、くり返し通電しても電気特性の変化が少ないと共に、保管環境の影響を受けにくく、高い信頼性が得られる。従って長期にわたって四探針抵抗測定装置を管理できる。
また、導電部材は極めて抵抗が小さいために、測定される電位差がほぼ二つの導電部材を接続する抵抗により定まり、それまで使用していた管理試料での基準値とほぼ同様の基準値を与える管理試料が容易に作成でき再現性が高い。
以上から本発明によれば長期にわたって高い信頼性でかつ簡易的に四探針抵抗測定装置を管理できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１を参照して、本発明の実施の形態の四探針抵抗測定装置用管理試料１（以下、管理試料１と称す）を詳細に説明する。図１は、管理試料１と四探針抵抗測定装置１００を概念的に示している。なお、従来と同様の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１２】
図１に示すように、管理試料１は、板状の支持部材２と、第一および第二の導電部材としての二枚の金属板３、４と、抵抗５とから構成される。
支持部材２は絶縁性をもつ樹脂材料からなる。金属板３、４は一部に切り欠き３ａ、４ａを有している。これら金属板３、４が、支持部材２の上面に、隙間Ｌをあけて、かつ、互いの切り欠き３ａ、４ａが対向するようにして貼設される。これら金属板３、４は、例えば銅板あるいは銅めっきが表面に施された板材である。金属板３、４の隙間Ｌは、電圧用探針１２の間隔Ｐよりも狭くなるように設定されている。そして、金属板３、４の上面に、抵抗５の端子５ａ、５ｂがはんだ付けされる。抵抗５としては、四探針抵抗測定装置１００が測定するシリコン単結晶等の被検体がもつ抵抗に応じた抵抗値を有するものが使用される。
【００１３】
次に、図１を参照して、本発明の実施の形態の四探針抵抗測定装置１００の管理方法を説明する。
なお、四探針抵抗測定装置１００の探針部１０としては、電圧用探針１２の間隔Ｐは一般的な測定では１ｍｍのものが多く使用され、デバイス加工プロセスで小片である場合などでは、例えば、２５０μmのものが使用される。本実施の形態では、電圧用探針の間隔Ｐが１ｍｍのものに対応して隙間Ｌは０．１ｍｍに設計されている。
【００１４】
図１に示すように、初めに、本体２０の外枠（２点鎖線で図示）に露出して設けられるコネクタ２８にコネクタ１３を接続することにより、探針部１０を本体２０に取り付ける。
二本の電圧用探針１２が隙間Ｌを跨ぐように位置合わせされた状態で、オペレータが操作部２５を操作すると、制御部２４が備える図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）が駆動機構２７を制御することにより探針部１０を駆動し、電流用探針１１および電圧用探針１２が所定の圧力で金属板３、４に同時に当接される。
【００１５】
この状態で、定電流装置２１により電流用探針１１間に直流電流Ｉを流し、電圧用探針１２間の電位差Ｖを電位差計２２により測定する。そして、その電位差Ｖが所定の範囲内に入っているかを判定することで、四探針抵抗測定装置１００が正常であるか否かを判断する。
【００１６】
以上の管理方法により、四探針抵抗測定装置１００が異常であると判断された場合には、さらに、探針部１０と本体２０の何れが異常であるかを判断する必要がある。そこで、先ず、標準抵抗体（図示しない）を本体２０のコネクタ２８に接続して本体２０を検査する。そして、本体２０が正常であったときには、探針部１０が故障であると判断する。
【００１７】
上述の手順で、定期的に略１０００Ωの抵抗値を有する管理試料１を用いて四探針抵抗測定装置１００を管理した結果、使用回数ｎが３００回以上になっても測定値は１Ωより大きく変化しなかった。
【００１８】
なお、シリコン単結晶等の被検体はその種類によりそれぞれ個別の抵抗を有する。このために、管理試料１は、それらの被検体に対応するように、その抵抗値を変える必要がある。
そこで、抵抗５を異なる抵抗値をもつ固定抵抗とした複数の管理試料１を作成しておき、これら複数の管理試料１を用いる。この場合に、抵抗５として可変抵抗を設ければ、管理試料１を作成する種類を少なくできる。
【００１９】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、測定された電位差Ｖが所定の範囲内に入っているかをＣＰＵで判断することで、四探針抵抗測定装置１００の機能が正常であるか否かを判断し、その結果を表示部２６に出力しても良い。
また、前記ＣＰＵによる判定は、前記電位差Ｖが所定の範囲内に入っているかを判定する場合に限定されず、電位差Ｖから任意の演算処理より算出される値が所定の範囲内に入っているかを判定しても良い。さらに、電位差Ｖから算出される抵抗率やシート抵抗により判定しても良い。
また、本実施の形態では、導電部材として基材に銅めっきを施した板材を貼設する構成としたが、支持部材２の表面に蒸着や印刷等により導電層を形成しても良く、金属板等をそのまま貼設しても良い。また、導電部材としては、銅の他にもアルミニウム、鉄などの導電性の良い金属を用いることが好ましい。
その他、金属板３、４の形状など具体的な細部構成等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、適宜に変更可能であることは勿論である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、導電部材を使用しているので、測定位置を厳密に管理する必要がない。また、導電部材を使用しているので、電流用探針および電圧用探針をくり返し当接させるに耐える強度と、くり返し通電しても変化が少ない電気特性と等が得られ、より長期にわたって高い信頼性でかつ簡易的に、四探針抵抗測定装置を管理できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一実施の形態の四探針抵抗測定装置用管理試料１および四探針抵抗測定装置１００を概念的に示した図である。
【図２】従来の管理試料により四探針抵抗測定装置１００を管理する様子を示す図である。
【図３】従来の管理試料により四探針抵抗測定装置１００を管理するときの測定回数ｎに対する抵抗率ρの変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 四探針抵抗測定装置用管理試料
３ 金属板（導電部材）
４ 金属板（導電部材）
５ 抵抗
１１ 電流用探針
１２ 電圧用探針
１００ 四探針抵抗測定装置
Claims (2)
- 半導体単結晶片の抵抗率またはシート抵抗の測定に用いる四探針抵抗測定装置が備える第一組の電流用探針および電圧用探針を当接させる第一の金属板からなる導電部材と、第二組の電流用探針および電圧用探針を当接させる第二の金属板からなる導電部材と、を互いに絶縁して配設すると共に、第一および第二の金属板からなる導電部材を所定の抵抗を介して互いに接続して構成したことを特徴とする四探針抵抗測定装置用管理試料。
- 請求項１記載の四探針抵抗測定装置用管理試料を使用し、
前記第一の金属板からなる導電部材に前記四探針抵抗測定装置が備える第一組の前記電流用探針および前記電圧用探針を当接すると共に、前記第二の金属板からなる導電部材に第二組の前記電流用探針および前記電圧用探針を当接し、
前記電流用探針間に通電し、その状態で前記電圧用探針間の電位差を測定し、その電位差に基づいて前記四探針抵抗測定装置を管理することを特徴とする四探針抵抗測定装置の管理方法。
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| JP2002257876A JP2002257876A (ja) | 2002-09-11 |
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