JPH0313874A - 低温用プローバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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　
（Ｄｅｅｐ　Ｌｅｖｅｌ　Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　５ｐｅ
ｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）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６２５８６６
０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クを
操作して計り合わせを行うものであるため多ビンの試料
に対する作業性が悪いという問題を有する。

なお、通常の半導体ウエハプローハ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Ｘ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パ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。

〔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口により多数のプ
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パの要部一実
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、Ｘ方向の移動
のための回転軸３０とＸ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４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ハに広く
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ｌ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る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は、
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の鱈振り運動に対
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（回転運動）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軸マイクロへラド１
２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
Ｘ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、露結が生し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イ１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１１空チヤンバー
に対して、円筒からなるＸ方向（又はこれをＸ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Ｘ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Ｘ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へ７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
ッドを設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、上記プ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（１１により、多数からなるプローブ針の計
り合わせを１Ｍｌ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筒素化が可能に
なる。

この発明は、低温用ブローハとして広（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、１２・・Ｚ軸マイクロへノド、１．３．１４・
・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・・０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・・マイクロへ
・７ドマウント、２８・・軸受、２９・・リンク軸先端
、３０・・回転軸

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、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、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。