JPH07209376A - 半導体ウエハー上の酸化物の電荷を測定するためのプローブおよびその形成方法 - Google Patents
半導体ウエハー上の酸化物の電荷を測定するためのプローブおよびその形成方法Info
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- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49002—Electrical device making
Abstract
(57)【要約】
【目的】 誘電体層を上部に有する半導体基板の電気特
性を測定するのに適したプローブ、その形成方法、なら
びにその使用方法を提供する。 【構成】 プローブは導電性のプローブ針１０を備え、
この針は第１の半径の丸い先端部１２を有し、この丸い
先端部は塑性変形するのに適している。針は半導体基板
１４上の誘電体層１６上に位置決めし、針先端部を誘電
体層の滑らかな表面に、制御しつつ押し付け、針先端部
に塑性変形を起させる。そのとき、丸い先端部の外側部
分は第１の半径を維持し、丸い先端部の内側部分は第２
の半径に増大する。第２の半径は第１の半径より大き
い。塑性変形した調整プローブは、高い共形性と密着性
を達成し、また接触面積が明確に決まるため、正確な電
気特性の測定に最適である。
性を測定するのに適したプローブ、その形成方法、なら
びにその使用方法を提供する。 【構成】 プローブは導電性のプローブ針１０を備え、
この針は第１の半径の丸い先端部１２を有し、この丸い
先端部は塑性変形するのに適している。針は半導体基板
１４上の誘電体層１６上に位置決めし、針先端部を誘電
体層の滑らかな表面に、制御しつつ押し付け、針先端部
に塑性変形を起させる。そのとき、丸い先端部の外側部
分は第１の半径を維持し、丸い先端部の内側部分は第２
の半径に増大する。第２の半径は第１の半径より大き
い。塑性変形した調整プローブは、高い共形性と密着性
を達成し、また接触面積が明確に決まるため、正確な電
気特性の測定に最適である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハーの電気
的性質を測定する方法および装置に関し、特に半導体ウ
エハー上の誘電体層の電気的性質を測定することに関す
るものである。
的性質を測定する方法および装置に関し、特に半導体ウ
エハー上の誘電体層の電気的性質を測定することに関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】よく知られているように、半導体ウエハ
ー体上の誘電体層の電気的性質を測定することは半導体
ウエハーの製造において重要な要素である。例えば、誘
電体の破壊電圧、誘電体電界強度、時間経過による誘電
体の破壊、酸化物の電荷などの測定は、典型的には、誘
電体層上に最初に設けた金属メサあるいはドープ・ポリ
シリコン・メサにおいて行ない、電気的コンタクトとし
て機能する上記メサに測定プローブを当てることによっ
て測定する。金属メサあるいはドットは、誘電体層およ
び基板と共に金属−酸化物−半導体（ＭＯＳ）構造を形
成している。金属メサの作製は時間がかかり、またコス
トのかかる作業である。金属メサを作製する場合、典型
的には、アルミニウム金属ドットを誘電体層あるいは酸
化物層上に選択的に蒸着し、そしてウエハーの裏面には
ブランケット・アルミニウム層を蒸着する。後者の場
合、アルミニウムを蒸着する前に、ウエハー裏面からま
ず酸化物をすべて除去する必要がある。一般に、配列さ
れた種々の大きさの開口を有する金属マスクを、ウエハ
ー表面に直接配置し、アルミニウム蒸着によってどの部
分にドットを形成するかを決める。次に、焼成および合
金化処理を行ない、酸化物とシリコンとの界面における
界面状態の電荷を減少させ、そして裏面アルミニウムと
シリコンとの間の接触抵抗を低下させる。この方法の他
の欠点は、そのウエハー構造体内への侵入性にあり、そ
の結果、電気的測定が不正確となる。
ー体上の誘電体層の電気的性質を測定することは半導体
ウエハーの製造において重要な要素である。例えば、誘
電体の破壊電圧、誘電体電界強度、時間経過による誘電
体の破壊、酸化物の電荷などの測定は、典型的には、誘
電体層上に最初に設けた金属メサあるいはドープ・ポリ
シリコン・メサにおいて行ない、電気的コンタクトとし
て機能する上記メサに測定プローブを当てることによっ
て測定する。金属メサあるいはドットは、誘電体層およ
び基板と共に金属−酸化物−半導体（ＭＯＳ）構造を形
成している。金属メサの作製は時間がかかり、またコス
トのかかる作業である。金属メサを作製する場合、典型
的には、アルミニウム金属ドットを誘電体層あるいは酸
化物層上に選択的に蒸着し、そしてウエハーの裏面には
ブランケット・アルミニウム層を蒸着する。後者の場
合、アルミニウムを蒸着する前に、ウエハー裏面からま
ず酸化物をすべて除去する必要がある。一般に、配列さ
れた種々の大きさの開口を有する金属マスクを、ウエハ
ー表面に直接配置し、アルミニウム蒸着によってどの部
分にドットを形成するかを決める。次に、焼成および合
金化処理を行ない、酸化物とシリコンとの界面における
界面状態の電荷を減少させ、そして裏面アルミニウムと
シリコンとの間の接触抵抗を低下させる。この方法の他
の欠点は、そのウエハー構造体内への侵入性にあり、そ
の結果、電気的測定が不正確となる。
【０００３】さらに、ＭＯＳキャパシタンス−電圧（Ｃ
−Ｖ）の測定は、静止、移動、ならびに表面電荷を調べ
る上で非常に有用であるが、電荷測定のために様々な準
備が必要であるため、従来のＭＯＳ法は、使用できない
ほどにコスト高であり、かつ不便である。モニタ・ウエ
ハー上でＭＯＳ電荷の測定を行なう場合、サンプルを用
意するために、典型的には、表面のアルミニウム・ドッ
トと裏面のブランケット・アルミニウムを形成する必要
がある。このようなサンプルの用意には費用および時間
がかかり、かつ非破壊的には行なえない。また、製品ウ
エハー上でＭＯＳ電荷をモニタする場合、処理のほとん
どすべての段階で、任意の位置で試験を行なえることが
非常に望ましいが、そのようなことはほとんど実現不可
能である。
−Ｖ）の測定は、静止、移動、ならびに表面電荷を調べ
る上で非常に有用であるが、電荷測定のために様々な準
備が必要であるため、従来のＭＯＳ法は、使用できない
ほどにコスト高であり、かつ不便である。モニタ・ウエ
ハー上でＭＯＳ電荷の測定を行なう場合、サンプルを用
意するために、典型的には、表面のアルミニウム・ドッ
トと裏面のブランケット・アルミニウムを形成する必要
がある。このようなサンプルの用意には費用および時間
がかかり、かつ非破壊的には行なえない。また、製品ウ
エハー上でＭＯＳ電荷をモニタする場合、処理のほとん
どすべての段階で、任意の位置で試験を行なえることが
非常に望ましいが、そのようなことはほとんど実現不可
能である。
【０００４】米国特許第５，０２３，５６１号明細書に
は、均一に平坦な接触部を有するプローブ・チップを備
えた装置が開示されている。この特許の金属プローブ
は、誘電体電荷を求めるためのＣ−Ｖ測定値を得るた
め、ウエハー上の誘電体層に接触させる目的で用いられ
ている。ＭＯＳのようなものであるが、本来の“ＭＯ
Ｓ”という用語とは区別されるべきものの測定に、プロ
ーブ電極を用いることを、この明細書では、“ＭＯＳ”
にたとえて、プローブ−酸化物−半導体（以下、“ＰＯ
Ｓ”）という。尚、ここでいう酸化物とは、広くＭＯＳ
キャパシタの誘電体膜となるようなものをも含む広い概
念である。上記特許の金属ＰＯＳプローブの形態および
作用について説明すると、このプローブは極めて平坦で
あり、そして比較的弱い、変形を与えない約７．０３ｇ
／ｍｍ2 （１０ｐｓｉ）の圧力を及ぼすものとなってい
る。圧力が低いことは、試験サンプル面に損傷を与えな
いために役立つ。上記特許の金属ＰＯＳプローブは平坦
であるため、そのエッジは鋭くなっている。従って、誘
電体に接触させるためにプローブに加える力が強すぎた
場合には、誘電体層に損傷や割れが生じる可能性が高く
なる。現在のＣＭＯＳテクノロジーで使用されている誘
電体層は１０〜５０ｎｍ（１００〜５００オングストロ
ーム）とますます薄くなってきており、上記特許の金属
ＰＯＳプローブはこれに十分に適したものとは言えな
い。例えば、誘電体の厚さが１０ｎｍの場合、Ｃ−Ｖ特
性を１０％を下回る誤差で測定するためには、上記プロ
ーブの先端部と誘電体表面との有効な隙間は０．３ｎｍ
より狭くする必要がある。これを達成することは、完全
に平坦なプローブを用いたとしても困難である。なぜな
ら、０．３ｎｍという隙間は、試験すべき酸化物層ある
いは誘電体層の表面荒さと同程度であるからである。表
面荒さを補正し、上記特許のプローブを用いるために
は、わずかな空隙をも埋めるために、より高い圧力を加
えることになる。しかし、その結果平坦なプローブの鋭
いエッジ付近で生じるストレスにより、試験サンプルの
表面を損傷する確率は大幅に高まる。また、上記プロー
ブでは、同一のものを作製しようとする場合、研磨処理
が必要であり、高い再現性は得られない。その結果、プ
ローブ間の変動が大きい。
は、均一に平坦な接触部を有するプローブ・チップを備
えた装置が開示されている。この特許の金属プローブ
は、誘電体電荷を求めるためのＣ−Ｖ測定値を得るた
め、ウエハー上の誘電体層に接触させる目的で用いられ
ている。ＭＯＳのようなものであるが、本来の“ＭＯ
Ｓ”という用語とは区別されるべきものの測定に、プロ
ーブ電極を用いることを、この明細書では、“ＭＯＳ”
にたとえて、プローブ−酸化物−半導体（以下、“ＰＯ
Ｓ”）という。尚、ここでいう酸化物とは、広くＭＯＳ
キャパシタの誘電体膜となるようなものをも含む広い概
念である。上記特許の金属ＰＯＳプローブの形態および
作用について説明すると、このプローブは極めて平坦で
あり、そして比較的弱い、変形を与えない約７．０３ｇ
／ｍｍ2 （１０ｐｓｉ）の圧力を及ぼすものとなってい
る。圧力が低いことは、試験サンプル面に損傷を与えな
いために役立つ。上記特許の金属ＰＯＳプローブは平坦
であるため、そのエッジは鋭くなっている。従って、誘
電体に接触させるためにプローブに加える力が強すぎた
場合には、誘電体層に損傷や割れが生じる可能性が高く
なる。現在のＣＭＯＳテクノロジーで使用されている誘
電体層は１０〜５０ｎｍ（１００〜５００オングストロ
ーム）とますます薄くなってきており、上記特許の金属
ＰＯＳプローブはこれに十分に適したものとは言えな
い。例えば、誘電体の厚さが１０ｎｍの場合、Ｃ−Ｖ特
性を１０％を下回る誤差で測定するためには、上記プロ
ーブの先端部と誘電体表面との有効な隙間は０．３ｎｍ
より狭くする必要がある。これを達成することは、完全
に平坦なプローブを用いたとしても困難である。なぜな
ら、０．３ｎｍという隙間は、試験すべき酸化物層ある
いは誘電体層の表面荒さと同程度であるからである。表
面荒さを補正し、上記特許のプローブを用いるために
は、わずかな空隙をも埋めるために、より高い圧力を加
えることになる。しかし、その結果平坦なプローブの鋭
いエッジ付近で生じるストレスにより、試験サンプルの
表面を損傷する確率は大幅に高まる。また、上記プロー
ブでは、同一のものを作製しようとする場合、研磨処理
が必要であり、高い再現性は得られない。その結果、プ
ローブ間の変動が大きい。
【０００５】従って、上記問題、困難、ならびに制限の
ない、ＭＯＳ・Ｃ−Ｖ測定に適すように改良した方法お
よび装置が必要である。
ない、ＭＯＳ・Ｃ−Ｖ測定に適すように改良した方法お
よび装置が必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の上述した欠点を克服するため、改良したＰＯＳプロー
ブおよびその形成方法を提供することにある。
の上述した欠点を克服するため、改良したＰＯＳプロー
ブおよびその形成方法を提供することにある。
【０００７】本発明の他の目的は、測定すべき誘電体に
対するカップリングの改善によりＰＯＳ測定を改善する
ＰＯＳプローブおよびその形成方法を提供することにあ
る。
対するカップリングの改善によりＰＯＳ測定を改善する
ＰＯＳプローブおよびその形成方法を提供することにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】半導体基板上の誘電体層
のプローブ−酸化物−半導体（ＰＯＳ）電気特性の測定
に適したプローブおよびその形成方法では、導電性のプ
ローブ針を用いる。この針は第１の半径の丸い先端部を
有し、そしてこの丸い先端部は塑性変形するのに適して
いる。針は半導体基板上の誘電体層上に位置決めし、表
面先端部を誘電体層の滑らかな表面に、制御しつつ押し
付け、針先端部に塑性変形を起させる。そのとき、丸い
先端部の外側部分は第１の半径を維持し、丸い先端部の
内側部分は第２の半径に増大する。第２の半径は第１の
半径より大きい。
のプローブ−酸化物−半導体（ＰＯＳ）電気特性の測定
に適したプローブおよびその形成方法では、導電性のプ
ローブ針を用いる。この針は第１の半径の丸い先端部を
有し、そしてこの丸い先端部は塑性変形するのに適して
いる。針は半導体基板上の誘電体層上に位置決めし、表
面先端部を誘電体層の滑らかな表面に、制御しつつ押し
付け、針先端部に塑性変形を起させる。そのとき、丸い
先端部の外側部分は第１の半径を維持し、丸い先端部の
内側部分は第２の半径に増大する。第２の半径は第１の
半径より大きい。
【０００９】
【実施例】図１および図２を参照して説明すると、ＰＯ
Ｓ電気特性の測定に適したプローブを形成する、本発明
の方法では、まず導電性のプローブ針１０を用意する。
この針１０の特徴は、第１の曲率半径Ｒ１の丸い先端部
１２を有していることであり、このような先端部１２
は、後に詳しく説明するように変形状態が変わらないよ
うな、望ましい塑性変形を有するものが適している。こ
の針１０は望ましくは、安定で、錆びない金属、さらに
塑性変形が可能な金属で構成する。このような針は、Ｍ
ｏｓｅｒ Ｊｅｗｅｌ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｐｅｒｔｈ
Ａｍｂｏｙ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ）より市販されてい
るものなどのタングステン・プローブ針によって構成す
ることができる。針１０の寸法は、例えば、長さは約２
５．４ｍｍ（約１インチ）、主要部の断面の直径は約７
１１μｍ（約２８ｍｉｌ）、傾斜部の傾斜は約１０度、
丸い先端部の半径は約１２．５μｍ（約０．５ｍｉｌ）
とする。他の寸法に関しては、必要に応じて個々のＰＯ
Ｓ測定に適したものとする。なお、現在市販されている
タングステン・プローブ針は、ＰＯＳの電気的特性の測
定のためには十分ではない。すなわち、以下に説明する
ようにそれらの形状が最適なものではないため、不十分
な測定しか行なえない。本発明にもとづく最適な形状
は、針先端部の曲率半径が、まず短い円弧の部分で大き
く、その後、円弧に沿って急速に小さくなるというもの
である。この曲率半径が大きい針の先端部は、測定対象
の誘電体層に密着した、共形性の高い接触を得るのに適
している。曲率半径の大きい針先端部から外れた部分で
は、曲率半径は大幅に小さく、測定対象の誘電体層（す
なわち、半導体表面）から急速に離れるようになってい
る。その結果、接触面積は明確に決定され、従って正確
なＰＯＳの測定結果が得られる。
Ｓ電気特性の測定に適したプローブを形成する、本発明
の方法では、まず導電性のプローブ針１０を用意する。
この針１０の特徴は、第１の曲率半径Ｒ１の丸い先端部
１２を有していることであり、このような先端部１２
は、後に詳しく説明するように変形状態が変わらないよ
うな、望ましい塑性変形を有するものが適している。こ
の針１０は望ましくは、安定で、錆びない金属、さらに
塑性変形が可能な金属で構成する。このような針は、Ｍ
ｏｓｅｒ Ｊｅｗｅｌ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｐｅｒｔｈ
Ａｍｂｏｙ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ）より市販されてい
るものなどのタングステン・プローブ針によって構成す
ることができる。針１０の寸法は、例えば、長さは約２
５．４ｍｍ（約１インチ）、主要部の断面の直径は約７
１１μｍ（約２８ｍｉｌ）、傾斜部の傾斜は約１０度、
丸い先端部の半径は約１２．５μｍ（約０．５ｍｉｌ）
とする。他の寸法に関しては、必要に応じて個々のＰＯ
Ｓ測定に適したものとする。なお、現在市販されている
タングステン・プローブ針は、ＰＯＳの電気的特性の測
定のためには十分ではない。すなわち、以下に説明する
ようにそれらの形状が最適なものではないため、不十分
な測定しか行なえない。本発明にもとづく最適な形状
は、針先端部の曲率半径が、まず短い円弧の部分で大き
く、その後、円弧に沿って急速に小さくなるというもの
である。この曲率半径が大きい針の先端部は、測定対象
の誘電体層に密着した、共形性の高い接触を得るのに適
している。曲率半径の大きい針先端部から外れた部分で
は、曲率半径は大幅に小さく、測定対象の誘電体層（す
なわち、半導体表面）から急速に離れるようになってい
る。その結果、接触面積は明確に決定され、従って正確
なＰＯＳの測定結果が得られる。
【００１０】本発明では、針１０は以下のように効果的
に構成する。針１０を半導体基板１４上に配置する。基
板１４は、シリコン基板など、弾性変形（すなわち、非
永久変形）が可能なものであればどのようなものであっ
てもよい。基板１４の上面には誘電体層１６が設けられ
ており、この誘電体１６は例えば、熱酸化物層から成
る。誘電体層１６の他の特徴は、その表面１５が比較的
滑らかであるということである。半導体基板および誘電
体層については従来よりよく知られているので、さらに
詳しい説明は省略する。
に構成する。針１０を半導体基板１４上に配置する。基
板１４は、シリコン基板など、弾性変形（すなわち、非
永久変形）が可能なものであればどのようなものであっ
てもよい。基板１４の上面には誘電体層１６が設けられ
ており、この誘電体１６は例えば、熱酸化物層から成
る。誘電体層１６の他の特徴は、その表面１５が比較的
滑らかであるということである。半導体基板および誘電
体層については従来よりよく知られているので、さらに
詳しい説明は省略する。
【００１１】上述のように、針１０は基板１４上に、丸
い先端部１２が誘電体層１６の表面１５に近接するよう
に配置する。その後、針１０を誘電体１６の滑らかな表
面１５上に下降させる。その際、針先端部１２に望まし
い塑性変形（永久変形）が生じるように調整し、先端部
１２の外側部分１８は第１の半径Ｒ１を維持し、先端部
１２の内側部分２０では、第１の半径Ｒ１より大きい第
２の半径Ｒ２となるようにする。
い先端部１２が誘電体層１６の表面１５に近接するよう
に配置する。その後、針１０を誘電体１６の滑らかな表
面１５上に下降させる。その際、針先端部１２に望まし
い塑性変形（永久変形）が生じるように調整し、先端部
１２の外側部分１８は第１の半径Ｒ１を維持し、先端部
１２の内側部分２０では、第１の半径Ｒ１より大きい第
２の半径Ｒ２となるようにする。
【００１２】より具体的に説明すると、針１０を表面１
５および半導体基板１４とほぼ垂直に配置する。針の先
端部１２をゆっくり、かつ穏やかに下降させ、誘電体層
１６に接触させる。その後、プローブ針１０を望ましい
状態（すなわち、塑性変形）とするための適切な圧力
（すなわち、塑性変形を起させる圧力）を生じるよう、
力を加えてを誘電体層１６に押し付ける。針１０と、誘
電体層１６／基板１４の組み合せ構造体との間の上記適
切な圧力とは、針先端部１２を望ましく塑性変形させる
ものであり、プローブ先端部１２の内側部分２０が望ま
しい半径となり、一方、外側部分１８は第１の半径を維
持するような圧力である。上記適切な圧力を発生するた
めの力は、プローブ先端部１２の破損を避けるように、
かつ先端部を望ましく塑性変形させるように加える。
まず、プローブ針１０に力Ｆ１を加える。この力Ｆ１
は、第１の圧力から第２の圧力の範囲内の適切な圧力を
発生するのに十分なものとする。例えば、力Ｆ１は第１
の力から第２の力へと増大する力とする。具体的には、
０．４５４ｇから７．２６ｇ（０．００１ポンドから〜
０．０１６ポンド）へ増大させる。力Ｆ１は、０〜７
０．３１ｇ／ｍｍ2 程度（０〜１００ｐｓｉ程度）の第
１の圧力から７０，３００〜１０５，０００ｇ／ｍｍ2
程度（１００，０００〜１５０，０００ｐｓｉ程度）の
第２の圧力の範囲の適切な圧力を生むのに十分なものと
する。第２の圧力は、より望ましくは、９１，４００ｇ
／ｍｍ2 程度（１３０，０００ｐｓｉ程度）とする。
５および半導体基板１４とほぼ垂直に配置する。針の先
端部１２をゆっくり、かつ穏やかに下降させ、誘電体層
１６に接触させる。その後、プローブ針１０を望ましい
状態（すなわち、塑性変形）とするための適切な圧力
（すなわち、塑性変形を起させる圧力）を生じるよう、
力を加えてを誘電体層１６に押し付ける。針１０と、誘
電体層１６／基板１４の組み合せ構造体との間の上記適
切な圧力とは、針先端部１２を望ましく塑性変形させる
ものであり、プローブ先端部１２の内側部分２０が望ま
しい半径となり、一方、外側部分１８は第１の半径を維
持するような圧力である。上記適切な圧力を発生するた
めの力は、プローブ先端部１２の破損を避けるように、
かつ先端部を望ましく塑性変形させるように加える。
まず、プローブ針１０に力Ｆ１を加える。この力Ｆ１
は、第１の圧力から第２の圧力の範囲内の適切な圧力を
発生するのに十分なものとする。例えば、力Ｆ１は第１
の力から第２の力へと増大する力とする。具体的には、
０．４５４ｇから７．２６ｇ（０．００１ポンドから〜
０．０１６ポンド）へ増大させる。力Ｆ１は、０〜７
０．３１ｇ／ｍｍ2 程度（０〜１００ｐｓｉ程度）の第
１の圧力から７０，３００〜１０５，０００ｇ／ｍｍ2
程度（１００，０００〜１５０，０００ｐｓｉ程度）の
第２の圧力の範囲の適切な圧力を生むのに十分なものと
する。第２の圧力は、より望ましくは、９１，４００ｇ
／ｍｍ2 程度（１３０，０００ｐｓｉ程度）とする。
【００１３】望ましくは、力Ｆ１は徐々に増加するよう
に加える。すなわち、第１の力から第２の力へと次第に
増大させ、従って、圧力も除々に発生し、第１の圧力か
ら第２の圧力へと、制御された速度で増大する。その結
果、プローブ先端部１２の破損を避けることができる。
力Ｆ１は連続的に強くしてもよく、あるいは階段状に強
くしてもよい。連続して増大させる場合には、力は低速
で連続的に強くしていく。階段状に増大させる場合に
は、力は階段状に低速で強くしていき、例えば１ステッ
プを約０．３６２ｇ（約０．０００８ポンド）とする。
に加える。すなわち、第１の力から第２の力へと次第に
増大させ、従って、圧力も除々に発生し、第１の圧力か
ら第２の圧力へと、制御された速度で増大する。その結
果、プローブ先端部１２の破損を避けることができる。
力Ｆ１は連続的に強くしてもよく、あるいは階段状に強
くしてもよい。連続して増大させる場合には、力は低速
で連続的に強くしていく。階段状に増大させる場合に
は、力は階段状に低速で強くしていき、例えば１ステッ
プを約０．３６２ｇ（約０．０００８ポンド）とする。
【００１４】力Ｆ１を徐々に増加していくことは極めて
重要である。なぜなら、プローブ先端部１２を構成する
材料は、力Ｆ１の結果生じる圧力を吸収し、および／ま
たは緩和する必要があり、さらに圧力の吸収および緩和
は力Ｆ１の変化と同じ速度で行なわれなければならな
い。すなわち、プローブ先端部１２を構成する材料で
は、力Ｆ１の結果生じる圧力を緩和するため、材料流動
あるいは溶融流動が生じる。プローブ先端部１２を構成
する材料に、その流動能力を越えてストレスが加わった
場合には、プローブ先端部１２が破壊あるいは破損する
可能性がある。従って、力Ｆ１は、プローブ先端部１２
の材料に過剰なショックを与えないような力とし、それ
によってプローブ先端部１２の材料の破損を避ける。
重要である。なぜなら、プローブ先端部１２を構成する
材料は、力Ｆ１の結果生じる圧力を吸収し、および／ま
たは緩和する必要があり、さらに圧力の吸収および緩和
は力Ｆ１の変化と同じ速度で行なわれなければならな
い。すなわち、プローブ先端部１２を構成する材料で
は、力Ｆ１の結果生じる圧力を緩和するため、材料流動
あるいは溶融流動が生じる。プローブ先端部１２を構成
する材料に、その流動能力を越えてストレスが加わった
場合には、プローブ先端部１２が破壊あるいは破損する
可能性がある。従って、力Ｆ１は、プローブ先端部１２
の材料に過剰なショックを与えないような力とし、それ
によってプローブ先端部１２の材料の破損を避ける。
【００１５】誘電体層１６および基板１４には、プロー
ブ１０の調整、より具体的には図２に示すようなプロー
ブ先端部１２の調整の際、有限な弾性変形または有限な
一時的な変形が生じる。このような変形が生じるのは、
一つには誘電体層１６および基板１４が弾性を有してい
るからである。有限な一時的変形は主に、比較的硬い針
先端部１２が強い圧力で（すなわち、狭い接触面積で）
接触するために生じる。弾性体に何かが強い圧力で接触
した場合、一時的な弾性変形が接触点付近で生じる。固
体材料では、原子が、極微的に見ればバネとして機能す
る結合によって互いに保持されている。様々な材料の弾
性的なふるまいは、ストレス（加えた圧力）を歪（圧力
によって生じた物理的寸法の変化）に関連づける材料定
数によって記述することができる。ヤング率Ｙはこのよ
うな定数の一つである。タングステンから成るプローブ
の先端部はシリコン基板より相対的に硬いものとなって
いる（すなわち、タングステンのプローブ先端部のヤン
グ率はシリコンの約３倍である）。
ブ１０の調整、より具体的には図２に示すようなプロー
ブ先端部１２の調整の際、有限な弾性変形または有限な
一時的な変形が生じる。このような変形が生じるのは、
一つには誘電体層１６および基板１４が弾性を有してい
るからである。有限な一時的変形は主に、比較的硬い針
先端部１２が強い圧力で（すなわち、狭い接触面積で）
接触するために生じる。弾性体に何かが強い圧力で接触
した場合、一時的な弾性変形が接触点付近で生じる。固
体材料では、原子が、極微的に見ればバネとして機能す
る結合によって互いに保持されている。様々な材料の弾
性的なふるまいは、ストレス（加えた圧力）を歪（圧力
によって生じた物理的寸法の変化）に関連づける材料定
数によって記述することができる。ヤング率Ｙはこのよ
うな定数の一つである。タングステンから成るプローブ
の先端部はシリコン基板より相対的に硬いものとなって
いる（すなわち、タングステンのプローブ先端部のヤン
グ率はシリコンの約３倍である）。
【００１６】本発明にもとづくプローブ先端部１２の、
制御した塑性変形の結果、プローブ先端部１２はＰＯＳ
の電気特性の測定にとって最適な形状となる。すなわ
ち、先端部１２は、例えば約３，５００μｍ（約１３５
ｍｉｌ）というより大きい曲率半径を有するようにな
り、そして部分的に硬くなって機械的安定性が増す。従
って、このようなプローブ１０によって、（１）高圧で
の密着に必要な狭い面積の確保と、（２）ＰＯＳ測定に
おける電気ノイズの最小化に必要な十分に広い面積の確
保とを両立させている。
制御した塑性変形の結果、プローブ先端部１２はＰＯＳ
の電気特性の測定にとって最適な形状となる。すなわ
ち、先端部１２は、例えば約３，５００μｍ（約１３５
ｍｉｌ）というより大きい曲率半径を有するようにな
り、そして部分的に硬くなって機械的安定性が増す。従
って、このようなプローブ１０によって、（１）高圧で
の密着に必要な狭い面積の確保と、（２）ＰＯＳ測定に
おける電気ノイズの最小化に必要な十分に広い面積の確
保とを両立させている。
【００１７】本発明の他の実施例として、上述した方法
にもとづくＰＯＳプローブを作製するためのＰＯＳ装置
１００について、図５を参照して説明する。ＰＯＳ装置
１００は、本発明のＰＯＳプローブを用いて半導体基板
１４上の誘電体層１６の電気特性を測定することを可能
とするものである。ＰＯＳ装置１００は、半導体基板を
所定の位置に支持する手段１１０を備えている。この手
段１１０としては、例えばよく知られた導電半導体ウエ
ハー・チャックなどを用いることができる。第１の適切
な接続手段１１２を基板１４および基板支持手段１１０
に電気的に接続させる。非導電性のクランプなどの適切
な手段１１４を、導電プローブ針１０を保持するため
に、そして望ましくは半導体基板１４にほぼ垂直にプロ
ーブ針を配置するために設ける。プローブ針１０は、接
触させない状態では、第１の半径の丸い先端部を有し、
そしてこの先端部は上述した塑性変形に適したものとな
っている。
にもとづくＰＯＳプローブを作製するためのＰＯＳ装置
１００について、図５を参照して説明する。ＰＯＳ装置
１００は、本発明のＰＯＳプローブを用いて半導体基板
１４上の誘電体層１６の電気特性を測定することを可能
とするものである。ＰＯＳ装置１００は、半導体基板を
所定の位置に支持する手段１１０を備えている。この手
段１１０としては、例えばよく知られた導電半導体ウエ
ハー・チャックなどを用いることができる。第１の適切
な接続手段１１２を基板１４および基板支持手段１１０
に電気的に接続させる。非導電性のクランプなどの適切
な手段１１４を、導電プローブ針１０を保持するため
に、そして望ましくは半導体基板１４にほぼ垂直にプロ
ーブ針を配置するために設ける。プローブ針１０は、接
触させない状態では、第１の半径の丸い先端部を有し、
そしてこの先端部は上述した塑性変形に適したものとな
っている。
【００１８】手段１１６は第１の接続手段１１２とプロ
ーブ針１０との間を電気的に接続している。手段１１６
は、以下にさらに説明するように、プローブ針１０を誘
電体層に電気的に接触させたとき、キャパシタンス−電
圧測定値などの誘電体１６の電気特性を表す電気特性測
定値を得るためのものである。電気特性測定手段１１６
には、ウエハー・チャック１１０および基板１４に電気
的接触手段１１２を経てＡＣ出力信号を供給するための
ＡＣ発生器１１８を備えている。ＡＣ発生器には適当な
既知のものを用いることができる。ＡＣ発生器１１８は
さらにロックイン増幅器１２０に接続し、ＡＣ発生器１
１８からロックイン増幅器１２０の同期入力端子に同期
ＡＣ出力信号を供給するようにしている。ロックイン増
幅器１２０は適当な既知のロックイン増幅器によって構
成できる。電気特性測定手段１１６には、さらに抵抗Ｒ
１、キャパシタＣ、ならびに抵抗Ｒ２の回路を設け、そ
れはプローブ先端部１２と反対側の位置でプローブに電
気的に接続している。さらに高インピーダンスのバッフ
ァ１２２を設け、その一端はキャパシタＣと抵抗Ｒ２と
の間のノードに接続し、他端はロックイン増幅器１２０
に接続している。高インピーダンスのバッファ１２２は
プローブ針１０に接近して配置し、それによって、測定
すべきＰＯＳの小さいキャパシタンスに対して良好なＳ
Ｎ比を得ている。バッファ１２２はロックイン増幅器１
２０の信号入力端子に電気的に接続している。ＤＣラン
プ発生器１２４は抵抗Ｒ１の反対側の端部に電気的に接
続し、さらにＸ−Ｙプロッタ１２６のＸ入力端子に接続
している。ＤＣランプ発生器１２４およびＸ−Ｙプロッ
タ１２６はそれぞれ既知の適当なＤＣランプ発生器およ
びＸ−Ｙプロッタによって構成できる。ロックイン増幅
器１２０の信号出力端子はＸ−Ｙプロッタ１２６のＹ入
力端子に接続している。
ーブ針１０との間を電気的に接続している。手段１１６
は、以下にさらに説明するように、プローブ針１０を誘
電体層に電気的に接触させたとき、キャパシタンス−電
圧測定値などの誘電体１６の電気特性を表す電気特性測
定値を得るためのものである。電気特性測定手段１１６
には、ウエハー・チャック１１０および基板１４に電気
的接触手段１１２を経てＡＣ出力信号を供給するための
ＡＣ発生器１１８を備えている。ＡＣ発生器には適当な
既知のものを用いることができる。ＡＣ発生器１１８は
さらにロックイン増幅器１２０に接続し、ＡＣ発生器１
１８からロックイン増幅器１２０の同期入力端子に同期
ＡＣ出力信号を供給するようにしている。ロックイン増
幅器１２０は適当な既知のロックイン増幅器によって構
成できる。電気特性測定手段１１６には、さらに抵抗Ｒ
１、キャパシタＣ、ならびに抵抗Ｒ２の回路を設け、そ
れはプローブ先端部１２と反対側の位置でプローブに電
気的に接続している。さらに高インピーダンスのバッフ
ァ１２２を設け、その一端はキャパシタＣと抵抗Ｒ２と
の間のノードに接続し、他端はロックイン増幅器１２０
に接続している。高インピーダンスのバッファ１２２は
プローブ針１０に接近して配置し、それによって、測定
すべきＰＯＳの小さいキャパシタンスに対して良好なＳ
Ｎ比を得ている。バッファ１２２はロックイン増幅器１
２０の信号入力端子に電気的に接続している。ＤＣラン
プ発生器１２４は抵抗Ｒ１の反対側の端部に電気的に接
続し、さらにＸ−Ｙプロッタ１２６のＸ入力端子に接続
している。ＤＣランプ発生器１２４およびＸ−Ｙプロッ
タ１２６はそれぞれ既知の適当なＤＣランプ発生器およ
びＸ−Ｙプロッタによって構成できる。ロックイン増幅
器１２０の信号出力端子はＸ−Ｙプロッタ１２６のＹ入
力端子に接続している。
【００１９】位置決め手段１２８は保持手段１１４に機
械的に接続し、これによって保持手段１１４が保持する
プローブ針１０を半導体基板１４上の誘電体層１６上に
くるように保持手段１１４を配置する。位置決め手段１
２８は、例えば、屈曲アーム１３０あるいはフラット・
スプリングを有する直線並進装置など、適当な機械的手
段によって構成できる。位置決め手段１２８は電気的に
制御できることが望ましい。屈曲アーム１３０の移動
は、図５に矢印で示すように、上方向あるいは下方向の
移動であり、針１０を効果的に上下動させる。針１０が
誘電体層１６に接触した後も、さらに屈曲アーム１３０
を下方向に移動させると、針１０に力が加わる。屈曲ア
ーム１３０の偏向量は、誘電体層１６上の針１０に加わ
る力の強さに比例するので、針１０に対する力の強さを
表す指標となる。屈曲アーム１３０の偏向量は、変位変
換器や電子回路などの適当な手段によって測定すること
ができる。
械的に接続し、これによって保持手段１１４が保持する
プローブ針１０を半導体基板１４上の誘電体層１６上に
くるように保持手段１１４を配置する。位置決め手段１
２８は、例えば、屈曲アーム１３０あるいはフラット・
スプリングを有する直線並進装置など、適当な機械的手
段によって構成できる。位置決め手段１２８は電気的に
制御できることが望ましい。屈曲アーム１３０の移動
は、図５に矢印で示すように、上方向あるいは下方向の
移動であり、針１０を効果的に上下動させる。針１０が
誘電体層１６に接触した後も、さらに屈曲アーム１３０
を下方向に移動させると、針１０に力が加わる。屈曲ア
ーム１３０の偏向量は、誘電体層１６上の針１０に加わ
る力の強さに比例するので、針１０に対する力の強さを
表す指標となる。屈曲アーム１３０の偏向量は、変位変
換器や電子回路などの適当な手段によって測定すること
ができる。
【００２０】制御手段１３４は位置決め手段１２８に電
気的に接続し、位置決め手段１２８を制御して、（ｉ）
プローブ針１０を調整する第１の動作モード、および
（ii）電気特性測定手段１１６から電気特性測定値を得
る第２の動作モードで、位置決め手段１２８を動作させ
る。制御手段１３４はさらにロックイン増幅器１２０に
電気的に接続し、増幅器１２０からその出力信号を受信
する。制御手段１３４は、コンピュータなどの適当な制
御装置によって構成でき、この制御装置は上記必要な機
能を果たすよう、既知の手法でプログラムする。
気的に接続し、位置決め手段１２８を制御して、（ｉ）
プローブ針１０を調整する第１の動作モード、および
（ii）電気特性測定手段１１６から電気特性測定値を得
る第２の動作モードで、位置決め手段１２８を動作させ
る。制御手段１３４はさらにロックイン増幅器１２０に
電気的に接続し、増幅器１２０からその出力信号を受信
する。制御手段１３４は、コンピュータなどの適当な制
御装置によって構成でき、この制御装置は上記必要な機
能を果たすよう、既知の手法でプログラムする。
【００２１】さらに説明すると、制御手段１３４は位置
決め手段１２８を制御して、望ましい下方向の力を発生
する。具体的には、位置決め手段１２８は制御手段１３
４によって制御し、以下のように第１のモードおよび第
２のモードで動作させる。第１のモードでは、位置決め
手段１２８は針先端部１２を誘電体層１６の滑らかな表
面上に下降させ、第１の制御した状態で、針先端部１２
に塑性変形を起させる。その際、丸い針先端部１２の外
側部分１８は第１の半径Ｒ１に維持し、先端部１２の内
側部分２０が、第１の半径より大きい第２の半径Ｒ２と
なるようにする。第２のモードでは、位置決め手段１２
８は針先端部１２を誘電体層１６の滑らかな表面上に下
降させ、第２の制御した状態で、誘電体層１６に密着さ
せ、そして電気的に接触させる。その際、接触部の直径
Ｄ２は、丸い針先端部１２の内側部分２０（すなわち、
直径Ｄ１）と同程度のものとなるようにする。
決め手段１２８を制御して、望ましい下方向の力を発生
する。具体的には、位置決め手段１２８は制御手段１３
４によって制御し、以下のように第１のモードおよび第
２のモードで動作させる。第１のモードでは、位置決め
手段１２８は針先端部１２を誘電体層１６の滑らかな表
面上に下降させ、第１の制御した状態で、針先端部１２
に塑性変形を起させる。その際、丸い針先端部１２の外
側部分１８は第１の半径Ｒ１に維持し、先端部１２の内
側部分２０が、第１の半径より大きい第２の半径Ｒ２と
なるようにする。第２のモードでは、位置決め手段１２
８は針先端部１２を誘電体層１６の滑らかな表面上に下
降させ、第２の制御した状態で、誘電体層１６に密着さ
せ、そして電気的に接触させる。その際、接触部の直径
Ｄ２は、丸い針先端部１２の内側部分２０（すなわち、
直径Ｄ１）と同程度のものとなるようにする。
【００２２】動作について説明すると、ＰＯＳ装置１０
０は本発明にもとづいて動作し、以下のようにＰＯＳプ
ローブ１０を調整し、そしてＰＯＳの電気特性の測定を
行なう。ＰＯＳプローブ１０を調整する場合、未調整の
プローブ針を保持手段１１４内に挿入する。制御手段１
３４は位置決め手段１２８を制御し、針先端部１２を穏
やかに誘電体層１６に接触させ、その後、力を加えて針
先端部１２を誘電体層１６上に押し付ける。その力は、
第１の圧力から第２の圧力の範囲の圧力を発生するのに
十分な力とし、その圧力によって針先端部は望ましく塑
性変形し、さらにまた硬くなる。望ましくは、上記圧力
は０〜７０．３ｇ／ｍｍ2 程度（０〜１００ｐｓｉ程
度）の第１の圧力から７０，３００〜１０５，０００ｇ
／ｍｍ2 程度（１００，０００〜１５０，０００ｐｓｉ
程度）の第２の圧力の範囲のものとする。第２の圧力
は、より望ましくは、９１，４００ｇ／ｍｍ2 程度（１
３０，０００ｐｓｉ程度）とする。
０は本発明にもとづいて動作し、以下のようにＰＯＳプ
ローブ１０を調整し、そしてＰＯＳの電気特性の測定を
行なう。ＰＯＳプローブ１０を調整する場合、未調整の
プローブ針を保持手段１１４内に挿入する。制御手段１
３４は位置決め手段１２８を制御し、針先端部１２を穏
やかに誘電体層１６に接触させ、その後、力を加えて針
先端部１２を誘電体層１６上に押し付ける。その力は、
第１の圧力から第２の圧力の範囲の圧力を発生するのに
十分な力とし、その圧力によって針先端部は望ましく塑
性変形し、さらにまた硬くなる。望ましくは、上記圧力
は０〜７０．３ｇ／ｍｍ2 程度（０〜１００ｐｓｉ程
度）の第１の圧力から７０，３００〜１０５，０００ｇ
／ｍｍ2 程度（１００，０００〜１５０，０００ｐｓｉ
程度）の第２の圧力の範囲のものとする。第２の圧力
は、より望ましくは、９１，４００ｇ／ｍｍ2 程度（１
３０，０００ｐｓｉ程度）とする。
【００２３】加える力Ｆ１は、第１の圧力から第２の圧
力へと除々に圧力を強めるようなものとする。ここで第
２の圧力は第１の圧力より大きい。力Ｆ１は、（ｉ）第
１の圧力から第２の圧力へと連続的に徐々に強めるよう
な連続的に増大する力、すなわち第１の力から第２の力
へと連続的に増大する力とするか、あるいは（ii）第１
の圧力から第２の圧力へと階段状に徐々に強めるような
（例えば３，５２０〜７，０３０ｇ／ｍｍ2 （５，００
０〜１０，０００ｐｓｉ）程度の増分で）階段状に増大
する力、すなわち第１の力から第２の力へと階段状に増
大する力とする。
力へと除々に圧力を強めるようなものとする。ここで第
２の圧力は第１の圧力より大きい。力Ｆ１は、（ｉ）第
１の圧力から第２の圧力へと連続的に徐々に強めるよう
な連続的に増大する力、すなわち第１の力から第２の力
へと連続的に増大する力とするか、あるいは（ii）第１
の圧力から第２の圧力へと階段状に徐々に強めるような
（例えば３，５２０〜７，０３０ｇ／ｍｍ2 （５，００
０〜１０，０００ｐｓｉ）程度の増分で）階段状に増大
する力、すなわち第１の力から第２の力へと階段状に増
大する力とする。
【００２４】プローブ針１０に加わる力は、屈曲アーム
１３０の偏向量を見ることによって監視できる。この屈
曲量は上述したように印加力に比例する。力の監視結果
はフィードバックさせ、制御手段１３４において位置決
め手段１２８による位置決めの制御に用いる。
１３０の偏向量を見ることによって監視できる。この屈
曲量は上述したように印加力に比例する。力の監視結果
はフィードバックさせ、制御手段１３４において位置決
め手段１２８による位置決めの制御に用いる。
【００２５】装置１００は以下のように動作してＰＯＳ
の電気特性を効果的に測定する。上述のように調整した
ＰＯＳプローブ１０は、保持手段１１４に挿入する。制
御手段１３４は位置決め手段１２８を制御し、所定の動
作モードで動作させて、針先端部１２を誘電体層１６の
滑らかな表面にゆっくりと押し付けさせる。針先端部１
２は誘電体層の表面に押し付けられて、誘電体層に物理
的に密着し、そして電気的に接触する。その際の接触部
の直径を図４のようにＤ２とすると、直径Ｄ２は丸い先
端部１２の内側部分２０の直径にほぼ等しい。
の電気特性を効果的に測定する。上述のように調整した
ＰＯＳプローブ１０は、保持手段１１４に挿入する。制
御手段１３４は位置決め手段１２８を制御し、所定の動
作モードで動作させて、針先端部１２を誘電体層１６の
滑らかな表面にゆっくりと押し付けさせる。針先端部１
２は誘電体層の表面に押し付けられて、誘電体層に物理
的に密着し、そして電気的に接触する。その際の接触部
の直径を図４のようにＤ２とすると、直径Ｄ２は丸い先
端部１２の内側部分２０の直径にほぼ等しい。
【００２６】さらに詳しく説明すると、位置決め手段１
２８は制御手段１３４によって制御され、針先端部１２
を誘電体層１６に穏やかに接触させ、その後、力Ｆ２に
よって先端部１２を誘電体層１６に押し付ける。この力
Ｆ２は約１４，１００ｇ／ｍｍ2 （約２０，０００ｐｓ
ｉ）の圧力を発生するのに十分な力である。このよう
に、針先端部１２は、接触部の直径がＤ２の状態で、誘
電体層１６および半導体基板１４の表面に押し込まれ
る。誘電体層１６およびその下の基板１４の弾性のた
め、誘電体層および基板は、プローブ先端部１２が誘電
体層１６の表面から離されたとき、元の形状に戻る。す
なわち、この測定モードでは、誘電体層および半導体ウ
エハーの弾性変形の限界を越えることはない。このよう
に、本発明にもとづく調整プローブ針１０を用いること
によってキャパシタンス測定のために最適な接触状態が
達成できる。さらに、調整プローブ針１０はこの状態で
硬くなっており、キャパシタンス測定の際、ほとんど変
形しないので、誘電体層およびその下の基板が変形する
ことになる。従って、本発明にもとづく測定は繰り返し
性が非常に高い。また、本発明による調整プローブ針の
寿命も長い。
２８は制御手段１３４によって制御され、針先端部１２
を誘電体層１６に穏やかに接触させ、その後、力Ｆ２に
よって先端部１２を誘電体層１６に押し付ける。この力
Ｆ２は約１４，１００ｇ／ｍｍ2 （約２０，０００ｐｓ
ｉ）の圧力を発生するのに十分な力である。このよう
に、針先端部１２は、接触部の直径がＤ２の状態で、誘
電体層１６および半導体基板１４の表面に押し込まれ
る。誘電体層１６およびその下の基板１４の弾性のた
め、誘電体層および基板は、プローブ先端部１２が誘電
体層１６の表面から離されたとき、元の形状に戻る。す
なわち、この測定モードでは、誘電体層および半導体ウ
エハーの弾性変形の限界を越えることはない。このよう
に、本発明にもとづく調整プローブ針１０を用いること
によってキャパシタンス測定のために最適な接触状態が
達成できる。さらに、調整プローブ針１０はこの状態で
硬くなっており、キャパシタンス測定の際、ほとんど変
形しないので、誘電体層およびその下の基板が変形する
ことになる。従って、本発明にもとづく測定は繰り返し
性が非常に高い。また、本発明による調整プローブ針の
寿命も長い。
【００２７】上記測定モードで上述のように針先端部１
２が誘電体層１６上に位置決めされた後、電気特性の測
定を行なうことができる。この測定は従来のＭＯＳ測定
法を用いた場合と同様である。同じ基板で行なったＰＯ
Ｓ測定およびＭＯＳ測定の結果のプロットを図６に比較
して示す。なお、ＰＯＳ測定はＭＯＳドットから約０．
５ｍｍの位置で行なった。
２が誘電体層１６上に位置決めされた後、電気特性の測
定を行なうことができる。この測定は従来のＭＯＳ測定
法を用いた場合と同様である。同じ基板で行なったＰＯ
Ｓ測定およびＭＯＳ測定の結果のプロットを図６に比較
して示す。なお、ＰＯＳ測定はＭＯＳドットから約０．
５ｍｍの位置で行なった。
【００２８】他の実施例では、装置１００は電気特性の
測定結果にもとづいて動作し、プローブ針１０を調整す
る。すなわち、制御手段１３４は、プローブ先端部の調
整の際、プローブ先端部１２と基板１４との間のキャパ
シタンスの測定結果をモニタする。そして、キャパシタ
ンスの測定結果を望ましいキャパシタンスと比較する。
この望ましいキャパシタンスとは、使用している特定の
誘電体層に対して既知のキャパシタンスに対応するもの
である。制御手段１３４はキャパシタンスの測定結果に
応じて位置決め手段１２８を効果的に制御でき、上述し
たように、プローブ針１０を調整するための力Ｆ１を与
えることができる。
測定結果にもとづいて動作し、プローブ針１０を調整す
る。すなわち、制御手段１３４は、プローブ先端部の調
整の際、プローブ先端部１２と基板１４との間のキャパ
シタンスの測定結果をモニタする。そして、キャパシタ
ンスの測定結果を望ましいキャパシタンスと比較する。
この望ましいキャパシタンスとは、使用している特定の
誘電体層に対して既知のキャパシタンスに対応するもの
である。制御手段１３４はキャパシタンスの測定結果に
応じて位置決め手段１２８を効果的に制御でき、上述し
たように、プローブ針１０を調整するための力Ｆ１を与
えることができる。
【００２９】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。 （１）半導体基板上の滑らかな表面を有する誘電体層の
プローブ−酸化物−半導体（ＰＯＳ）電気特性の測定に
適したプローブを形成する方法において、（ａ）導電性
のプローブ針を用意するステップを含み、前記針は第１
の半径の丸い先端部を有し、前記丸い先端部はさらに塑
性変形を生じるのに適しており、（ｂ）前記針を前記半
導体基板上の前記誘電体層の上に位置決めし、前記針の
先端部を前記誘電体層の前記滑らかな表面に、制御しつ
つ押し付けるステップを含み、その結果、前記針先端部
に塑性変形を起させ、そのとき前記丸い先端部の外側部
分は第１の半径を維持し、前記丸い先端部の内側部分
は、その半径を第２の半径に増大させ、前記第２の半径
は前記第１の半径より大きいことを特徴とする方法。 （２）ステップ（ｂ）はさらに、前記針を前記半導体基
板に対してほぼ垂直に配置し、前記針先端部を前記誘電
体層に接触させ、その後、前記針先端部を前記誘電体層
上に、第１の圧力から第２の圧力の範囲の圧力を生じる
のに十分な力で押し付けるステップを含み、前記針先端
部は塑性変形し、その結果、硬くなることを特徴とする
上記（１）に記載の方法。 （３）ステップ（ａ）はさらに、半径が１２．７μｍ
（０．５ｍｉｌ）の丸い先端部を有するタングステン針
を用意するステップを含み、ステップ（ｂ）の前記第１
の圧力と前記第２の圧力はそれぞれ０〜７０．３ｇ／ｍ
ｍ2 程度（０〜１００ｐｓｉ程度）および７０，３００
〜１０５，５００ｇ／ｍｍ2 程度（１００，０００〜１
５０，０００ｐｓｉ程度）の圧力であることを特徴とす
る上記（２）に記載の方法。 （４）ステップ（ｂ）はさらに、前記針を前記半導体基
板に対してほぼ垂直に配置し、前記針先端部を前記誘電
体層に接触させ、その後、前記針先端部を前記誘電体層
上に、第１の圧力から第２の圧力へ徐々に増大する圧力
を生じるのに十分な力で押し付けるステップを含み、前
記第２の圧力は前記第１の圧力より大きく、前記針先端
部は塑性変形し、その結果、硬くなることを特徴とする
上記（１）に記載の方法。 （５）ステップ（ａ）はさらに半径が１２．７μｍ
（０．５ｍｉｌ）の丸い先端部を有するタングステンの
針を用意するステップを含み、ステップ（ｂ）の前記第
１の圧力と前記第２の圧力はそれぞれ０〜７０．３ｇ／
ｍｍ2 程度（０〜１００ｐｓｉ程度）および７０，３０
０〜１０５，５００ｇ／ｍｍ2 程度（１００，０００〜
１５０，０００ｐｓｉ程度）の圧力であることを特徴と
する上記（４）に記載の方法。 （６）ステップ（ｂ）の前記力は、第１の圧力から第２
の圧力へ連続的に徐々に増大する圧力を生じるのに十分
な力であり、前記力は第１の力から第２の力へ連続的に
増大することを特徴とする上記（４）に記載の方法。 （７）ステップ（ｂ）の前記力は、第１の圧力から第２
の圧力へ階段状に徐々に増大する圧力を生じるのに十分
な力であり、前記力は第１の力から第２の力へ階段状に
増大することを特徴とする上記（４）に記載の方法。 （８）ステップ（ａ）はさらに、半径が１２．７μｍ
（０．５ｍｉｌ）の丸い先端部を有する針を用意するス
テップを含み、ステップ（ｂ）はさらに、前記針を前記
半導体基板に対してほぼ垂直に配置し、前記針先端部を
前記誘電体層に接触させ、その後、前記針先端部を前記
誘電体層上に、７０，３００〜１０５，５００ｇ／ｍｍ
2 （１００，０００〜１５０，０００ｐｓｉ）程度の範
囲の圧力を生じるのに十分な力で押し付けるステップを
含み、そのとき前記丸い先端部の外側部分は半径を１
２．７μｍ（０．５ｍｉｌ）に維持し、前記丸い先端部
の内側部分はその半径が３４３０μｍ（１３５ｍｉｌ）
程度の第２の半径に増大し、前記針先端部は塑性変形
し、その結果、硬くなることを特徴とする上記（１）に
記載の方法。 （９）ステップ（ａ）はさらに、タングステン針を用意
するステップを含むことを特徴とする上記（８）に記載
の方法。 （１０）半導体基板上の滑らかな表面を有する誘電体層
のプローブ−酸化物−半導体（ＰＯＳ）電気特性の測定
に適したプローブを形成する方法において、（ａ）導電
性のプローブ針を用意するステップを含み、前記針はタ
ングステン針から成り、１２．７μｍ（０．５ｍｉｌ）
程度の第１の半径の丸い先端部を有し、前記丸い先端部
はさらに塑性変形を生じるのに適しており、（ｂ）前記
針を前記半導体基板上の前記誘電体層の上に、この誘電
体層にほぼ垂直に配置し、前記針の先端部を前記誘電体
層に接触させ、その後、前記誘電体層の前記滑らかな表
面に、制御しつつ押し付けるステップを含み、その結
果、前記針先端部に塑性変形を起させ、そのとき前記丸
い先端部の外側部分は第１の半径を維持し、前記丸い先
端部の内側部分は、その半径を第２の半径に増大し、前
記第２の半径は前記第１の半径より大きく、前記針先端
部を前記誘電体層に押し付けるステップはさらに、９
１，４００ｇ／ｍｍ2 （１３０，０００ｐｓｉ）程度の
圧力を生じるのに十分な力を加えるステップを含み、そ
のとき前記丸い先端部の外側部分はその半径を１２．７
μｍ（０．５ｍｉｌ）に維持し、前記丸い先端部の内側
部分の半径は３４３０μｍ（１３５ｍｉｌ）程度の第２
の半径に増大し、前記針先端部は塑性変形して、その結
果、硬くなることを特徴とする方法。 （１１）半導体基板上の滑らかな表面を有する誘電体層
のプローブ−酸化物−半導体（ＰＯＳ）電気特性の測定
に適したプローブにおいて、（ａ）導電性のプローブ針
を用意するステップを含み、前記針は第１の半径の丸い
先端部を有し、前記丸い先端部はさらに塑性変形を生じ
るのに適しており、（ｂ）前記針を前記半導体基板上の
前記誘電体層の上に位置決めし、前記針の先端部を前記
誘電体層の前記滑らかな表面に、制御しつつ押し付ける
ステップを含み、その結果、前記針先端部に塑性変形を
起させ、そのとき前記丸い先端部の外側部分は第１の半
径を維持し、前記丸い先端部の内側部分は、その半径を
第２の半径に増大させ、前記第２の半径は前記第１の半
径より大きいという方法によって形成されることを特徴
とするプローブ。 （１２）ステップ（ｂ）はさらに、前記針を前記半導体
基板に対してほぼ垂直に配置し、前記針先端部を前記誘
電体層に接触させ、その後、前記針先端部を前記誘電体
層上に、第１の圧力から第２の圧力の範囲の圧力を生じ
るのに十分な力で押し付けるステップを含み、前記針先
端部は塑性変形し、その結果、硬くなることを特徴とす
る上記（１１）に記載のプローブ。 （１３）ステップ（ａ）はさらに、半径が１２．７μｍ
（０．５ｍｉｌ）の丸い先端部を有するタングステン針
を用意するステップを含み、ステップ（ｂ）の前記第１
の圧力と前記第２の圧力はそれぞれ０〜７０．３ｇ／ｍ
ｍ2 程度（０〜１００ｐｓｉ程度）および７０，３００
〜１０５，５００ｇ／ｍｍ2 程度（１００，０００〜１
５０，０００ｐｓｉ程度）の圧力であることを特徴とす
る上記（１２）に記載のプローブ。 （１４）ステップ（ｂ）はさらに、前記針を前記半導体
基板に対してほぼ垂直に配置し、前記針先端部を前記誘
電体層に接触させ、その後、前記針先端部を前記誘電体
層上に、第１の圧力から第２の圧力へ徐々に増大する圧
力を生じるのに十分な力で押し付けるステップを含み、
前記第２の圧力は前記第１の圧力より大きく、前記針先
端部は塑性変形し、その結果、硬くなることを特徴とす
る上記（１１）に記載のプローブ。 （１５）ステップ（ａ）はさらに半径が１２．７μｍ
（０．５ｍｉｌ）の丸い先端部を有するタングステンの
針を用意するステップを含み、ステップ（ｂ）の前記第
１の圧力と前記第２の圧力はそれぞれ０〜７０．３ｇ／
ｍｍ2 程度（０〜１００ｐｓｉ程度）および７０，３０
０〜１０５，５００ｇ／ｍｍ2 程度（１００，０００〜
１５０，０００ｐｓｉ程度）の圧力であることを特徴と
する上記（１４）に記載のプローブ。 （１６）ステップ（ｂ）の前記力は、第１の圧力から第
２の圧力へ連続的に徐々に増大する圧力を生じるのに十
分な力であり、前記力は第１の力から第２の力へ連続的
に増大することを特徴とする上記（１４）に記載のプロ
ーブ。 （１７）ステップ（ｂ）の前記力は、第１の圧力から第
２の圧力へ階段状に徐々に増大する圧力を生じるのに十
分な力であり、前記力は第１の力から第２の力へ階段状
に増大することを特徴とする上記（１４）に記載のプロ
ーブ。 （１８）ステップ（ａ）はさらに、半径が１２．７μｍ
（０．５ｍｉｌ）の丸い先端部を有する針を用意するス
テップを含み、ステップ（ｂ）はさらに、前記針を前記
半導体基板に対してほぼ垂直に配置し、前記針先端部を
前記誘電体層に接触させ、その後、前記針先端部を前記
誘電体層上に、７０，３００〜１０５，５００ｇ／ｍｍ
2 程度（１００，０００〜１５０，０００ｐｓｉ）程度
の範囲の圧力を生じるのに十分な力で押し付けるステッ
プを含み、そのとき前記丸い先端部の外側の部分は半径
を１２．７μｍ（０．５ｍｉｌ）に維持し、前記丸い先
端部の内側の部分はその半径を３４３０μｍ（１３５ｍ
ｉｌ）程度の第２の半径に増大し、前記針先端部は塑性
変形し、その結果、硬くなることを特徴とする上記（１
１）に記載のプローブ。 （１９）ステップ（ａ）はさらに、タングステン針を用
意するステップを含むことを特徴とする上記（１８）に
記載のプローブ。 （２０）半導体基板上の滑らかな表面を有する誘電体層
のプローブ−酸化物−半導体（ＰＯＳ）電気特性の測定
に適したプローブにおいて、（ａ）導電性のプローブ針
を用意するステップを含み、前記針はタングステン針か
ら成り、１２．７μｍ（０．５ｍｉｌ）程度の第１の半
径の丸い先端部を有し、前記丸い先端部はさらに塑性変
形を生じるのに適しており、（ｂ）前記針を前記半導体
基板上の前記誘電体層の上に、この誘電体層にほぼ垂直
に配置し、前記針の先端部を前記誘電体層に接触させ、
その後、前記誘電体層の前記滑らかな表面に、制御しつ
つ押し付けるステップを含み、その結果、前記針先端部
に塑性変形を起させ、そのとき前記丸い先端部の外側部
分は第１の半径を維持し、前記丸い先端部の内側部分
は、その半径を第２の半径に増大し、前記第２の半径は
前記第１の半径より大きく、前記針先端部を前記誘電体
層に押し付けるステップはさらに、９１，４００ｇ／ｍ
ｍ2 （１３０，０００ｐｓｉ）程度の圧力を生じるのに
十分な力を加えるステップを含み、そのとき前記丸い先
端部の外側部分はその半径を１２．７μｍ（０．５ｍｉ
ｌ）に維持し、前記丸い先端部の内側部分の半径は３４
３０μｍ（１３５ｍｉｌ）程度の第２の半径に増大し、
前記針先端部は塑性変形して、その結果、硬くなるとい
う方法によって形成されることを特徴とするプローブ。 （２１）半導体基板上の滑らかな表面を有する誘電体層
の電気特性を測定するプローブ−酸化物−半導体（ＰＯ
Ｓ）装置において、前記半導体基板を所定の位置に支持
する手段と、前記基板に電気的に接触する第１の接触手
段と、導電性プローブ針を保持する手段とを備え、前記
針は、調整しない状態では、第１の半径の丸い先端部を
有し、前記丸い先端部はさらに塑性変形するのに適して
おり、前記第１の接触手段と前記プローブ針との間に接
続され、電気特性の測定結果を得る手段を備え、前記電
気特性の測定結果は、前記プローブ針が前記誘電体層に
電気的に接触しているときの前記誘電体層の電気特性を
表し、前記保持手段に保持された前記プローブ針を前記
半導体基板上の前記誘電体層の上に配置するよう、前記
保持手段を位置決めする手段を備え、この位置決め手段
は第１のモードと第２のモードで動作し、（ｉ）第１の
モードでは、第１の制御した状態で、前記誘電体層の前
記滑らかな表面に前記針先端部を押し付けて、前記針先
端部を塑性変形させ、そのとき前記丸い先端部の外側部
分は第１の半径を維持し、前記丸い先端部の内側部分
は、その半径を第２の半径に増大させ、前記第２の半径
は前記第１の半径より大きく、（ii）第２のモードで
は、第２の制御した状態で、前記針先端部を前記誘電体
層の前記滑らかな表面に押し付けて、前記誘電体層に接
触させ、そのときの接触部の直径は、前記丸い先端部の
内側部分と同程度以下とし、前記位置決め手段を制御し
て、（ｉ）前記プローブ針を調整する前記第１のモー
ド、および（ii）前記電気特性測定手段から電気特性の
測定結果を得る前記第２のモードで前記位置決め手段を
動作させる手段を備えたことを特徴とする装置。 （２２）前記位置決め手段はさらに、前記針先端部を前
記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を備え、
そして（ｉ）第１のモードでの動作はさらに、前記針先
端部を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端部
を前記誘電体層に、第１の圧力から第２の圧力の範囲の
圧力を生じるのに十分な力で押し付けることを含み、前
記針先端部は塑性変形し、その結果、硬くなることを特
徴とする上記（２１）に記載の装置。 （２３）前記位置決め手段はさらに、前記針先端部を前
記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を備え、
そして（ｉ）第１のモードでの動作はさらに、前記針先
端部を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端部
を前記誘電体層に、第１の圧力から第２の圧力へ除々に
増大する圧力を生じるのに十分な力で押し付けることを
含み、前記第２の圧力は前記第１の圧力より大きく、前
記針先端部は塑性変形し、その結果、硬くなることを特
徴とする上記（２１）に記載の装置。 （２４）前記位置決め手段はさらに、前記針先端部を前
記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を備え、
そして（ｉ）第１のモードでの動作はさらに、前記針先
端部を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端部
を前記誘電体層に、９１，４００ｇ／ｍｍ2 （１３０，
０００ｐｓｉ）程度の圧力を生じるのに十分な力で押し
付けることを含み、前記針先端部は塑性変形し、その結
果、硬くなり、第２のモードでの動作はさらに、前記針
先端部を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端
部を前記誘電体層に、１４，１００ｇ／ｍｍ2 （２０，
０００ｐｓｉ）程度の圧力を生じるのに十分な力で押し
付けることを含むことを特徴とする上記（２１）に記載
の装置。 （２５）滑らかな表面を有する下側半導体基板上の滑ら
かな表面を有する誘電体層のプローブ−酸化物−半導体
（ＰＯＳ）電気特性を測定するのに適したプローブを調
整する装置において、前記半導体基板を所定の位置に支
持する手段と、導電性プローブ針を保持する手段とを備
え、前記針は第１の半径の丸い先端部を有し、前記丸い
先端部はさらに塑性変形するのに適しており、前記保持
手段に保持された前記プローブ針を前記半導体基板上の
前記誘電体層の上に配置するよう、前記保持手段を位置
決めする手段を備え、前記位置決め手段はプローブ調整
モードで動作し、第１の制御した状態で、前記針先端部
を前記誘電体層の前記滑らかな表面上に押し付け、前記
針先端部に塑性変形を起させ、そのとき前記丸い先端部
の外側部分は前記第１の半径を維持し、前記丸い先端部
の内側部分は、その半径を第２の半径に増大させ、前記
第２の半径は前記第１の半径より大きく、前記位置決め
手段を制御して、前記プローブ針を調整する前記調整モ
ードで前記位置決め手段を動作させる手段を備えたこと
を特徴とする装置。 （２６）前記位置決め手段はさらに、前記針先端部を前
記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を備え、
そして前記調整モードでの動作はさらに、前記針先端部
を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端部を前
記誘電体層に、第１の圧力から第２の圧力の範囲の圧力
を生じるのに十分な力で押し付けることを含み、前記針
先端部は塑性変形し、その結果、硬くなることを特徴と
する上記（２５）に記載の装置。 （２７）前記位置決め手段はさらに、前記針先端部を前
記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を備え、
そして前記調整モードでの動作はさらに、前記針先端部
を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端部を前
記誘電体層に、第１の圧力から第２の圧力へ除々に増大
する圧力を生じるのに十分な力で押し付けることを含
み、前記第２の圧力は前記第１の圧力より大きく、前記
針先端部は塑性変形し、その結果、硬くなることを特徴
とする上記（２５）に記載の装置。 （２８）前記位置決め手段はさらに、前記針先端部を前
記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を備え、
そして前記調整モードでの動作はさらに、前記針先端部
を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端部を前
記誘電体層に、９１，４００ｇ／ｍｍ2 （１３０，００
０ｐｓｉ）程度の圧力を生じるのに十分な力で押し付け
ることを含み、前記針先端部は塑性変形し、その結果、
硬くなることを特徴とする上記（２５）に記載の装置。 （２９）滑らかな表面を有する下側半導体基板上の滑ら
かな表面を有する誘電体層のプローブ−酸化物−半導体
（ＰＯＳ）電気特性を測定するのに適したプローブを調
整する装置において、前記半導体基板を所定の位置に支
持する手段と、前記基板に電気的に接続する第１の接続
手段と、導電性プローブ針を保持する手段とを備え、前
記針は第１の半径の丸い先端部を有し、前記丸い先端部
はさらに塑性変形するのに適しており、前記第１の接続
手段と、前記保持手段に保持された前記プローブ針との
間に接続され、電気特性の測定結果を得る手段を備え、
前記電気特性の測定結果は、前記プローブ針が前記誘電
体層に電気的に接触しているときの前記誘電体層の電気
特性を表し、前記保持手段に保持された前記プローブ針
を前記半導体基板上の前記誘電体層の上に配置するよ
う、前記保持手段を位置決めする手段を備え、前記位置
決め手段は調整モードで動作し、制御した状態で、前記
誘電体層の前記滑らかな表面に前記針先端部を押し付け
て、前記針先端部を塑性変形させ、そのとき前記丸い先
端部の外側部分は第１の半径を維持し、前記丸い先端部
の内側部分は、その半径を第２の半径に増大させ、前記
第２の半径は前記第１の半径より大きく、前記位置決め
手段を制御して、前記プローブ針を調整する前記調整モ
ードで前記位置決め手段を動作させる手段を備えたこと
を特徴とする装置。 （３０）前記位置決め手段はさらに、前記針先端部を前
記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を備え、
そして前記調整モードでの動作はさらに、前記針先端部
を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端部を前
記誘電体層に、第１の圧力から第２の圧力の範囲の圧力
を生じるのに十分な力で押し付けることを含み、前記針
先端部は塑性変形し、その結果、硬くなり、前記制御手
段は前記電気特性測定手段に応答して前記位置決め手段
の前記調整モードを終了させることを特徴とする上記
（２９）に記載の装置。 （３１）前記位置決め手段はさらに、前記針先端部を前
記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を備え、
そして前記調整モードでの動作はさらに、前記針先端部
を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端部を前
記誘電体層に、第１の圧力から第２の圧力へ除々に増大
する圧力を生じるのに十分な力で押し付けることを含
み、前記第２の圧力は前記第１の圧力より大きく、前記
針先端部は塑性変形し、その結果、硬くなり、前記制御
手段は前記電気特性測定手段に応答して前記位置決め手
段の前記調整モードを終了させることを特徴とする上記
（２９）に記載の装置。 （３２）前記位置決め手段はさらに、前記針先端部を前
記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を備え、
そして前記調整モードでの動作はさらに、前記針先端部
を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端部を前
記誘電体層に、７０，３００〜１０５，５００ｇ／ｍｍ
2 （１００，０００〜１５０，０００ｐｓｉ）程度の圧
力を生じるのに十分な力で押し付けることを含み、前記
針先端部は塑性変形し、その結果、硬くなり、前記制御
手段は前記電気特性測定手段に応答して前記位置決め手
段の前記調整モードを終了させることを特徴とする上記
（２９）に記載の装置。 （３３）半導体基板上の滑らかな表面を有する誘電体層
の電気特性を測定するプローブ−酸化物−半導体（ＰＯ
Ｓ）装置において、前記半導体基板を所定の位置に支持
する手段と、前記基板に電気的に接続する第１の接続手
段と、導電性プローブ針を保持する手段とを備え、前記
針は丸い先端部を有し、その外側部分は第１の半径を有
し、前記丸い先端部の内側部分は第２の半径を有し、前
記第２の半径は前記第１の半径より大きく、前記丸い先
端部はさらに硬くなっており、前記第１の接続手段と前
記プローブ針との間に接続され、電気特性の測定結果を
得る手段を備え、前記電気特性の測定結果は、前記プロ
ーブ針が前記誘電体層に電気的に接触しているときの前
記誘電体層の電気特性を表し、前記保持手段に保持され
た前記プローブ針を前記半導体基板上の前記誘電体層の
上に配置するよう、前記保持手段を位置決めする手段を
備え、前記位置決め手段は測定モードで動作し、制御し
た状態で、前記誘電体層の前記滑らかな表面に前記針先
端部を押し付けて、前記誘電体層に接触させ、そのとき
の接触部の直径は、前記丸い先端部の内側部分と同程度
以下とし、前記位置決め手段を制御して、前記電気特性
測定手段から前記電気特性の測定結果を得る前記測定モ
ードで前記位置決め手段を動作させる手段を備えたこと
を特徴とする装置。 （３４）前記位置決め手段はさらに、前記針先端部を前
記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を備え、
そして前記測定モードでの動作はさらに、前記針先端部
を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端部を前
記誘電体層に、１４，１００ｇ／ｍｍ2 （２０，０００
ｐｓｉ）程度の圧力を生じるのに十分な力で押し付ける
ことを含むことを特徴とする上記（３３）に記載の装
置。
の事項を開示する。 （１）半導体基板上の滑らかな表面を有する誘電体層の
プローブ−酸化物−半導体（ＰＯＳ）電気特性の測定に
適したプローブを形成する方法において、（ａ）導電性
のプローブ針を用意するステップを含み、前記針は第１
の半径の丸い先端部を有し、前記丸い先端部はさらに塑
性変形を生じるのに適しており、（ｂ）前記針を前記半
導体基板上の前記誘電体層の上に位置決めし、前記針の
先端部を前記誘電体層の前記滑らかな表面に、制御しつ
つ押し付けるステップを含み、その結果、前記針先端部
に塑性変形を起させ、そのとき前記丸い先端部の外側部
分は第１の半径を維持し、前記丸い先端部の内側部分
は、その半径を第２の半径に増大させ、前記第２の半径
は前記第１の半径より大きいことを特徴とする方法。 （２）ステップ（ｂ）はさらに、前記針を前記半導体基
板に対してほぼ垂直に配置し、前記針先端部を前記誘電
体層に接触させ、その後、前記針先端部を前記誘電体層
上に、第１の圧力から第２の圧力の範囲の圧力を生じる
のに十分な力で押し付けるステップを含み、前記針先端
部は塑性変形し、その結果、硬くなることを特徴とする
上記（１）に記載の方法。 （３）ステップ（ａ）はさらに、半径が１２．７μｍ
（０．５ｍｉｌ）の丸い先端部を有するタングステン針
を用意するステップを含み、ステップ（ｂ）の前記第１
の圧力と前記第２の圧力はそれぞれ０〜７０．３ｇ／ｍ
ｍ2 程度（０〜１００ｐｓｉ程度）および７０，３００
〜１０５，５００ｇ／ｍｍ2 程度（１００，０００〜１
５０，０００ｐｓｉ程度）の圧力であることを特徴とす
る上記（２）に記載の方法。 （４）ステップ（ｂ）はさらに、前記針を前記半導体基
板に対してほぼ垂直に配置し、前記針先端部を前記誘電
体層に接触させ、その後、前記針先端部を前記誘電体層
上に、第１の圧力から第２の圧力へ徐々に増大する圧力
を生じるのに十分な力で押し付けるステップを含み、前
記第２の圧力は前記第１の圧力より大きく、前記針先端
部は塑性変形し、その結果、硬くなることを特徴とする
上記（１）に記載の方法。 （５）ステップ（ａ）はさらに半径が１２．７μｍ
（０．５ｍｉｌ）の丸い先端部を有するタングステンの
針を用意するステップを含み、ステップ（ｂ）の前記第
１の圧力と前記第２の圧力はそれぞれ０〜７０．３ｇ／
ｍｍ2 程度（０〜１００ｐｓｉ程度）および７０，３０
０〜１０５，５００ｇ／ｍｍ2 程度（１００，０００〜
１５０，０００ｐｓｉ程度）の圧力であることを特徴と
する上記（４）に記載の方法。 （６）ステップ（ｂ）の前記力は、第１の圧力から第２
の圧力へ連続的に徐々に増大する圧力を生じるのに十分
な力であり、前記力は第１の力から第２の力へ連続的に
増大することを特徴とする上記（４）に記載の方法。 （７）ステップ（ｂ）の前記力は、第１の圧力から第２
の圧力へ階段状に徐々に増大する圧力を生じるのに十分
な力であり、前記力は第１の力から第２の力へ階段状に
増大することを特徴とする上記（４）に記載の方法。 （８）ステップ（ａ）はさらに、半径が１２．７μｍ
（０．５ｍｉｌ）の丸い先端部を有する針を用意するス
テップを含み、ステップ（ｂ）はさらに、前記針を前記
半導体基板に対してほぼ垂直に配置し、前記針先端部を
前記誘電体層に接触させ、その後、前記針先端部を前記
誘電体層上に、７０，３００〜１０５，５００ｇ／ｍｍ
2 （１００，０００〜１５０，０００ｐｓｉ）程度の範
囲の圧力を生じるのに十分な力で押し付けるステップを
含み、そのとき前記丸い先端部の外側部分は半径を１
２．７μｍ（０．５ｍｉｌ）に維持し、前記丸い先端部
の内側部分はその半径が３４３０μｍ（１３５ｍｉｌ）
程度の第２の半径に増大し、前記針先端部は塑性変形
し、その結果、硬くなることを特徴とする上記（１）に
記載の方法。 （９）ステップ（ａ）はさらに、タングステン針を用意
するステップを含むことを特徴とする上記（８）に記載
の方法。 （１０）半導体基板上の滑らかな表面を有する誘電体層
のプローブ−酸化物−半導体（ＰＯＳ）電気特性の測定
に適したプローブを形成する方法において、（ａ）導電
性のプローブ針を用意するステップを含み、前記針はタ
ングステン針から成り、１２．７μｍ（０．５ｍｉｌ）
程度の第１の半径の丸い先端部を有し、前記丸い先端部
はさらに塑性変形を生じるのに適しており、（ｂ）前記
針を前記半導体基板上の前記誘電体層の上に、この誘電
体層にほぼ垂直に配置し、前記針の先端部を前記誘電体
層に接触させ、その後、前記誘電体層の前記滑らかな表
面に、制御しつつ押し付けるステップを含み、その結
果、前記針先端部に塑性変形を起させ、そのとき前記丸
い先端部の外側部分は第１の半径を維持し、前記丸い先
端部の内側部分は、その半径を第２の半径に増大し、前
記第２の半径は前記第１の半径より大きく、前記針先端
部を前記誘電体層に押し付けるステップはさらに、９
１，４００ｇ／ｍｍ2 （１３０，０００ｐｓｉ）程度の
圧力を生じるのに十分な力を加えるステップを含み、そ
のとき前記丸い先端部の外側部分はその半径を１２．７
μｍ（０．５ｍｉｌ）に維持し、前記丸い先端部の内側
部分の半径は３４３０μｍ（１３５ｍｉｌ）程度の第２
の半径に増大し、前記針先端部は塑性変形して、その結
果、硬くなることを特徴とする方法。 （１１）半導体基板上の滑らかな表面を有する誘電体層
のプローブ−酸化物−半導体（ＰＯＳ）電気特性の測定
に適したプローブにおいて、（ａ）導電性のプローブ針
を用意するステップを含み、前記針は第１の半径の丸い
先端部を有し、前記丸い先端部はさらに塑性変形を生じ
るのに適しており、（ｂ）前記針を前記半導体基板上の
前記誘電体層の上に位置決めし、前記針の先端部を前記
誘電体層の前記滑らかな表面に、制御しつつ押し付ける
ステップを含み、その結果、前記針先端部に塑性変形を
起させ、そのとき前記丸い先端部の外側部分は第１の半
径を維持し、前記丸い先端部の内側部分は、その半径を
第２の半径に増大させ、前記第２の半径は前記第１の半
径より大きいという方法によって形成されることを特徴
とするプローブ。 （１２）ステップ（ｂ）はさらに、前記針を前記半導体
基板に対してほぼ垂直に配置し、前記針先端部を前記誘
電体層に接触させ、その後、前記針先端部を前記誘電体
層上に、第１の圧力から第２の圧力の範囲の圧力を生じ
るのに十分な力で押し付けるステップを含み、前記針先
端部は塑性変形し、その結果、硬くなることを特徴とす
る上記（１１）に記載のプローブ。 （１３）ステップ（ａ）はさらに、半径が１２．７μｍ
（０．５ｍｉｌ）の丸い先端部を有するタングステン針
を用意するステップを含み、ステップ（ｂ）の前記第１
の圧力と前記第２の圧力はそれぞれ０〜７０．３ｇ／ｍ
ｍ2 程度（０〜１００ｐｓｉ程度）および７０，３００
〜１０５，５００ｇ／ｍｍ2 程度（１００，０００〜１
５０，０００ｐｓｉ程度）の圧力であることを特徴とす
る上記（１２）に記載のプローブ。 （１４）ステップ（ｂ）はさらに、前記針を前記半導体
基板に対してほぼ垂直に配置し、前記針先端部を前記誘
電体層に接触させ、その後、前記針先端部を前記誘電体
層上に、第１の圧力から第２の圧力へ徐々に増大する圧
力を生じるのに十分な力で押し付けるステップを含み、
前記第２の圧力は前記第１の圧力より大きく、前記針先
端部は塑性変形し、その結果、硬くなることを特徴とす
る上記（１１）に記載のプローブ。 （１５）ステップ（ａ）はさらに半径が１２．７μｍ
（０．５ｍｉｌ）の丸い先端部を有するタングステンの
針を用意するステップを含み、ステップ（ｂ）の前記第
１の圧力と前記第２の圧力はそれぞれ０〜７０．３ｇ／
ｍｍ2 程度（０〜１００ｐｓｉ程度）および７０，３０
０〜１０５，５００ｇ／ｍｍ2 程度（１００，０００〜
１５０，０００ｐｓｉ程度）の圧力であることを特徴と
する上記（１４）に記載のプローブ。 （１６）ステップ（ｂ）の前記力は、第１の圧力から第
２の圧力へ連続的に徐々に増大する圧力を生じるのに十
分な力であり、前記力は第１の力から第２の力へ連続的
に増大することを特徴とする上記（１４）に記載のプロ
ーブ。 （１７）ステップ（ｂ）の前記力は、第１の圧力から第
２の圧力へ階段状に徐々に増大する圧力を生じるのに十
分な力であり、前記力は第１の力から第２の力へ階段状
に増大することを特徴とする上記（１４）に記載のプロ
ーブ。 （１８）ステップ（ａ）はさらに、半径が１２．７μｍ
（０．５ｍｉｌ）の丸い先端部を有する針を用意するス
テップを含み、ステップ（ｂ）はさらに、前記針を前記
半導体基板に対してほぼ垂直に配置し、前記針先端部を
前記誘電体層に接触させ、その後、前記針先端部を前記
誘電体層上に、７０，３００〜１０５，５００ｇ／ｍｍ
2 程度（１００，０００〜１５０，０００ｐｓｉ）程度
の範囲の圧力を生じるのに十分な力で押し付けるステッ
プを含み、そのとき前記丸い先端部の外側の部分は半径
を１２．７μｍ（０．５ｍｉｌ）に維持し、前記丸い先
端部の内側の部分はその半径を３４３０μｍ（１３５ｍ
ｉｌ）程度の第２の半径に増大し、前記針先端部は塑性
変形し、その結果、硬くなることを特徴とする上記（１
１）に記載のプローブ。 （１９）ステップ（ａ）はさらに、タングステン針を用
意するステップを含むことを特徴とする上記（１８）に
記載のプローブ。 （２０）半導体基板上の滑らかな表面を有する誘電体層
のプローブ−酸化物−半導体（ＰＯＳ）電気特性の測定
に適したプローブにおいて、（ａ）導電性のプローブ針
を用意するステップを含み、前記針はタングステン針か
ら成り、１２．７μｍ（０．５ｍｉｌ）程度の第１の半
径の丸い先端部を有し、前記丸い先端部はさらに塑性変
形を生じるのに適しており、（ｂ）前記針を前記半導体
基板上の前記誘電体層の上に、この誘電体層にほぼ垂直
に配置し、前記針の先端部を前記誘電体層に接触させ、
その後、前記誘電体層の前記滑らかな表面に、制御しつ
つ押し付けるステップを含み、その結果、前記針先端部
に塑性変形を起させ、そのとき前記丸い先端部の外側部
分は第１の半径を維持し、前記丸い先端部の内側部分
は、その半径を第２の半径に増大し、前記第２の半径は
前記第１の半径より大きく、前記針先端部を前記誘電体
層に押し付けるステップはさらに、９１，４００ｇ／ｍ
ｍ2 （１３０，０００ｐｓｉ）程度の圧力を生じるのに
十分な力を加えるステップを含み、そのとき前記丸い先
端部の外側部分はその半径を１２．７μｍ（０．５ｍｉ
ｌ）に維持し、前記丸い先端部の内側部分の半径は３４
３０μｍ（１３５ｍｉｌ）程度の第２の半径に増大し、
前記針先端部は塑性変形して、その結果、硬くなるとい
う方法によって形成されることを特徴とするプローブ。 （２１）半導体基板上の滑らかな表面を有する誘電体層
の電気特性を測定するプローブ−酸化物−半導体（ＰＯ
Ｓ）装置において、前記半導体基板を所定の位置に支持
する手段と、前記基板に電気的に接触する第１の接触手
段と、導電性プローブ針を保持する手段とを備え、前記
針は、調整しない状態では、第１の半径の丸い先端部を
有し、前記丸い先端部はさらに塑性変形するのに適して
おり、前記第１の接触手段と前記プローブ針との間に接
続され、電気特性の測定結果を得る手段を備え、前記電
気特性の測定結果は、前記プローブ針が前記誘電体層に
電気的に接触しているときの前記誘電体層の電気特性を
表し、前記保持手段に保持された前記プローブ針を前記
半導体基板上の前記誘電体層の上に配置するよう、前記
保持手段を位置決めする手段を備え、この位置決め手段
は第１のモードと第２のモードで動作し、（ｉ）第１の
モードでは、第１の制御した状態で、前記誘電体層の前
記滑らかな表面に前記針先端部を押し付けて、前記針先
端部を塑性変形させ、そのとき前記丸い先端部の外側部
分は第１の半径を維持し、前記丸い先端部の内側部分
は、その半径を第２の半径に増大させ、前記第２の半径
は前記第１の半径より大きく、（ii）第２のモードで
は、第２の制御した状態で、前記針先端部を前記誘電体
層の前記滑らかな表面に押し付けて、前記誘電体層に接
触させ、そのときの接触部の直径は、前記丸い先端部の
内側部分と同程度以下とし、前記位置決め手段を制御し
て、（ｉ）前記プローブ針を調整する前記第１のモー
ド、および（ii）前記電気特性測定手段から電気特性の
測定結果を得る前記第２のモードで前記位置決め手段を
動作させる手段を備えたことを特徴とする装置。 （２２）前記位置決め手段はさらに、前記針先端部を前
記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を備え、
そして（ｉ）第１のモードでの動作はさらに、前記針先
端部を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端部
を前記誘電体層に、第１の圧力から第２の圧力の範囲の
圧力を生じるのに十分な力で押し付けることを含み、前
記針先端部は塑性変形し、その結果、硬くなることを特
徴とする上記（２１）に記載の装置。 （２３）前記位置決め手段はさらに、前記針先端部を前
記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を備え、
そして（ｉ）第１のモードでの動作はさらに、前記針先
端部を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端部
を前記誘電体層に、第１の圧力から第２の圧力へ除々に
増大する圧力を生じるのに十分な力で押し付けることを
含み、前記第２の圧力は前記第１の圧力より大きく、前
記針先端部は塑性変形し、その結果、硬くなることを特
徴とする上記（２１）に記載の装置。 （２４）前記位置決め手段はさらに、前記針先端部を前
記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を備え、
そして（ｉ）第１のモードでの動作はさらに、前記針先
端部を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端部
を前記誘電体層に、９１，４００ｇ／ｍｍ2 （１３０，
０００ｐｓｉ）程度の圧力を生じるのに十分な力で押し
付けることを含み、前記針先端部は塑性変形し、その結
果、硬くなり、第２のモードでの動作はさらに、前記針
先端部を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端
部を前記誘電体層に、１４，１００ｇ／ｍｍ2 （２０，
０００ｐｓｉ）程度の圧力を生じるのに十分な力で押し
付けることを含むことを特徴とする上記（２１）に記載
の装置。 （２５）滑らかな表面を有する下側半導体基板上の滑ら
かな表面を有する誘電体層のプローブ−酸化物−半導体
（ＰＯＳ）電気特性を測定するのに適したプローブを調
整する装置において、前記半導体基板を所定の位置に支
持する手段と、導電性プローブ針を保持する手段とを備
え、前記針は第１の半径の丸い先端部を有し、前記丸い
先端部はさらに塑性変形するのに適しており、前記保持
手段に保持された前記プローブ針を前記半導体基板上の
前記誘電体層の上に配置するよう、前記保持手段を位置
決めする手段を備え、前記位置決め手段はプローブ調整
モードで動作し、第１の制御した状態で、前記針先端部
を前記誘電体層の前記滑らかな表面上に押し付け、前記
針先端部に塑性変形を起させ、そのとき前記丸い先端部
の外側部分は前記第１の半径を維持し、前記丸い先端部
の内側部分は、その半径を第２の半径に増大させ、前記
第２の半径は前記第１の半径より大きく、前記位置決め
手段を制御して、前記プローブ針を調整する前記調整モ
ードで前記位置決め手段を動作させる手段を備えたこと
を特徴とする装置。 （２６）前記位置決め手段はさらに、前記針先端部を前
記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を備え、
そして前記調整モードでの動作はさらに、前記針先端部
を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端部を前
記誘電体層に、第１の圧力から第２の圧力の範囲の圧力
を生じるのに十分な力で押し付けることを含み、前記針
先端部は塑性変形し、その結果、硬くなることを特徴と
する上記（２５）に記載の装置。 （２７）前記位置決め手段はさらに、前記針先端部を前
記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を備え、
そして前記調整モードでの動作はさらに、前記針先端部
を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端部を前
記誘電体層に、第１の圧力から第２の圧力へ除々に増大
する圧力を生じるのに十分な力で押し付けることを含
み、前記第２の圧力は前記第１の圧力より大きく、前記
針先端部は塑性変形し、その結果、硬くなることを特徴
とする上記（２５）に記載の装置。 （２８）前記位置決め手段はさらに、前記針先端部を前
記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を備え、
そして前記調整モードでの動作はさらに、前記針先端部
を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端部を前
記誘電体層に、９１，４００ｇ／ｍｍ2 （１３０，００
０ｐｓｉ）程度の圧力を生じるのに十分な力で押し付け
ることを含み、前記針先端部は塑性変形し、その結果、
硬くなることを特徴とする上記（２５）に記載の装置。 （２９）滑らかな表面を有する下側半導体基板上の滑ら
かな表面を有する誘電体層のプローブ−酸化物−半導体
（ＰＯＳ）電気特性を測定するのに適したプローブを調
整する装置において、前記半導体基板を所定の位置に支
持する手段と、前記基板に電気的に接続する第１の接続
手段と、導電性プローブ針を保持する手段とを備え、前
記針は第１の半径の丸い先端部を有し、前記丸い先端部
はさらに塑性変形するのに適しており、前記第１の接続
手段と、前記保持手段に保持された前記プローブ針との
間に接続され、電気特性の測定結果を得る手段を備え、
前記電気特性の測定結果は、前記プローブ針が前記誘電
体層に電気的に接触しているときの前記誘電体層の電気
特性を表し、前記保持手段に保持された前記プローブ針
を前記半導体基板上の前記誘電体層の上に配置するよ
う、前記保持手段を位置決めする手段を備え、前記位置
決め手段は調整モードで動作し、制御した状態で、前記
誘電体層の前記滑らかな表面に前記針先端部を押し付け
て、前記針先端部を塑性変形させ、そのとき前記丸い先
端部の外側部分は第１の半径を維持し、前記丸い先端部
の内側部分は、その半径を第２の半径に増大させ、前記
第２の半径は前記第１の半径より大きく、前記位置決め
手段を制御して、前記プローブ針を調整する前記調整モ
ードで前記位置決め手段を動作させる手段を備えたこと
を特徴とする装置。 （３０）前記位置決め手段はさらに、前記針先端部を前
記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を備え、
そして前記調整モードでの動作はさらに、前記針先端部
を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端部を前
記誘電体層に、第１の圧力から第２の圧力の範囲の圧力
を生じるのに十分な力で押し付けることを含み、前記針
先端部は塑性変形し、その結果、硬くなり、前記制御手
段は前記電気特性測定手段に応答して前記位置決め手段
の前記調整モードを終了させることを特徴とする上記
（２９）に記載の装置。 （３１）前記位置決め手段はさらに、前記針先端部を前
記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を備え、
そして前記調整モードでの動作はさらに、前記針先端部
を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端部を前
記誘電体層に、第１の圧力から第２の圧力へ除々に増大
する圧力を生じるのに十分な力で押し付けることを含
み、前記第２の圧力は前記第１の圧力より大きく、前記
針先端部は塑性変形し、その結果、硬くなり、前記制御
手段は前記電気特性測定手段に応答して前記位置決め手
段の前記調整モードを終了させることを特徴とする上記
（２９）に記載の装置。 （３２）前記位置決め手段はさらに、前記針先端部を前
記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を備え、
そして前記調整モードでの動作はさらに、前記針先端部
を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端部を前
記誘電体層に、７０，３００〜１０５，５００ｇ／ｍｍ
2 （１００，０００〜１５０，０００ｐｓｉ）程度の圧
力を生じるのに十分な力で押し付けることを含み、前記
針先端部は塑性変形し、その結果、硬くなり、前記制御
手段は前記電気特性測定手段に応答して前記位置決め手
段の前記調整モードを終了させることを特徴とする上記
（２９）に記載の装置。 （３３）半導体基板上の滑らかな表面を有する誘電体層
の電気特性を測定するプローブ−酸化物−半導体（ＰＯ
Ｓ）装置において、前記半導体基板を所定の位置に支持
する手段と、前記基板に電気的に接続する第１の接続手
段と、導電性プローブ針を保持する手段とを備え、前記
針は丸い先端部を有し、その外側部分は第１の半径を有
し、前記丸い先端部の内側部分は第２の半径を有し、前
記第２の半径は前記第１の半径より大きく、前記丸い先
端部はさらに硬くなっており、前記第１の接続手段と前
記プローブ針との間に接続され、電気特性の測定結果を
得る手段を備え、前記電気特性の測定結果は、前記プロ
ーブ針が前記誘電体層に電気的に接触しているときの前
記誘電体層の電気特性を表し、前記保持手段に保持され
た前記プローブ針を前記半導体基板上の前記誘電体層の
上に配置するよう、前記保持手段を位置決めする手段を
備え、前記位置決め手段は測定モードで動作し、制御し
た状態で、前記誘電体層の前記滑らかな表面に前記針先
端部を押し付けて、前記誘電体層に接触させ、そのとき
の接触部の直径は、前記丸い先端部の内側部分と同程度
以下とし、前記位置決め手段を制御して、前記電気特性
測定手段から前記電気特性の測定結果を得る前記測定モ
ードで前記位置決め手段を動作させる手段を備えたこと
を特徴とする装置。 （３４）前記位置決め手段はさらに、前記針先端部を前
記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を備え、
そして前記測定モードでの動作はさらに、前記針先端部
を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端部を前
記誘電体層に、１４，１００ｇ／ｍｍ2 （２０，０００
ｐｓｉ）程度の圧力を生じるのに十分な力で押し付ける
ことを含むことを特徴とする上記（３３）に記載の装
置。
【００３０】
【発明の効果】以上、ＰＯＳプローブ針を形成する方法
を示した。本発明の方法および装置は、半導体基板上の
誘電体層の電気特性を測定するのに非常に適している。
本発明はさらに、電気特性の測定に有効な、共形性が高
く、接触面積が明確に決まる密着接触を得る方法および
装置を提供する。
を示した。本発明の方法および装置は、半導体基板上の
誘電体層の電気特性を測定するのに非常に適している。
本発明はさらに、電気特性の測定に有効な、共形性が高
く、接触面積が明確に決まる密着接触を得る方法および
装置を提供する。
【図１】本発明にもとづいてプローブを作製する第１の
ステップを示す図である。
ステップを示す図である。
【図２】本発明にもとづいてプローブを作製する第２の
ステップを示す図である。
ステップを示す図である。
【図３】Ｃ−Ｖ測定の準備状態にある本発明のプローブ
を示す図である。
を示す図である。
【図４】Ｃ−Ｖ測定時の本発明のプローブを示す図であ
る。
る。
【図５】本発明のプローブを組み込んだＣ−Ｖ測定装置
を示す図である。
を示す図である。
【図６】従来のＭＯＳ・Ｃ−Ｖ法によって得た結果と比
較して、本発明のプローブによって得た測定結果を示す
図である。
較して、本発明のプローブによって得た測定結果を示す
図である。
１０ プローブ針 １２ 先端部 １４ 半導体基板 １５ 誘電体層の滑らかな表面 １６ 誘電体層 １８ 外側部分 ２０ 内側部分 １００ ＰＯＳ装置 １１０ 支持手段 １１２ 第１の接続手段 １１４ 保持手段 １１６ 電気特性測定手段 １１８ ＡＣ発生器 １２０ ロックイン増幅器 １２２ バッファ １２４ ＤＣランプ発生器 １２６ Ｘ−Ｙプロッタ １２８ 位置決め手段 １３０ 屈曲アーム １３４ 制御手段
Claims (34)
- 【請求項１】半導体基板上の滑らかな表面を有する誘電
体層のプローブ−酸化物−半導体（ＰＯＳ）電気特性の
測定に適したプローブを形成する方法において、（ａ）
導電性のプローブ針を用意するステップを含み、前記針
は第１の半径の丸い先端部を有し、前記丸い先端部はさ
らに塑性変形を生じるのに適しており、（ｂ）前記針を
前記半導体基板上の前記誘電体層の上に位置決めし、前
記針の先端部を前記誘電体層の前記滑らかな表面に、制
御しつつ押し付けるステップを含み、その結果、前記針
先端部に塑性変形を起させ、そのとき前記丸い先端部の
外側部分は第１の半径を維持し、前記丸い先端部の内側
部分は、その半径を第２の半径に増大させ、前記第２の
半径は前記第１の半径より大きいことを特徴とする方
法。 - 【請求項２】ステップ（ｂ）はさらに、前記針を前記半
導体基板に対してほぼ垂直に配置し、前記針先端部を前
記誘電体層に接触させ、その後、前記針先端部を前記誘
電体層上に、第１の圧力から第２の圧力の範囲の圧力を
生じるのに十分な力で押し付けるステップを含み、前記
針先端部は塑性変形し、その結果、硬くなることを特徴
とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】ステップ（ａ）はさらに、半径が１２．７
μｍ（０．５ｍｉｌ）の丸い先端部を有するタングステ
ン針を用意するステップを含み、 ステップ（ｂ）の前記第１の圧力と前記第２の圧力はそ
れぞれ０〜７０．３ｇ／ｍｍ2 程度（０〜１００ｐｓｉ
程度）および７０，３００〜１０５，５００ｇ／ｍｍ2
程度（１００，０００〜１５０，０００ｐｓｉ程度）の
圧力であることを特徴とする請求項２記載の方法。 - 【請求項４】ステップ（ｂ）はさらに、前記針を前記半
導体基板に対してほぼ垂直に配置し、前記針先端部を前
記誘電体層に接触させ、その後、前記針先端部を前記誘
電体層上に、第１の圧力から第２の圧力へ徐々に増大す
る圧力を生じるのに十分な力で押し付けるステップを含
み、前記第２の圧力は前記第１の圧力より大きく、前記
針先端部は塑性変形し、その結果、硬くなることを特徴
とする請求項１記載の方法。 - 【請求項５】ステップ（ａ）はさらに半径が１２．７μ
ｍ（０．５ｍｉｌ）の丸い先端部を有するタングステン
の針を用意するステップを含み、 ステップ（ｂ）の前記第１の圧力と前記第２の圧力はそ
れぞれ０〜７０．３ｇ／ｍｍ2 程度（０〜１００ｐｓｉ
程度）および７０，３００〜１０５，５００ｇ／ｍｍ2
程度（１００，０００〜１５０，０００ｐｓｉ程度）の
圧力であることを特徴とする請求項４記載の方法。 - 【請求項６】ステップ（ｂ）の前記力は、第１の圧力か
ら第２の圧力へ連続的に徐々に増大する圧力を生じるの
に十分な力であり、前記力は第１の力から第２の力へ連
続的に増大することを特徴とする請求項４記載の方法。 - 【請求項７】ステップ（ｂ）の前記力は、第１の圧力か
ら第２の圧力へ階段状に徐々に増大する圧力を生じるの
に十分な力であり、前記力は第１の力から第２の力へ階
段状に増大することを特徴とする請求項４記載の方法。 - 【請求項８】ステップ（ａ）はさらに、半径が１２．７
μｍ（０．５ｍｉｌ）の丸い先端部を有する針を用意す
るステップを含み、 ステップ（ｂ）はさらに、前記針を前記半導体基板に対
してほぼ垂直に配置し、前記針先端部を前記誘電体層に
接触させ、その後、前記針先端部を前記誘電体層上に、
７０，３００〜１０５，５００ｇ／ｍｍ2 （１００，０
００〜１５０，０００ｐｓｉ）程度の範囲の圧力を生じ
るのに十分な力で押し付けるステップを含み、そのとき
前記丸い先端部の外側部分は半径を１２．７μｍ（０．
５ｍｉｌ）に維持し、前記丸い先端部の内側部分はその
半径が３４３０μｍ（１３５ｍｉｌ）程度の第２の半径
に増大し、前記針先端部は塑性変形し、その結果、硬く
なることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項９】ステップ（ａ）はさらに、タングステン針
を用意するステップを含むことを特徴とする請求項８記
載の方法。 - 【請求項１０】半導体基板上の滑らかな表面を有する誘
電体層のプローブ−酸化物−半導体（ＰＯＳ）電気特性
の測定に適したプローブを形成する方法において、
（ａ）導電性のプローブ針を用意するステップを含み、
前記針はタングステン針から成り、１２．７μｍ（０．
５ｍｉｌ）程度の第１の半径の丸い先端部を有し、前記
丸い先端部はさらに塑性変形を生じるのに適しており、
（ｂ）前記針を前記半導体基板上の前記誘電体層の上
に、この誘電体層にほぼ垂直に配置し、前記針の先端部
を前記誘電体層に接触させ、その後、前記誘電体層の前
記滑らかな表面に、制御しつつ押し付けるステップを含
み、その結果、前記針先端部に塑性変形を起させ、その
とき前記丸い先端部の外側部分は第１の半径を維持し、
前記丸い先端部の内側部分は、その半径を第２の半径に
増大し、前記第２の半径は前記第１の半径より大きく、
前記針先端部を前記誘電体層に押し付けるステップはさ
らに、９１，４００ｇ／ｍｍ2 （１３０，０００ｐｓ
ｉ）程度の圧力を生じるのに十分な力を加えるステップ
を含み、そのとき前記丸い先端部の外側部分はその半径
を１２．７μｍ（０．５ｍｉｌ）に維持し、前記丸い先
端部の内側部分の半径は３４３０μｍ（１３５ｍｉｌ）
程度の第２の半径に増大し、前記針先端部は塑性変形し
て、その結果、硬くなることを特徴とする方法。 - 【請求項１１】半導体基板上の滑らかな表面を有する誘
電体層のプローブ−酸化物−半導体（ＰＯＳ）電気特性
の測定に適したプローブにおいて、（ａ）導電性のプロ
ーブ針を用意するステップを含み、前記針は第１の半径
の丸い先端部を有し、前記丸い先端部はさらに塑性変形
を生じるのに適しており、（ｂ）前記針を前記半導体基
板上の前記誘電体層の上に位置決めし、前記針の先端部
を前記誘電体層の前記滑らかな表面に、制御しつつ押し
付けるステップを含み、その結果、前記針先端部に塑性
変形を起させ、そのとき前記丸い先端部の外側部分は第
１の半径を維持し、前記丸い先端部の内側部分は、その
半径を第２の半径に増大させ、前記第２の半径は前記第
１の半径より大きいという方法によって形成されること
を特徴とするプローブ。 - 【請求項１２】ステップ（ｂ）はさらに、前記針を前記
半導体基板に対してほぼ垂直に配置し、前記針先端部を
前記誘電体層に接触させ、その後、前記針先端部を前記
誘電体層上に、第１の圧力から第２の圧力の範囲の圧力
を生じるのに十分な力で押し付けるステップを含み、前
記針先端部は塑性変形し、その結果、硬くなることを特
徴とする請求項１１記載のプローブ。 - 【請求項１３】ステップ（ａ）はさらに、半径が１２．
７μｍ（０．５ｍｉｌ）の丸い先端部を有するタングス
テン針を用意するステップを含み、 ステップ（ｂ）の前記第１の圧力と前記第２の圧力はそ
れぞれ０〜７０．３ｇ／ｍｍ2 程度（０〜１００ｐｓｉ
程度）および７０，３００〜１０５，５００ｇ／ｍｍ2
程度（１００，０００〜１５０，０００ｐｓｉ程度）の
圧力であることを特徴とする請求項１２記載のプロー
ブ。 - 【請求項１４】ステップ（ｂ）はさらに、前記針を前記
半導体基板に対してほぼ垂直に配置し、前記針先端部を
前記誘電体層に接触させ、その後、前記針先端部を前記
誘電体層上に、第１の圧力から第２の圧力へ徐々に増大
する圧力を生じるのに十分な力で押し付けるステップを
含み、前記第２の圧力は前記第１の圧力より大きく、前
記針先端部は塑性変形し、その結果、硬くなることを特
徴とする請求項１１記載のプローブ。 - 【請求項１５】ステップ（ａ）はさらに半径が１２．７
μｍ（０．５ｍｉｌ）の丸い先端部を有するタングステ
ンの針を用意するステップを含み、 ステップ（ｂ）の前記第１の圧力と前記第２の圧力はそ
れぞれ０〜７０．３ｇ／ｍｍ2 程度（０〜１００ｐｓｉ
程度）および７０，３００〜１０５，５００ｇ／ｍｍ2
程度（１００，０００〜１５０，０００ｐｓｉ程度）の
圧力であることを特徴とする請求項１４記載のプロー
ブ。 - 【請求項１６】ステップ（ｂ）の前記力は、第１の圧力
から第２の圧力へ連続的に徐々に増大する圧力を生じる
のに十分な力であり、前記力は第１の力から第２の力へ
連続的に増大することを特徴とする請求項１４記載のプ
ローブ。 - 【請求項１７】ステップ（ｂ）の前記力は、第１の圧力
から第２の圧力へ階段状に徐々に増大する圧力を生じる
のに十分な力であり、前記力は第１の力から第２の力へ
階段状に増大することを特徴とする請求項１４記載のプ
ローブ。 - 【請求項１８】ステップ（ａ）はさらに、半径が１２．
７μｍ（０．５ｍｉｌ）の丸い先端部を有する針を用意
するステップを含み、 ステップ（ｂ）はさらに、前記針を前記半導体基板に対
してほぼ垂直に配置し、前記針先端部を前記誘電体層に
接触させ、その後、前記針先端部を前記誘電体層上に、
７０，３００〜１０５，５００ｇ／ｍｍ2 程度（１０
０，０００〜１５０，０００ｐｓｉ）程度の範囲の圧力
を生じるのに十分な力で押し付けるステップを含み、そ
のとき前記丸い先端部の外側の部分は半径を１２．７μ
ｍ（０．５ｍｉｌ）に維持し、前記丸い先端部の内側の
部分はその半径を３４３０μｍ（１３５ｍｉｌ）程度の
第２の半径に増大し、前記針先端部は塑性変形し、その
結果、硬くなることを特徴とする請求項１１記載のプロ
ーブ。 - 【請求項１９】ステップ（ａ）はさらに、タングステン
針を用意するステップを含むことを特徴とする請求項１
８記載のプローブ。 - 【請求項２０】半導体基板上の滑らかな表面を有する誘
電体層のプローブ−酸化物−半導体（ＰＯＳ）電気特性
の測定に適したプローブにおいて、（ａ）導電性のプロ
ーブ針を用意するステップを含み、前記針はタングステ
ン針から成り、１２．７μｍ（０．５ｍｉｌ）程度の第
１の半径の丸い先端部を有し、前記丸い先端部はさらに
塑性変形を生じるのに適しており、（ｂ）前記針を前記
半導体基板上の前記誘電体層の上に、この誘電体層にほ
ぼ垂直に配置し、前記針の先端部を前記誘電体層に接触
させ、その後、前記誘電体層の前記滑らかな表面に、制
御しつつ押し付けるステップを含み、その結果、前記針
先端部に塑性変形を起させ、そのとき前記丸い先端部の
外側部分は第１の半径を維持し、前記丸い先端部の内側
部分は、その半径を第２の半径に増大し、前記第２の半
径は前記第１の半径より大きく、前記針先端部を前記誘
電体層に押し付けるステップはさらに、９１，４００ｇ
／ｍｍ2 （１３０，０００ｐｓｉ）程度の圧力を生じる
のに十分な力を加えるステップを含み、そのとき前記丸
い先端部の外側部分はその半径を１２．７μｍ（０．５
ｍｉｌ）に維持し、前記丸い先端部の内側部分の半径は
３４３０μｍ（１３５ｍｉｌ）程度の第２の半径に増大
し、前記針先端部は塑性変形して、その結果、硬くなる
という方法によって形成されることを特徴とするプロー
ブ。 - 【請求項２１】半導体基板上の滑らかな表面を有する誘
電体層の電気特性を測定するプローブ−酸化物−半導体
（ＰＯＳ）装置において、 前記半導体基板を所定の位置に支持する手段と、 前記基板に電気的に接触する第１の接触手段と、 導電性プローブ針を保持する手段とを備え、前記針は、
調整しない状態では、第１の半径の丸い先端部を有し、
前記丸い先端部はさらに塑性変形するのに適しており、 前記第１の接触手段と前記プローブ針との間に接続さ
れ、電気特性の測定結果を得る手段を備え、前記電気特
性の測定結果は、前記プローブ針が前記誘電体層に電気
的に接触しているときの前記誘電体層の電気特性を表
し、 前記保持手段に保持された前記プローブ針を前記半導体
基板上の前記誘電体層の上に配置するよう、前記保持手
段を位置決めする手段を備え、この位置決め手段は第１
のモードと第２のモードで動作し、（ｉ）第１のモード
では、第１の制御した状態で、前記誘電体層の前記滑ら
かな表面に前記針先端部を押し付けて、前記針先端部を
塑性変形させ、そのとき前記丸い先端部の外側部分は第
１の半径を維持し、前記丸い先端部の内側部分は、その
半径を第２の半径に増大させ、前記第２の半径は前記第
１の半径より大きく、（ii）第２のモードでは、第２の
制御した状態で、前記針先端部を前記誘電体層の前記滑
らかな表面に押し付けて、前記誘電体層に接触させ、そ
のときの接触部の直径は、前記丸い先端部の内側部分と
同程度以下とし、 前記位置決め手段を制御して、（ｉ）前記プローブ針を
調整する前記第１のモード、および（ii）前記電気特性
測定手段から電気特性の測定結果を得る前記第２のモー
ドで前記位置決め手段を動作させる手段を備えたことを
特徴とする装置。 - 【請求項２２】前記位置決め手段はさらに、前記針先端
部を前記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を
備え、そして（ｉ）第１のモードでの動作はさらに、前
記針先端部を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針
先端部を前記誘電体層に、第１の圧力から第２の圧力の
範囲の圧力を生じるのに十分な力で押し付けることを含
み、前記針先端部は塑性変形し、その結果、硬くなるこ
とを特徴とする請求項２１記載の装置。 - 【請求項２３】前記位置決め手段はさらに、前記針先端
部を前記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を
備え、そして（ｉ）第１のモードでの動作はさらに、前
記針先端部を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針
先端部を前記誘電体層に、第１の圧力から第２の圧力へ
除々に増大する圧力を生じるのに十分な力で押し付ける
ことを含み、前記第２の圧力は前記第１の圧力より大き
く、前記針先端部は塑性変形し、その結果、硬くなるこ
とを特徴とする請求項２１記載の装置。 - 【請求項２４】前記位置決め手段はさらに、前記針先端
部を前記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を
備え、そして（ｉ）第１のモードでの動作はさらに、前
記針先端部を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針
先端部を前記誘電体層に、９１，４００ｇ／ｍｍ2 （１
３０，０００ｐｓｉ）程度の圧力を生じるのに十分な力
で押し付けることを含み、前記針先端部は塑性変形し、
その結果、硬くなり、第２のモードでの動作はさらに、
前記針先端部を前記誘電体層と接触させ、その後、前記
針先端部を前記誘電体層に、１４，１００ｇ／ｍｍ
2 （２０，０００ｐｓｉ）程度の圧力を生じるのに十分
な力で押し付けることを含むことを特徴とする請求項２
１記載の装置。 - 【請求項２５】滑らかな表面を有する下側半導体基板上
の滑らかな表面を有する誘電体層のプローブ−酸化物−
半導体（ＰＯＳ）電気特性を測定するのに適したプロー
ブを調整する装置において、 前記半導体基板を所定の位置に支持する手段と、 導電性プローブ針を保持する手段とを備え、前記針は第
１の半径の丸い先端部を有し、前記丸い先端部はさらに
塑性変形するのに適しており、 前記保持手段に保持された前記プローブ針を前記半導体
基板上の前記誘電体層の上に配置するよう、前記保持手
段を位置決めする手段を備え、前記位置決め手段はプロ
ーブ調整モードで動作し、第１の制御した状態で、前記
針先端部を前記誘電体層の前記滑らかな表面上に押し付
け、前記針先端部に塑性変形を起させ、そのとき前記丸
い先端部の外側部分は前記第１の半径を維持し、前記丸
い先端部の内側部分は、その半径を第２の半径に増大さ
せ、前記第２の半径は前記第１の半径より大きく、 前記位置決め手段を制御して、前記プローブ針を調整す
る前記調整モードで前記位置決め手段を動作させる手段
を備えたことを特徴とする装置。 - 【請求項２６】前記位置決め手段はさらに、前記針先端
部を前記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を
備え、そして前記調整モードでの動作はさらに、前記針
先端部を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端
部を前記誘電体層に、第１の圧力から第２の圧力の範囲
の圧力を生じるのに十分な力で押し付けることを含み、
前記針先端部は塑性変形し、その結果、硬くなることを
特徴とする請求項２５記載の装置。 - 【請求項２７】前記位置決め手段はさらに、前記針先端
部を前記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を
備え、そして前記調整モードでの動作はさらに、前記針
先端部を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端
部を前記誘電体層に、第１の圧力から第２の圧力へ除々
に増大する圧力を生じるのに十分な力で押し付けること
を含み、前記第２の圧力は前記第１の圧力より大きく、
前記針先端部は塑性変形し、その結果、硬くなることを
特徴とする請求項２５記載の装置。 - 【請求項２８】前記位置決め手段はさらに、前記針先端
部を前記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を
備え、そして前記調整モードでの動作はさらに、前記針
先端部を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端
部を前記誘電体層に、９１，４００ｇ／ｍｍ2 （１３
０，０００ｐｓｉ）程度の圧力を生じるのに十分な力で
押し付けることを含み、前記針先端部は塑性変形し、そ
の結果、硬くなることを特徴とする請求項２５記載の装
置。 - 【請求項２９】滑らかな表面を有する下側半導体基板上
の滑らかな表面を有する誘電体層のプローブ−酸化物−
半導体（ＰＯＳ）電気特性を測定するのに適したプロー
ブを調整する装置において、 前記半導体基板を所定の位置に支持する手段と、 前記基板に電気的に接続する第１の接続手段と、 導電性プローブ針を保持する手段とを備え、前記針は第
１の半径の丸い先端部を有し、前記丸い先端部はさらに
塑性変形するのに適しており、 前記第１の接続手段と、前記保持手段に保持された前記
プローブ針との間に接続され、電気特性の測定結果を得
る手段を備え、前記電気特性の測定結果は、前記プロー
ブ針が前記誘電体層に電気的に接触しているときの前記
誘電体層の電気特性を表し、 前記保持手段に保持された前記プローブ針を前記半導体
基板上の前記誘電体層の上に配置するよう、前記保持手
段を位置決めする手段を備え、前記位置決め手段は調整
モードで動作し、制御した状態で、前記誘電体層の前記
滑らかな表面に前記針先端部を押し付けて、前記針先端
部を塑性変形させ、そのとき前記丸い先端部の外側部分
は第１の半径を維持し、前記丸い先端部の内側部分は、
その半径を第２の半径に増大させ、前記第２の半径は前
記第１の半径より大きく、 前記位置決め手段を制御して、前記プローブ針を調整す
る前記調整モードで前記位置決め手段を動作させる手段
を備えたことを特徴とする装置。 - 【請求項３０】前記位置決め手段はさらに、前記針先端
部を前記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を
備え、そして前記調整モードでの動作はさらに、前記針
先端部を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端
部を前記誘電体層に、第１の圧力から第２の圧力の範囲
の圧力を生じるのに十分な力で押し付けることを含み、
前記針先端部は塑性変形し、その結果、硬くなり、 前記制御手段は前記電気特性測定手段に応答して前記位
置決め手段の前記調整モードを終了させることを特徴と
する請求項２９記載の装置。 - 【請求項３１】前記位置決め手段はさらに、前記針先端
部を前記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を
備え、そして前記調整モードでの動作はさらに、前記針
先端部を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端
部を前記誘電体層に、第１の圧力から第２の圧力へ除々
に増大する圧力を生じるのに十分な力で押し付けること
を含み、前記第２の圧力は前記第１の圧力より大きく、
前記針先端部は塑性変形し、その結果、硬くなり、 前記制御手段は前記電気特性測定手段に応答して前記位
置決め手段の前記調整モードを終了させることを特徴と
する請求項２９記載の装置。 - 【請求項３２】前記位置決め手段はさらに、前記針先端
部を前記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を
備え、そして前記調整モードでの動作はさらに、前記針
先端部を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端
部を前記誘電体層に、７０，３００〜１０５，５００ｇ
／ｍｍ2 （１００，０００〜１５０，０００ｐｓｉ）程
度の圧力を生じるのに十分な力で押し付けることを含
み、前記針先端部は塑性変形し、その結果、硬くなり、 前記制御手段は前記電気特性測定手段に応答して前記位
置決め手段の前記調整モードを終了させることを特徴と
する請求項２９記載の装置。 - 【請求項３３】半導体基板上の滑らかな表面を有する誘
電体層の電気特性を測定するプローブ−酸化物−半導体
（ＰＯＳ）装置において、 前記半導体基板を所定の位置に支持する手段と、 前記基板に電気的に接続する第１の接続手段と、 導電性プローブ針を保持する手段とを備え、前記針は丸
い先端部を有し、その外側部分は第１の半径を有し、前
記丸い先端部の内側部分は第２の半径を有し、前記第２
の半径は前記第１の半径より大きく、前記丸い先端部は
さらに硬くなっており、 前記第１の接続手段と前記プローブ針との間に接続さ
れ、電気特性の測定結果を得る手段を備え、前記電気特
性の測定結果は、前記プローブ針が前記誘電体層に電気
的に接触しているときの前記誘電体層の電気特性を表
し、 前記保持手段に保持された前記プローブ針を前記半導体
基板上の前記誘電体層の上に配置するよう、前記保持手
段を位置決めする手段を備え、前記位置決め手段は測定
モードで動作し、制御した状態で、前記誘電体層の前記
滑らかな表面に前記針先端部を押し付けて、前記誘電体
層に接触させ、そのときの接触部の直径は、前記丸い先
端部の内側部分と同程度以下とし、 前記位置決め手段を制御して、前記電気特性測定手段か
ら前記電気特性の測定結果を得る前記測定モードで前記
位置決め手段を動作させる手段を備えたことを特徴とす
る装置。 - 【請求項３４】前記位置決め手段はさらに、前記針先端
部を前記半導体基板に対してほぼ垂直に配置する手段を
備え、そして前記測定モードでの動作はさらに、前記針
先端部を前記誘電体層と接触させ、その後、前記針先端
部を前記誘電体層に、１４，１００ｇ／ｍｍ2 （２０，
０００ｐｓｉ）程度の圧力を生じるのに十分な力で押し
付けることを含むことを特徴とする請求項３３記載の装
置。
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