JPH09113585A - 非接触電気測定用センサ及びそのセンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気測定用電極のガードリング効果を十分な
ものとするとともに、電気配線に生じる電気的な寄生容
量を除去する。 【解決手段】 コーンガラス６６の底面６６ａ上に形成
された電極パターン２００は、電気測定用電極２０１
と、３つの平行度調整用電極１１１〜１１３と、ガード
リング電極１２０と、それぞれの電極に接続された配線
１１１ａ〜１１３ａ、１２０ａとからなり、底面６６ａ
から側斜面６６ｂに渡って形成される。電気測定用電極
２０１の電気配線２０１ａは、電気測定用電極２０１の
裏面に導通し、コーンガラス６６の底面６６ａと対向す
る表面６６ｃまで貫通して埋設された中空円筒状の導電
体と、表面６６ｃに現れるこの中空円筒状の導電体と導
通してコーンガラス６６の環状側面６６ｄにまで至る帯
状の導電体とにより構成される。この中空円筒状の導電
体の幅Ｗは被測定対象とのギャップＤの２倍以下であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体ウエハ，
ポリシリコンやアモルファス等の半導体薄膜などを含む
広義の半導体について、Ｃ−Ｖ曲線などに代表される電
気特性の測定を非接触に行なう非接触電気測定に利用さ
れる非接触電気測定用センサ、および、そのセンサの製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＩＳ構造の半導体のプロセスを評価す
る方法の１つとして、Ｃ−Ｖ測定による評価方法が用い
られている。従来のＣ−Ｖ測定では、半導体基板上の酸
化膜の表面上に電気測定用の電極を形成する必要があっ
たが、電極形成のプロセスは、半導体の電気特性自体に
影響を与えるばかりでなく。電極形成そのものに手間と
時間がかかるという問題があった。

【０００３】そこで、本出願人は、図１の概念図に示す
ように、半導体の表面上に電極を形成することなく、非
接触でＣ−Ｖ測定やＣ−ｔ法などの電気特性評価を行な
うことのできる非接触電気測定装置を提供している。図
１（ａ）において、半導体ウエハ１の表面上には酸化膜
２が形成されており、裏面上には電極３が形成されてい
る。酸化膜２の上方には、ギャップＧｅを隔てて測定用
電極５が電極保持ユニット７によって保持されている。
酸化膜２と測定用電極３とのギャップＧｅは、約１μｍ
以下になるように電極保持ユニット７によって制御され
ている。

【０００４】２つの電極３、５の間の静電容量Ｃｔは、
図１の（ｂ）に示すように、半導体ウエハ１の静電容量
Ｃｓと、酸化膜２の静電容量Ｃｉと、ギャップＧｅの静
電容量Ｃｇとの直列接続で表わされる。Ｃ−Ｖ曲線は、
半導体ウエハ１の容量Ｃｓと、酸化膜２の容量Ｃｉとの
合成容量Ｃｔａの電圧依存性である。ギャップＧｅの値
は、電極保持ユニット７によって正確に測定され、この
ギャップＧｅの値に基づいてギャップの静電容量Ｃｇが
計算により求められる。合成容量Ｃｔは測定部９で測定
され、この合成容量Ｃｔからギャップの静電容量Ｃｇを
減算して容量Ｃｔａを求めることにより図１（ｃ）に示
す破線のようなＣ−Ｖ曲線が決定される。

【０００５】また、本出願人は、上記非接触電気測定装
置に最適な非接触電気測定用センサとして、特開平５−
３３５３９２号公報に示す技術を提供している。この非
接触電気測定用センサは、図２（ａ）の底面図及び図２
（ｂ）に示したそのＡ−Ａ断面図に明らかなように、コ
ーンガラスＣＧの底面中央部に円形の電気測定用電極Ｓ
Ｐ、この電気測定用電極ＳＰに対して互いに対称な位置
に設けられた互いに等しい形状の３個の平行度調整用電
極ＨＰ、そしてこれら２種類の電極の間に円環状に設け
られたガードリング電極ＧＰとを有している。

【０００６】この非接触電気測定用センサと被測定対象
である半導体は、コーンガラスＣＧを光導波路とした光
学系により１μｍ以下のギャップ長に制御され、３個の
平行度調整用電極ＨＰにより検出される容量がそれぞれ
一致するように平行度が保たれる。また、常に一定電位
に保たれるガードリング電極ＧＰにより３個の平行度調
整用電極ＨＰと電気測定用電極ＳＰとは容量的には遮断
されている。従って、この条件下において、電気測定用
電極ＳＰに導通している電気配線に所望の電気測定器を
接続すれば、被測定対象である半導体の電気特性を被接
触に測定することができるのである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】

【０００８】ところで、前記従来の非接触電気測定用セ
ンサでは、電気測定用電極ＳＰと外部の測定器とを接続
する電気配線ＳＰａを設ける必要があるが、この電気配
線ＳＰａのために次のような問題が生じた。

【０００９】この非接触電気測定用センサでは、コーン
ガラスＣＧの表面に沿わして電気配線ＳＰａが貼着され
ていることから、この電気配線ＳＰａが、ガードリング
電極ＧＰを切り欠いていた。このため、電気測定用電極
ＳＰと３個の平行度調整用電極ＨＰとの静電遮蔽を完全
に行なうことができなかった。

【００１０】さらには、電気配線ＳＰａは、図２（ｂ）
に示すように、寄生容量を極力小さくするために、約２
μｍの段差部や傾斜部によって外部と接続されている
が、それでも、これらの部分により被測定対象である半
導体表面に発生する電界は、電気測定用電極ＳＰによる
平行電界を乱し、少なからずの寄生容量を生じさせた。
しかも、電気測定用電極ＳＰに印加する電圧を走査する
必要があるとき、この寄生容量に内包される印加電圧に
対して非線形性の容量分による影響は単純な減算処理に
より除去することができず、上記寄生容量をなくすこと
はできなかった。

【００１１】この発明は、上述の課題を解決するために
なされたものであり、電気測定用電極のガードリング効
果を十分なものとするとともに、電気配線に生じる電気
的な寄生容量を除去することで、非接触で行う半導体の
電気特性の測定をより高精度に行なうことを目的として
いる。

【００１２】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題を解決するための手段として、以下に示す構成を
とった。

【００１３】第１の発明の非接触電気測定用センサは、
半導体の電気特性の測定を行なう非接触電気測定用セン
サであって、電気測定用電極と、前記半導体の表面との
間に所定ギャップを隔ててほぼ平行に前記電気測定用電
極を保持する電極保持手段と、前記電気測定用電極の前
記半導体と対向する対向面の裏面に導通し、かつ前記電
極保持手段に貫通していると共に、前記電気測定用電極
に現れる電気特性を測定する測定器に接続されている電
気配線と、を備えることを特徴とする。

【００１４】この非接触電気測定用センサによれば、電
気配線が半導体と対向する電気測定用電極の裏面から電
極保持手段を貫通して延出することになり、非接触電気
測定用センサの外部の測定器と接続される。このため、
電気測定用電極の周囲において電極保持手段に保持され
ている静電遮蔽用のガードリング電極との干渉が回避さ
れる。従って、電気測定用電極の静電遮蔽を確実に行な
うことができるという効果を奏する。また、この電気配
線は、被測定対象となる半導体との間に電気測定用電極
が介在することになるため、半導体と容量的に完全に遮
蔽される。従って、電気配線の寄生容量による測定誤差
を確実に排除することができるという効果をも奏する。
両効果の結果、非接触で行う半導体の電気特性の測定を
より高精度に行なうことができる。

【００１５】さらには、静電遮蔽用のガードリング電極
以外に、電気測定用電極と同一平面に形成する必要があ
るその他の電極との干渉も回避される。このため、それ
ら電極の設計の自由度を確保し、所望形状の電極を形成
することができるという効果も奏する。

【００１６】上記構成の非接触電気測定用センサにおい
て、電気配線と電気測定用電極とが接触導通する導通部
の最大幅Ｗは、電気測定用電極と半導体との所定ギャッ
プＤの２倍以下であることが好ましい。この要求が満足
されるならば、その導通部が電気測定用電極の平面度を
乱して形成されようとも、それに起因する電気測定用電
極と半導体との間の平行電界の乱れは無視できる程に微
少となる効果がある。この原理の詳細については後述す
る。

【００１７】また、電気配線が電気測定用電極と導通し
ている導通面は、最大幅Ｗと最大幅Ｗより長い所定軌跡
の長さＬとからなる細線状であることがより好ましい。
この様な細線状の導通面によれば、導通面の最大幅Ｗの
要求を満足しつつその面積Ｓ（例えば、＝Ｗ×Ｌ）を大
きく設計することができ、その部分の接触抵抗を小さく
抑制するという効果がある。

【００１８】第２の発明の非接触電気測定用センサの製
造方法は、電気測定用電極と、半導体の表面との間に所
定ギャップを隔ててほぼ平行に前記電気測定用電極を保
持する電極保持手段と、前記電気測定用電極に導通する
と共に、前記電気測定用電極に現れる電気特性を測定す
る測定器に接続されている電気配線と、を備え、前記測
定器の測定結果に基づいて前記半導体の電気特性の測定
を行なう非接触電気測定用センサの製造方法において、
前記電極保持手段を貫通して導電性の電気配線を形成
し、該電気配線が露出している前記電極保持手段の少な
くとも一面を所定平滑度に研磨し、該研磨した前記電極
保持手段の一面の所定箇所に電気測定用電極を形成する
ことを特徴としている。

【００１９】この構成によれば、電気回路の製造方法と
して確立されたいわゆるスルーホール製作と同一の各種
加工法を利用し、電気配線を製作することができる。従
って、各種形状、任意の幅、長さの電気配線を製作する
に当たり、最適なスルーホール製作法を適用することが
可能となり、かつ、技術的に確立されたスルーホール製
作法を適用することで電気測定用電極との確実な導通を
確保できる効果がある。また、電気配線の形成工程の後
に研磨工程が行われるため、電気配線の形成工程で面の
平滑度が乱されたとしてもこれを修正し、所望平滑度の
面を形成することができる。ここで、研磨工程における
面の平滑度は、面起伏を少なくともλ／２０以下（但
し、λは光の波長である）に抑えることが好ましい。こ
の条件が満足されるならば、非接触電気測定用センサの
電気測定用電極の幅として１ｍｍを確保できる効果があ
る。

【００２０】上記構成の製造方法における導電性の電気
配線の形成工程は、非接触電気測定用センサの電極保持
手段に対して同一もしくは低い硬度の導電性の物質によ
り行われることが好ましい。この工程にて電極保持手段
と同一もしくは低い硬度の導電性の物質を採用すれば、
その後工程である研磨工程が容易となる効果がある。ま
た、導電性の物質と電極保持手段との硬度の差が小さい
ほど、その後工程である研磨工程にて所定平滑度に仕上
げることが容易となり、最終的に得られる電気測定用電
極の平面度を高くすることができる。また、その硬度の
差が大きい場合であっても、硬度の低い電気配線部は研
磨工程で電極保持手段に比べて大きく研磨される。従っ
て、こうした工程により得られた所定平滑度の電極保持
手段の一面に電気測定用電極を形成するならば、電気配
線と電気測定用電極とが導通する接触部を凹状とするこ
とができ、その接触部による平行電界への影響を無視で
きるほどに抑制することができる。この凹状の接触部に
よる平行電界への影響は、後で詳細に説明する。

【００２１】

【発明の実施の形態】図３は、この発明の実施例として
のセンサを含む電気測定装置ＭＤの構成を示す説明図で
ある。この電気測定装置ＭＤは、半導体ウエハ１０を収
納する測定部２０と、光量測定器２２と、インピーダン
スメータ２４と、位置制御装置２６と、ホストコントロ
ーラ２８とを備えている。光量測定器２２とインピーダ
ンスメータ２４と位置制御装置２６とは、ホストコント
ローラ２８に接続されており、このホストコントローラ
２８によって測定装置全体の制御や、得られたデータの
処理が行なわれる。なお、ホストコントローラ２８とし
ては、例えばパーソナルコンピュータが用いられる。

【００２２】測定部２０は、ベース３２と、ベース３２
上に設けられた駆動装置３４と、駆動装置のボールネジ
部３４ａに連結された架台３６と、架台３６の上に載置
され試料テーブル３８とを備えている。試料テーブル３
８は、供試体としての半導体ウエハ１０を載置するテー
ブルであり、図示しないモータに駆動されてＸ−Ｙ平面
内で回転する。

【００２３】測定部２０の筺体４０の上部の開口にはフ
ランジ４２がボルトで固定されており、フランジ４２か
ら下方にはピエゾ素子を利用した３つの圧電アクチュエ
ータ部４４、４５、４６が設けられている。さらに、圧
電アクチュエータ部４４、４５、４６の下方には支持板
４８が設けられ、さらに、支持板４８の下側に伸びる支
持筒５０の先にはセンサヘッド６０が固定されている。
支持板４８は、図示しない複数のスプリングでフランジ
４２に連結されており、圧電アクチュエータ部４４、４
５、４６をフランジ４２側に押し上げている。センサヘ
ッド６０は、レーザ光導入用の直角プリズム６２と、直
角プリズム６２の底面に光学接着剤によって接着された
透光性の電極形成部６４とで構成されている。

【００２４】支持筒５０にはＧａＡｌＡｓレーザなどの
レーザ発振器７０とフォトダイオードなどの受光センサ
７２とが固定されている。レーザ発振器７０から出射さ
れたレーザ光は直角プリズム６２を通って電極形成部６
４に導入され、電極形成部６４の底面において幾何光学
的な全反射条件で反射される。そして、反射したレーザ
光は直角プリズム６２から出射されて受光センサ７２で
受光される。

【００２５】半導体ウエハ１０の電気測定を行なう際に
は、センサヘッド６０の底面と半導体ウエハ１０の表面
とのギャップが約１μｍ以下に保たれる。レーザ発振器
７０とセンサヘッド６０と受光センサ７２とで構成され
る光学系は、このギャップを精密に測定するための光学
測定系である。この光学測定系は、レーザ発振器７０か
ら発振されたレーザ光がセンサヘッド６０の底面で幾何
学的な全反射条件で反射する際の、レーザ光のトンネリ
ング現象を利用しており、受光センサ７２と光量測定器
２２で測定される光量に基づいてギャップの値を測定し
ている。

【００２６】圧電アクチュエータ部４４、４５、４６は
位置制御装置２６と電気的に接続されており、また、受
光センサ７２は光量測定器２２と接続され、センサヘッ
ド６０の底面に形成された電極と金属製の試料テーブル
３８にはインピーダンスメータ２４が接続されている。
インピーダンスメータ２４は、各電極と試料テーブル３
８との間の容量やコンダクタンスを測定する機器であ
る。

【００２７】これら光量測定器２２、位置制御装置２６
及びホストコントローラ２８により実行されるギャップ
や平行度の調整方法、またインピーダンスメータ２４と
ホストコントローラ２８による半導体ウエハ１０の電気
特性の測定方法及び測定結果の処理方法等については、
本出願人により開示された特開平４−３２７０４号公報
あるいは特開平５−３３５３９２号公報に詳述されてい
るので、ここではその詳細は省略する。

【００２８】次に、本実施例の測定部２０に採用される
センサヘッド６０について詳細に説明する。

【００２９】図４は、このセンサヘッド６０の電極形成
部６４を斜め下から見た斜視図であり、さらに、その内
部及び裏面に隠れた電気配線２０１ａを点線にて描いて
いる。電極形成部６４は、光学ガラスで形成されたコー
ンガラス６６と、コーンガラス６６の底面６６ａ上に形
成された電極パターン２００とで構成されている。電極
パターン２００は、電気測定用電極２０１と、３つの平
行度調整用電極１１１、１１２、１１３と、ガードリン
グ電極１２０とを含んでおり、また、電極１１１〜１１
３、１２０には、それぞれ接続された配線１１１ａ、１
１２ａ、１１３ａ、１２０ａを含んでいる。これらの配
線は、コーンガラス６６の底面６６ａから側斜面６６ｂ
に渡って形成されている。本実施例において、電気測定
用電極２０１は円形の電極であり、その直径は１．０ｍ
ｍφである。

【００３０】３つの平行度調整用電極１１１〜１１３
は、３つに等分割されたリング状の形状をそれぞれ有し
ている。平行度調整用電極１１１〜１１３のリングの内
径は１．６ｍｍφ、外径は２．４ｍｍφである。また、
各電極１１１〜１１３の間隔は０．７ｍｍである。これ
らの電極の形状は、それぞれ円形としてもよいが、本実
施例のように分割したリング状にすることで、より小さ
な領域内に、より面積の大きな電極を形成することがで
きるという利点がある。

【００３１】この平行度調整用電極１１１〜１１３は、
コーンガラス６６の底面６６ａと半導体ウエハ１０の表
面との平行度を調整する際に利用される。すなわち、圧
電アクチュエータ部４４、４５、４６のピエゾ素子の伸
び量を調整してコーンガラス６６の底面６６ａの傾きを
調整し、各電極１１１〜１１３の容量値を互いに等しく
するようにすれば、コーンガラス６６の底面６６ａと半
導体ウエハ１０の表面とを平行にすることができる。

【００３２】ガードリング電極１２０は、電気測定用電
極２０１と平行度調整用電極１１１〜１１３との間に設
けられたリング状の電極であり、その内径は１．２ｍｍ
φ、外径は１．４ｍｍφである。ガードリング電極１２
０は所定の電位（例えば接地電位）に保たれており、４
つの電極２０１、１１１〜１１３の間の相互作用を防止
する役割を有する。

【００３３】なお、各電極２０１、１１１〜１１３、１
２０の間のギャップは０．１ｍｍに設定されており、ま
た、底面６６ａ上における配線１１１ａ〜１１３ａの幅
は０．１ｍｍに設定されている。

【００３４】コーンガラス６６は、円盤状のガラスを研
磨して側面をテーパ状に削ったものである。コーンガラ
ス６６の底面６６ａは表面６６ｃに対して平行なので、
フォトリソグラフィによってその底面６６ａに形成され
る上記電極パターン２００を容易に形成することができ
る。また、電極形成部６４の底面の所定箇所には、レー
ザ発振器７０から出射されたレーザ光を幾何光学的な全
反射条件で反射する図示しない反射部が形成されてお
り、反射したレーザ光は直角プリズム６２から出射され
て受光センサ７２で受光される。これらの光学測定系に
より、電気測定用電極２０１と半導体ウエハ１０とのギ
ャップは約１μｍ以下に保たれる。

【００３５】一方、電気測定用電極２０１の電気配線２
０１ａは、その他の配線１１１ａ〜１１３ａ、１２０ａ
と異なって電気測定用電極２０１の裏面に導通してお
り、コーンガラス６６の底面６６ａと対向する表面６６
ｃまで貫通して埋設された中空円筒状の導電体と、表面
６６ｃに現れるこの中空円筒状の導電体と導通してコー
ンガラス６６の環状側面６６ｄにまで至る帯状の導電体
とにより構成されている。この中空円筒状の導電体の外
形寸法は、外径３００μｍ、外径と内径との差、すなわ
ち配線幅Ｗが０．８μｍである。

【００３６】この様に電気配線２０１ａを形成したた
め、半導体ウエハ１０と対向する電気測定用電極２０１
に配線引出用の段差部などが皆無となり、電気測定用電
極２０１に印加する測定電圧に非線形な寄生容量を完全
に除去することができ、単純な一定値をとる配線容量の
みを示すようになる効果がある。

【００３７】また、以下に説明するような原理から明ら
かなように、電気配線２０１ａの配線幅Ｗを０．８μｍ
としているため、電気測定用電極２０１の裏面に導通す
る電気配線２０１ａのために電気測定用電極２０１の平
滑度が低下したとしても、電気測定精度を低下させるこ
とがない。すなわち、電気測定精度を保つためには、半
導体ウエハ１０上に解析容易な理想的な電界である平行
電界を発生させる必要がある。

【００３８】図５は、この電気配線２０１ａの導通する
電気測定用電極２０１の平滑度が乱されたと想定したと
き、半導体ウエハ１０と電気測定用電極２０１との間に
発生する電界を電気力線により表した説明図である。図
からも理解されるように、半導体ウエハ１０上の電界が
平行電界となる条件は、電気測定用電極２０１と半導体
ウエハ１０とのギャップＤと電気配線２０１ａの幅Ｗと
の相互関係が重要となる。なお、前述のように、本実施
例においてギャップＤは、約１μｍ以下である。

【００３９】電気配線２０１ａに起因して電気測定用電
極２０１に発生する凹状部２０１ｂは、その形状を特定
形状に合わせて正確に製作することは困難でもある。換
言するならば、いかような凹状部２０１ｂが電気測定用
電極２０１に形成されようとも、半導体ウエハ１０上の
電界が平行電界を保つことを必須の条件として電気配線
２０１ａの幅Ｗを設計しなければならない。従って、こ
の凹状部２０１ｂが半導体ウエハ１０上の電界に最も悪
影響を及ぼす条件、すなわち電気配線２０１ａの幅Ｗの
両端に電気力線が集中して分布する条件を設定する必要
がある。

【００４０】上記条件を満足するために、幅Ｗを隔てて
２つの点電荷が存在するときの同一ポテンシャル面（等
電位面）をＭｏｏｎとＳｐｅｎｃｅｒ（プリッツ著「電
界計算法」朝倉書店（１９７４）参照）が見い出した次
式（１）の写像関数に解析する。

【００４１】 Ｚ＝（Ｗ／２）（ｅ^a＋１）^1/2 但し、ａ＝Ｘ＋ｉＹ …（１）

【００４２】この複素関数の実数部が等電位面を表す関
数群となる。そこで、この関数群のうち必要な２象限の
みを具体的にプロットしたのが図６である。図６から明
らかなように、幅Ｗを隔てて２つの点電荷ｑ，ｑ′が存
在したとしても、この点電荷ｑ，ｑ′からＷ／２以上離
れた点での等電位面は略水平となっている。すなわち、
点電荷ｑ，ｑ′からＷ／２以上離れた点での電界は、こ
の等電位面に直交するので幅Ｗの平面に対して略垂直と
なるのである。

【００４３】従って、図５に示すように半導体ウエハ１
０上の電界が幅Ｗの点電荷によっても乱されることなく
平行電界であるための条件は、半導体ウエハ１０と電気
測定用電極２０１との距離Ｄが幅Ｗの１／２以上であれ
ば十分であることが解かる。距離Ｄを約１μｍ以下とし
ている本実施例にあっては、幅Ｗが０．８μｍである電
気配線２０１ａはこの条件を完全に充足する。

【００４４】また、本実施例の電気配線２０１ａは、電
気測定用電極２０１に対して幅Ｗの０．８μｍよりも長
い軌跡の外径３００μｍの中空円筒形状で導通してい
る。このため、上述した幅Ｗに課せられる制約を満足し
つつも、約２３８μｍ² という大きな面積で電気測定用
電極２０１と導通し、その接触抵抗を小さく抑制するこ
とができる。

【００４５】さらに、電極パターン２００の中央部に位
置することが望ましい電気測定用電極２０１の電気配線
２０１ａをコーンガラス６６を貫通して設けたため、電
気測定用電極２０１の外周に設けられるガードリング電
極１２０を完全に閉じた閉曲面の電極とすることが可能
となる。このような閉曲面のガードリング電極１２０を
設けることによって、平行度調整用電極１１１〜１１３
からの影響を完全に遮断して電気測定用電極２０１の容
量値を測定できるので、電気測定の測定精度を向上させ
ることができるという効果を奏する。

【００４６】以上のようにしてコーンガラス６６の最外
周部にまで引き出された配線１１１ａ〜１１３ａ、１２
０ａ、２０１ａは、コーンガラス６６の側斜面６６ｂの
端部において、外部のリード線と接続される。この配線
の接続は、ワイヤボンディングや硬化性の銀ペーストで
行なわれ、その接続部は数百μｍ盛り上がることもあ
る。コーンガラス６６の底面６６ａから上方に離れた位
置において配線を接続するようにしたのは、コーンガラ
ス６６の底面６６ａと半導体ウエハ１０の表面との間に
接続部の盛り上がりが挟まれないようにするためであ
る。電気測定時には、底面６６ａと半導体ウエハ１０の
表面とのギャップが約１μｍ以下に設定されるので、数
百μｍ程度の配線の接続部の盛り上がりが底面６６ａ近
くにあると、接続部の盛り上がりが半導体ウエハ１０と
接触してしまうという問題を生じる。本実施例では円錐
台状のコーンガラス６６を用いたため、この様に底面６
６ａから離れたところで電極形成部６４上の配線と外部
のリード線とを接続できる。

【００４７】以上、詳細に説明したように優れた効果を
奏するセンサヘッド６０は、次の様な工程順序にて製造
される。

【００４８】まず、コーンガラス６６の材料として用い
るＢＫ７などの光学ガラスを研磨して図４の斜視図に示
すような形状とする。このコーンガラス６６の底面が上
述した電極を形成する面となる。次に、コーンガラス６
６の中央部にリング状の貫通孔を穿設し、ここに電気配
線２０１ａとなる白金をスルーホール製作と同様の工程
により埋設する。そして、電極パターン２００を形成す
るコーンガラス６６の底面６６ａを研磨し、必要な平滑
度に仕上げた後に、エッチングや蒸着などの技法により
上記形状の電極パターン２００を形成するのである。

【００４９】この様な製造方法によれば、いかような形
状、幅Ｗ、長さの電気配線２０１ａを製作するとして
も、その製作に最適なスルーホール製作法を適用するこ
とが可能となり、また技術的に確立されたスルーホール
製作法を適用することで断線などに強い長寿命のセンサ
ヘッド６０を製造することができる。

【００５０】さらに、電気配線２０１ａの形成工程の後
に研磨工程が行われるため、電気配線２０１ａの製作工
程で底面６６ａの平滑度が乱されたとしてもこれを修正
し、所望平滑度の面を形成することができる。また、光
学ガラスを材料とするコーンガラス６６に比較して白金
からなる電気配線２０１ａの硬度は低いため、上記研磨
工程にて底面６６ａに露出する電気配線２０１ａはコー
ンガラス６６に比べて大きく研磨され、図５に示したよ
うな凹状部２０１ｂを形成することができる。

【００５１】以上、実施例のセンサヘッド６０について
説明したが、電気配線２０１ａの形状等は上記実施例に
限られるものではなく、電気測定装置ＭＤの全体構成に
応じて最適に設計することができる。すなわち、電気配
線２０１ａは、その幅Ｗが電気測定用電極２０１と被測
定対象である半導体ウエハ１０との距離Ｄの２倍以下で
ある条件さえ満足するならばその形状は任意であり、例
えば、図７の電気配線２０１ａａに示すように直線状と
しても何ら差し支えない。また、図８に示すように、コ
ーンガラス６６を貫通した電気配線２０１ａｂをその側
斜面６６ｂにまで引き回し、外部測定器との接続箇所も
変更してもよい。さらには、接触抵抗の問題を無視すれ
ば、電気配線２０１ａを単なる線条の導線から構成した
ものであってもよい。

【００５２】また、電気配線２０１ａに限らず、その他
の電極パターン２００の形状なども任意に設計すること
ができる。図９は、電気配線２０１ａｃを詳述した実施
例と同じく中空円筒形状とし、この電気配線２０１ａｃ
と導通している電気測定用電極２０１ｘをリング状とし
て例である。この様に電気測定用電極２０１ｘをリング
状とするならば、コーンガラス６６の底面６６ａの中央
部にレーザ光の反射面６６ｅを設けることができ、光学
測定系による半導体ウエハ１０とのギャップ測定を簡略
に行える効果がある。

【００５３】また、電気測定用電極２０１の配線である
電気配線２０１ａに限らず、その他の電極パターン２０
０の配線をコーンガラス６６を貫通して形成することも
できる。図１０は、その他の電極パターンである平行度
調整用電極１１１ｂ〜１１３ｂ、ガードリング電極１２
０ｂの配線１１１ｃ〜１１３ｃ、１２０ｃを電気測定用
電極２０１ｙの電気配線２０１ａｄと同様にスルーホー
ル状とした実施例である。この実施例によれば、底面６
６ａに形成される電極パターン２００が必要最低限とな
ってその占有面積が最小となり、かつ、それぞれの電極
パターンが完全に独立するために電極形状の設計の自由
度が大きくなるという効果がある。

【００５４】なお、この発明は記述の実施例に限られる
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々
の態様において実施することが可能であり、Ｃ−Ｖ測定
装置用のセンサヘッドに限らず、一般に、測定用電極と
半導体基板との間の電気特性を非接触で測定する装置に
利用されるセンサヘッドに適用できる。

【００５５】他の電気測定としては、例えば、ゼルブス
ト法によって合成容量Ｃｔａの時間依存性を調べること
により、半導体表面近傍の特性を評価するものなどがあ
る。また、インピーダンスメータ２４によってコンダク
タンスを測定すれば、半導体ウエハと酸化膜との界面に
おける界面準位などを評価することも可能である。さら
に、半導体ウエハの洗浄処理、熱酸化処理、酸化膜の安
定化熱処理等の各処理の間に、半導体ウエハに酸化膜が
形成されていない状態でＣ−Ｖ測定を実行すれば、これ
らの各処理の良否を判定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体の電気測定方法の概要を示す説明図であ
る。

【図２】従来の非接触電気測定用センサの構造説明図で
ある。

【図３】この発明の第１実施例としての電気測定装置の
構成を示す図である。

【図４】その電気測定装置のセンサヘッドの底面斜視図
である。

【図５】そのセンサヘッドにより半導体ウエハ上に発生
する電界の説明図である。

【図６】２つの点電荷により発生する等電位面の説明図
である。

【図７】第２実施例のセンサヘッドの底面斜視図であ
る。

【図８】第３実施例のセンサヘッドの底面斜視図であ
る。

【図９】第４実施例のセンサヘッドの底面斜視図であ
る。

【図１０】第５実施例のセンサヘッドの底面斜視図であ
る。

【符号の説明】

１０…半導体ウエハ ２０…測定部 ２２…光量測定器 ２４…インピーダンスメータ ２６…位置制御装置 ２８…ホストコントローラ ３２…ベース ３４…駆動装置 ３４ａ…ボールネジ部 ３６…架台 ３８…試料テーブル ４０…筺体 ４２…フランジ ４４…圧電アクチュエータ部 ４８…支持板 ５０…支持筒 ６０…センサヘッド ６２…直角プリズム ６４…電極形成部 ６６…コーンガラス ６６ａ…底面 ６６ｂ…側斜面 ６６ｃ…表面 ６６ｄ…環状側面 ６６ｅ…反射面 ７０…レーザ発振器 ７２…受光センサ １１１〜１１３…平行度調整用電極 １１１ａ〜１１３ａ…配線 １２０…ガードリング電極 ２００…電極パターン ２０１…電気測定用電極 ２０１ａ…電気配線 ２０１ａａ…電気配線 ２０１ａｂ…電気配線 ２０１ａｃ…電気配線 ２０１ａｄ…電気配線

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体の電気特性の測定を行なう非接触
   電気測定センサであって、 電気測定用電極と、 前記半導体の表面との間に所定ギャップを隔ててほぼ平
   行に前記電気測定用電極を保持する電極保持手段と、 前記電気測定用電極の前記半導体と対向する対向面の裏
   面に導通し、かつ前記電極保持手段に貫通していると共
   に、前記電気測定用電極に現れる電気特性を測定する測
   定器に接続されている電気配線と、 を備えることを特徴とする非接触電気測定用センサ。
2. 【請求項２】 前記電気配線が前記電気測定用電極と導
   通している導通部の最大幅Ｗは、前記電気測定用電極と
   前記半導体との所定ギャップＤの２倍以下であることを
   特徴とする請求項１記載の非接触電気測定用センサ。
3. 【請求項３】 前記電気配線が前記電気測定用電極と導
   通している導通面は、前記最大幅Ｗと該最大幅Ｗより長
   い所定軌跡の長さＬとからなる細線状であることを特徴
   とする請求項２記載の非接触電気測定用センサ。
4. 【請求項４】 電気測定用電極と、 半導体の表面との間に所定ギャップを隔ててほぼ平行に
   前記電気測定用電極を保持する電極保持手段と、 前記電気測定用電極に導通すると共に、前記電気測定用
   電極に現れる電気特性を測定する測定器に接続されてい
   る電気配線と、 を備え、前記測定器の測定結果に基づいて前記半導体の
   電気特性の測定を行なう非接触電気測定用センサの製造
   方法において、 前記電極保持手段を貫通して導電性の電気配線を形成
   し、 該電気配線が露出している前記電極保持手段の少なくと
   も一面を所定平滑度に研磨し、 該研磨した前記電極保持手段の一面の所定箇所に電気測
   定用電極を形成することを特徴とする非接触電気測定用
   センサの製造方法。
5. 【請求項５】 前記電気配線を形成する工程は、前記非
   接触電気測定用センサの電極保持手段に対して同一もし
   くは低い硬度の導電性の物質により行われることを特徴
   とする請求項４記載の非接触電気測定用センサの製造方
   法。