JPH10115667A

JPH10115667A - プローブ装置

Info

Publication number: JPH10115667A
Application number: JP8272249A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Sekiguchi; 英紀関口; Yuji Sakata; 裕司阪田; Akira Fujii; 彰藤井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1996-10-15
Publication date: 1998-05-06

Abstract

(57)【要約】【課題】プローブ装置に関し、正確に且つ効率よく試
験を行うことができるようにすることを目的とする。【解決手段】被測定試料を観察する光学顕微鏡と、弾
性体で支持された探針を有するプローブ部と、光学顕微
鏡及びプローブ部の一方が被測定試料と対向するように
光学顕微鏡及びプローブ部を移動可能に支持する支持手
段と、プローブ部の探針の温度を制御できる温度調整機
構とを備えた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体チップ等の被
測定試料の配線を試験するためのプローブ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路を開発、製造する上で、
素子を試験して動作不良がある場合に原因を調べること
が不可欠であるが、近年のＬＳＩの高集積化により、Ｌ
ＳＩテスタ等のＩ／Ｏピンの信号を測定する方法だけで
は、正確な設計検証や故障分析を行うことが困難になっ
てきている。このため、素子の中の微細配線の電圧を測
定することが行われる。

【０００３】素子の内部を測定する装置とし、通常メカ
ニカルなプローブ装置が使用される。メカニカルなプロ
ーブ装置は、先端をμｍのオーダーに研磨した導電性の
微小な探針を含み、その探針をチップ内部の配線にあ
て、オシロスコープ等で電圧を調べる。しかし、メカニ
カルなプローブ装置では、プロービングできる配線の幅
は２〜３μｍが限界であり、最近のＬＳＩでは配線の幅
が１μｍ以下になることもあるため、目標とする配線に
プロービングするのが困難になっている。

【０００４】１μｍ以下の微細な配線にプロービングで
きる装置としては、電子ビームを用いた電子ビームテス
タが知られているが、半導体集積回路の高集積化、高速
化に伴い、測定スピードと時間分解能が不十分になりつ
つある。そこで、本願の発明者らは原子間力顕微鏡の技
術を応用し、導電性微細探針による配線探索と探針位置
決めの機能を備えたプローブ装置を先に提案した（特願
平５─２９２０３６号）。このプローブ装置では、まず
光学顕微鏡で測定すべき配線を探索後、弾性体で支持さ
れた探針を有するプローブ部を測定すべき配線の位置に
移動させ、探索した配線の近傍にプローブ部の探針を位
置決めする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】高速デバイスになると
消費電力が大きく、ＬＳＩが発熱し、被測定試料の温度
が周囲の温度に対して数１０度高くなることがある。ま
た、ＬＳＩの不良解析や動作解析をする場合には、例え
ば−３０℃〜１５０℃の範囲の温度で試験を行うことが
ある。その場合には、被測定試料はそのような温度にな
るように制御されているが、プローブ部の探針がそれと
同じように温度制御されていないと、探針と被測定試料
との間の熱膨張差に従って誤検出を行う可能性がある。

【０００６】上記先願のプローブ装置においては、光学
顕微鏡を使用した後でプローブ部を使用する。それか
ら、プローブ部による試験が終了すると、再び光学顕微
鏡を使用して配線の探索を行い、それからまたプローブ
部を使用する。探針が周囲の温度と同じ温度にあって、
被測定試料の温度が周囲の温度と異なる場合には、探針
を被測定試料に近づけると、探針の温度が被測定試料の
温度に近づくように変化し、熱膨張（又は熱収縮）し
て、探針の位置がずれる。特に、探針は垂直方向に延び
るため、探針の高さが変化する。そのために、探針が熱
膨張している間に探針で被測定試料の表面を走査する
と、熱膨張している探針の長さの変化を被測定試料の表
面の高さの変化と間違えて検出し、被測定試料の表面の
凹凸を正確にとらえることができないという問題が生じ
る。

【０００７】また、探針が配線に接触する際は、探針の
先端部や被測定試料の表面に損傷が生じないように、必
要最小限の力で探針を被測定試料の表面に押しつけるこ
とが望ましい。しかし、探針が被測定試料の表面に接触
中に熱膨張すると過度の押しつけになり、探針の先端部
や被測定試料の表面が損傷する。また、探針が熱収縮す
ると、探針が浮き上がり、電気的な接触が保たれなくな
る。

【０００８】そのために、従来は、探針の温度が平衡状
態になって熱膨張、収縮が収まるまでプロービング（例
えば電圧測定）を待つ必要があり、プローブ装置のスル
ープットを低下させていた。特に、光学顕微鏡を使用し
た後でプローブ部を使用し、それからプローブ部による
試験が終了したら、再び光学顕微鏡を使用して配線の探
索を行い、それからまたプローブ部を使用するようにし
たプローブ装置では、光学顕微鏡からプローブ装置に切
り替える毎に探針の温度が安定するのを待つ必要があ
り、波形測定までに時間がかかっていた。

【０００９】一方、ウエハ状態でチップのパッドにプロ
ービングするプローブカードでも、ウエハを温度制御し
ている時に、プローブカードを位置決めするまでに時間
がかかる。この時間を短縮するために、プローブカード
の温度調整を行うことが、特開平６─２３６９０９号公
報に記載さている。この従来技術では、装着前のプロー
ブカード全体をウエハと同じ温度となるように予温度調
整する。しかし、交換可能なプローブカード全体を予温
度調整することができるが、上記した本願の先願による
プローブ装置では、プローブ装置全体を予温度調整する
ことはできない。プローブ装置全体を予温度調整する
と、プローブ部を支持するステージに熱が伝達され、探
針よりももっと大きい領域で温度変化が生じる。

【００１０】本発明の目的は、上記諸問題点を解決し、
正確に且つ効率よく試験を行うことのできるプローブ装
置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によるプローブ装
置は、被測定試料を観察する光学顕微鏡と、弾性体で支
持された探針を有するプローブ部と、光学顕微鏡及びプ
ローブ部の一方が被測定試料と対向するように光学顕微
鏡及びプローブ部を移動可能に支持する支持手段と、プ
ローブ部の探針の温度を制御できる温度調整機構とを備
えたことを特徴とするものである。

【００１２】このようにすれば、プローブ部の探針の部
分のみを温度制御できる。よって、光学顕微鏡を使用し
ている間に探針の温度を被測定試料の温度と同じになる
ように加熱又は冷却し、光学顕微鏡による配線の探索が
終わったら、プローブ部を使用して配線の走査を行う。
このときには、探針の温度を被測定試料の温度と同じよ
うになっているので、探針が被測定試料に接触しても探
針が熱膨張又は熱収縮することがなく、直ちにプロービ
ングを行うことができる。従って、正確に且つ効率よく
試験を行うことのできるプローブ装置を提供することが
できる。

【００１３】上記構成において、温度調整機構は非接触
式の加熱手段を含むことができる。また、プローブ部が
被測定試料と対向する位置にもたらされた後、探針の上
下方向の位置ずれ量を検出し、該位置ずれ量から温度調
整機構を制御することができる。

【００１４】また、本発明の他の特徴によるプローブ装
置は、被測定試料を観察する光学顕微鏡と、弾性体で支
持された探針を有するプローブ部と、光学顕微鏡及びプ
ローブ部の一方が被測定試料と対向するように光学顕微
鏡及びプローブ部を移動可能に支持する支持手段と、プ
ローブ部が被測定試料と対向する位置になってから探針
の上下方向の位置ずれ量を繰り返し測定する手段と、位
置ずれ量の変化量が所定値以下になってからプロービン
グを開始する手段とを備えたことを特徴とする。

【００１５】また、本発明の他の特徴によるプローブ装
置は、弾性体で支持された探針を有するプローブ部と、
弾性体のたわみ量を測定する変位センサと、探針が被測
定試料に接触している時に弾性体のたわみ量が一定とな
るように探針を上下動させる手段とを備えたことを特徴
とする。

【００１６】また、本発明の他の特徴によるプローブ装
置は、弾性体で支持された探針を有するプローブ部と、
弾性体のたわみ量を測定する変位センサと、探針を走査
することで被測定試料の表面の凹凸を測定する表面凹凸
測定手段と、同じ位置の高さを複数回測定して探針の上
下方向の位置ずれ量を測定して表面の凹凸形状を補正す
る手段とを備えたことを特徴とする。この場合、該補正
手段は複数回測定する位置情報から測定値を直線あるい
は曲線で補間して補正するようにすることができる。

【００１７】これらのいずれの特徴においても、正確に
且つ効率よく試験を行うことのできるプローブ装置を提
供することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１から図３は本発明の第１実施
例によるプローブ装置１０を示す図である。プローブ装
置１０は、被測定試料１２を観察する光学顕微鏡１４
と、弾性体で支持された探針１６を有するプローブ部１
８とからなる。被測定試料１２は例えばパターン形成さ
れた配線を有する半導体素子である。

【００１９】ＣＣＤカメラ１５が光学顕微鏡１４に取り
つけられ、光学顕微鏡１４で観察した被測定試料１２の
配線等を図示しないモニターテレビに表示できるように
なっている。光学顕微鏡１４及びプローブ部１８は、光
学顕微鏡１４及びプローブ部１８の一方が選択的に被測
定試料１２と対向するように支持されている。図１にお
いては、光学顕微鏡１４が被測定試料１２と対向してい
る。図２においては、プローブ部１８が被測定試料１２
と対向している。

【００２０】光学顕微鏡１４及びプローブ部１８は共通
の粗動Ｚステージ２０に取りつけられている。光学顕微
鏡１４は粗動Ｚステージ２０に直接に固定され、プロー
ブ部１８は微動ＸＹＺステージ２６により粗動Ｚステー
ジ２０に取りつけられている。微動ＸＹＺステージ２６
はＺ軸方向に延びる退避軸ガイド２４により粗動Ｚステ
ージ２０に移動可能に取りつけられ、退避軸エアシリン
ダ２８により粗動Ｚステージ２０に対して上下方向に移
動される。よってプローブ部１８が使用されない場合に
はプローブ部１８を上方の退避位置にもたらし（図
１）、プローブ部１８が使用される場合にはプローブ部
１８を下方の作動位置にもたらす（図２）。微動ＸＹＺ
ステージ２６は圧電素子を用いた微動アクチュエータ
（図示せず）によってＸＹＺ方向に微動動作することが
できる。

【００２１】粗動Ｚステージ２０は粗動Ｚガイド３０に
よって粗動Ｘステージ３２に移動可能に取りつけられ、
粗動Ｚモータ３４によりＺ軸方向に移動せしめられる。
粗動Ｘステージ３２は粗動Ｘガイド３６によって粗動Ｙ
ステージ３８に移動可能に取りつけられ、粗動Ｘモータ
４０によりＸ軸方向に移動せしめられる。粗動Ｙステー
ジ３８は粗動Ｙガイド４２によって装置のベースフレー
ムに移動可能に取りつけられ、粗動Ｙモータ（図示せ
ず）によりＹ軸方向に移動せしめられる。

【００２２】従って、光学顕微鏡１４はＸＹＺ軸方向に
粗動動作せしめられ、被測定試料１２の所望の部位を観
察（探索）することができる。光学顕微鏡１４が使用さ
れている間は、プローブ部１８は上方の退避位置にあり
（図１）、粗動Ｚステージ２０がどのように動いても、
プローブ部１８の探針１６が被測定試料１２に接触する
ことはない。光学顕微鏡１４を使用している間中、光学
顕微鏡１４の下端部と被測定試料１２との間に小さな間
隔があり、光学顕微鏡１４の下端部は被測定試料１２の
表面に接触しない。

【００２３】光学顕微鏡１４が被測定試料１２の所望の
位置を探索したら、粗動Ｘステージ３２、粗動Ｙステー
ジ３８、粗動Ｚステージ２０を動かして、光学顕微鏡１
４を被測定試料１２からずらし、プローブ部１８を被測
定試料１２の位置へもって来る。すなわち、プローブ部
１８と光学顕微鏡１４との間の位置関係は前もって分か
っているので、プローブ部１８を光学顕微鏡１４の探索
位置へ移動させることができる。それから、退避軸エア
シリンダ２８を作動させて、プローブ部１８及び探針１
６を被測定試料１２の直ぐ上の位置まで下げ（図２）、
それから微動アクチュエータを作動させながら、探針１
６により被測定試料１２の表面の走査を行う。

【００２４】図４は被測定試料１２を示し、光学顕微鏡
１４は被測定試料１２の視野１２ａの中に求める配線１
２ｂ、１２ｃを見つける。図５及び図６は配線１２ｂ、
１２ｃを拡大して示す。配線１２ｂ、１２ｃの幅は例え
ば１μｍ又はそれよりも小さい場合もある。被測定試料
１２に対向するものを光学顕微鏡１４からプローブ部１
８に入れ換えるが、粗動Ｘステージ３２、粗動Ｙステー
ジ３８、粗動Ｚステージ２０の精度を１μｍ以下にする
のは難しいので、探針１６をそのような微細な配線１２
ｂ、１２ｃに正確に位置合わせをすることは難しい。

【００２５】従って、プローブ部１８を光学顕微鏡１４
が探索した位置へ移動させても、その位置において、探
針１６が配線１２ｂ又は１２ｃに正確に突き立てられる
かどうかは分からない。そこで、プローブ部１８が所定
の位置に位置決めされたら、探針１６を例えば矢印Ａの
方向に走査しながら配線１２ｂ、１２ｃを認識する。こ
の場合、まず、プローブ部１８をＺ軸方向に下げてい
き、探針１６が被測定試料１２の表面（配線１２ｂ、１
２ｃ又はその間の平坦部）に接触したことによりＺ軸方
向の高さを知り、それからＸ軸方向またはＹ軸方向方向
に走査しながら配線１２ｂ、１２ｃを認識する。配線１
２ｂ、１２ｃを認識したら、プローブ部１８による電圧
試験（プロービング）を行う。

【００２６】探針１６は弾性体（図３参照）によりプロ
ーブ部１８に支持されているので、プローブ部１８の高
さは変わらなくても、探針１６の高さは走査にともなう
被測定試料１２の表面の形状の変化に追従して変化する
ことができる。弾性体が探針１６の変位を吸収するの
で、探針１６及び被測定試料１２の表面は接触によるダ
メージを受けない。探針１６の高さは弾性体のたわみ量
として検出される。

【００２７】図３は探針１６を有するプローブ部１８の
詳細を示す図である。プローブ部１８は中空ボディ４４
と、中空ロッド５０とを有する。中空ロッド５０は、中
空ボディ４４の軸心部に位置し、十字形に張られた梁状
の２段のばね４６、４８により中空ボディ４４に取りつ
けられている。上記弾性体はこれらのばね４６、４８で
ある。中空ロッド５０はばね４６、４８の弾性により中
空ボディ４４に対して上下方向に変位可能である。探針
１６は中空ロッド５０の先端に取りつけられている。

【００２８】板状電極５２が中空ロッド５０に取りつけ
られ、板状電極５２を挟むように配置された板状電極５
４、５６が中空ボディ４４に取りつけられている。中空
ロッド５０が中空ボディ４４に対して変位すると、板状
電極５２と板状電極５４、５６との間のギャップが変化
し、よって容量が変化する。従って、中空ロッド５０の
変位量、すなわち、探針１６のＺ軸方向の高さの変化
は、板状電極５２と板状電極５４、５６との間の容量の
変化として検出される。

【００２９】反射膜５８が中空ボディ４４の先端部に取
りつけられており、反射膜５８の上には電気光学結晶部
材６０が設けられ、電気光学結晶部材６０の上には透明
電極膜６２が設けられている。探針１６は反射膜５８を
通って電気光学結晶部材６０に接触するように設けられ
ている。透明電極膜６２はグランドに接続される。さら
に、中空ロッド５０の内部には上方からレーザー光が電
気光学結晶部材６０に向かって照射され、そして反射膜
５８で反射したレーザー光を検出する検出手段（図示せ
ず）が設けられている。

【００３０】探針１６が配線１２ｂ、１２ｃに接触する
と、探針１６と透明電極膜６２との間に電圧が発生し、
その電圧により電気光学結晶部材６０の状態が変化す
る。それによって、レーザー光の偏光面が変わり、検出
手段（図示せず）は反射膜５８で反射したレーザー光の
偏光面を検出することにより電圧を検出することができ
る。従って、この検出機構により、探針１６の高さを検
出することにより配線１２ｂ、１２ｃの位置を認識し、
配線１２ｂ、１２ｃを認識したらそこで検出した電圧を
読み取って、配線１２ｂ、１２ｃが正常であるかどうか
を試験することができる。

【００３１】図１及び図２に戻ると、このような基本的
な構成において、本発明においては、探針１６の温度を
制御できる温度調整機構を備えている。この温度調整機
構は、探針１６の先端部を加熱することのできる加熱手
段７０と、粗動Ｚステージ２０に設けられて加熱手段７
０を進退移動可能に支持するエアシリンダ７２とからな
る。加熱手段７０はペルチェ素子からなり、電流を流す
と発熱する側を探針１６の真下に向けて配置されてい
る。なお、この実施例は探針１６を加熱する例である
が、探針１６を冷却したい場合には、流す電流を逆方向
に流すことで冷却する。また、加熱手段７０は探針１６
に対して非接触式の加熱手段である。

【００３２】加熱手段７０は、プローブ部１８が使用さ
れない場合（光学顕微鏡１４が使用されている場合）に
は探針１６の先端部を加熱し、プローブ部１８が使用さ
れる場合（光学顕微鏡１４が使用されない場合）には退
避して探針１６の動作の妨げとならないようになってい
る。このようにして、光学顕微鏡１４が使用されている
間に探針１６を加熱することにより、探針１６を被測定
試料１２の温度と同じか又はそれに近い温度にしてお
く。この場合、探針１６の温度を検出することのできる
温度検出手段（図示せず）を設けておく。

【００３３】もし探針１６と被測定試料１２との間に温
度差があると、探針１６が配線１２ｂ、１２ｃを走査し
ている間に探針１６が熱膨張（又は熱収縮）し、探針１
６が最初に被測定試料１２の表面に接触したときの高さ
とその後の熱膨張後の探針１６の高さが変化（位置ず
れ）し、配線１２ｂ，１２ｃの認識を誤まる可能性があ
る。

【００３４】従って、本発明のように、加熱手段７０を
設けて、探針１６を使用していない間（光学顕微鏡１４
を使用している間）に探針１６の温度を被測定試料１２
の温度と同じか又はそれに近い温度にしておくことによ
り、探針１６が熱膨張（又は熱収縮）して配線１２ｂ，
１２ｃが認識できないために、配線の電圧を読み取って
試験することができなくなることを解消することができ
る。なお、半導体装置の熱耐久試験を行う場合には、被
測定試料１２は加熱されたり、冷却されたりして、所定
の温度に維持されている。本発明では、探針１６をその
ような温度にする。

【００３５】図７は、図１から図３の実施例の全体のシ
ステム構成図である。図７では図１から図３にある部材
には同じ参照番号を付けて示してある。図７では、全体
を制御する計算機（コンピュータ）７４及びＣＲＴモニ
タ７５があり、探針１６の変位センサ７３は微動ＸＹＺ
ステージ２６に関連して設けられる。上記した各部材を
制御するために、粗動ステージコントローラ７６、電磁
弁コントローラ７７、ＸＹＺピエゾコントローラ７８、
変位センサアンプ７９、温度コントローラ８０が設けら
れている。さらに、被測定試料１２の加熱手段（ＤＵＴ
温調器）７４及びその温度コントローラ８１が示されて
いる。

【００３６】図８及び図９は本発明の第２実施例による
プローブ装置１０を示す図である。この実施例も基本的
な構成は前の実施例と同様である。すなわち、プローブ
装置１０は、被測定試料１２を観察する光学顕微鏡１４
と、弾性体で支持された探針１６を有するプローブ部１
８とからなる。図８においては、光学顕微鏡１４が被測
定試料１２と対向し、プローブ部１８は被測定試料１２
とはずれた位置にあって上方の退避位置にある。図９に
おいては、プローブ部１８が被測定試料１２と対向して
いる。光学顕微鏡１４が被測定試料１２の所望の位置を
探索したら、光学顕微鏡１４をずらして、プローブ部１
８を使用する。微動アクチュエータを作動させながら、
探針１６により被測定試料１２の走査及び電圧試験（プ
ロービング）を行う。

【００３７】この実施例においては、探針１６の温度を
制御できる温度調整機構としての加熱手段７０は、赤外
線照射器からなる。赤外線はプローブ部１８が使用され
ない場合（光学顕微鏡１４が使用されている場合）に照
射され、赤外線は探針１６のの先端部に焦点を合わせて
照射される。プローブ部１８が使用される場合（光学顕
微鏡１４が使用されない場合）には、赤外線照射を切る
ようになっている。

【００３８】この例においては、探針１６の温度を直接
に検出することはせず、探針１６の熱膨張が安定するま
でプロービングを待ち、図１０、図１１に示される制御
を行う。図１０はプロービング待ちのフローチャートで
あり、図１１は最適照射パワー算出のフローチャートで
ある。図１１のステップＳ８に示されるように、最初、
適当なパワーＰ0 で赤外線を探針１６へ照射する。

【００３９】図１０のステップＳ１において、光学顕微
鏡１４が被測定試料１２の探索を行ったら、プローブ部
１８が使用されることになる。そこで、位置検出回数を
示すｋを０にする。それから、探針１６を被測定試料１
２の表面に接触させ、そして探針１６を被測定試料１２
の表面から引き上げ、この動作を繰り返し行って、探針
１６が被測定試料１２の表面に接触したときの高さ位置
（接触位置）Ｈ0 、Ｈ１、Ｈ2 ．．．Ｈｋを測定する
（ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４）。

【００４０】ステップＳ５において、高さ位置の変化
量、すなわち、連続する２回の測定値間の差ΔＨｋ（Δ
Ｈｋ＝Ｈｋ−Ｈｋ-1）を求める。それから、ステップＳ
６において、位置の変化量ΔＨｋの絶対値｜ΔＨｋ｜が
所定値ΔＨｄよりも小さくなったかどうか（ΔＨｋ＜Δ
Ｈｄ）を調べる。ステップＳ６の結果がイエスになれ
ば、探針１６の温度が被測定試料１２の温度に近づいて
探針１６の熱膨張（又は熱収縮）が落ちついたことを意
味する。

【００４１】そこで、ステップＳ６の結果がイエスにな
ってから初めて、探針１６による被測定試料１２のプロ
ービング（電圧検出）を行う（ステップＳ７）。このよ
うに、探針１６の温度が落ちつくまでプロービングを待
ち、探針１６の温度が落ちついてからプロービングを行
う。これによって、正確な試験を行うことができる。ま
た、位置の変化を繰り返し調べる間は待ち時間となる
が、探針１６の温度は加熱手段７０により既に上昇して
いるので、探針１６が常温にある状態から探針１６の熱
膨張が安定するまでプロービングを待つ場合よりも待ち
時間を短縮でき、しかも、積極的に位置の変化量を調べ
て探針１６の温度が落ちついたら直ちにプロービングを
行うことができるので、実際上の待ち時間は少ない。

【００４２】図１１に示されるように、ステップＳ８に
おいて、最初、適当なパワーＰ0 で赤外線を探針１６へ
照射する。図１０においては、探針１６の高さ位置（接
触位置）Ｈ0 、Ｈ、Ｈ2 ．．．Ｈｋが測定されているの
で、それに応じて、探針１６の長さＬ0 、Ｌ1 、Ｌ2
．．．Ｌｋを算出することができる。そして、探針１
６の連続する２回の長さの差ΔＬｋ（ΔＬｋ＝Ｌｋ−Ｌ
ｋ−１）を求めることができる（ステップＳ９）。

【００４３】ステップＳ１０において、プローブ部１８
によるプロービングが終了したら、プローブ部１８は光
学顕微鏡１４に切り替えられ、光学顕微鏡１４による被
測定試料１２の次の探索が行われる。それとともに、加
熱手段７０が再び赤外線を探針１６に向かって照射し、
探針１６を加熱する（ステップＳ１１、Ｓ１２）。しか
し、この場合には、前回の探針１６の長さの変化量ΔＬ
ｋに基づいて、パワーＰｋ−１をＰｋに補正して照射を
行う。すなわち、ステップＳ１１において、補正された
Ｐｋを、Ｐｋ＝Ｐｋ−１＋Ｃ×ΔＬｋにして，照射す
る。Ｃは補正係数である。

【００４４】図１２は本発明の第３実施例によるプロー
ブ部１８を示す図である。プローブ部１８は、上記した
のと同様に、被測定試料１２を観察する光学顕微鏡１４
とともに、プローブ装置１０に取りつけられることがで
きる。この実施例においては、探針１６の温度を制御で
きる温度調整機構としての加熱手段７０は、プローブ部
１８の中空ボディ４４の下端部に配置された加熱コイル
からなり、中空ロッド５０を介して探針１６を加熱す
る。この場合にも、加熱手段７０は非接触式の加熱手段
である。

【００４５】探針１６の高さ位置を繰り返し測定し、熱
膨張が安定するまでプロービングを待ち、そして加熱手
段７０のパワーを補正する上記実施例の特徴は、この実
施例においても行うことができる。さらに、位置の変化
量ΔＨｋの安定判定値ΔＨｄを上記実施例よりも大きく
し、完全に安定する前に被測定試料１２の表面を走査す
るようにする。

【００４６】図１３は、探針１６の熱膨張が安定した状
態で図５及び図６の走査を行った場合の被測定試料１２
の表面の凹凸プロフィールを示す図である。図１４は、
探針１６が熱膨張している状態で同様の走査を行った場
合の被測定試料１２の表面の凹凸プロフィールを示すで
ある。探針１６がまだ熱膨張している状態で走査を行う
と、凹凸プロフィールが図１４に示されるように傾く。

【００４７】傾いたままでは配線の認識を誤まることが
ある。そこで、点Ｘ₀からＸ₁へ走査した後、再度Ｘ₀
における高さを測定するとＺ₀であったものがＺ₁にな
る。従って、Ｘ₀からＸ₁へ走査する間に、Ｚ₁−Ｚ₀
の熱膨張があったことが分かる。短い時間では熱膨張は
直線で近似できるので、点Ｘ₀からＸ₁までの範囲内の
ある位置での高さＺ′は、Ｚ′＝Ｚ₀＋（Ｘ−Ｘ₁）
（Ｚ₁−Ｚ₀）／（Ｘ₀−Ｘ₁）で直線補間計算するこ
とができる。これによって、図１４のようになる凹凸プ
ロフィールを図１３の凹凸プロフィールへ補正すること
ができる。

【００４８】図１５はこの直線補間を示すフローチャー
トである。ステップＳ２０において、点Ｘ₀における高
さＺ₀を測定し、ステップＳ２１において、点Ｘ₀から
Ｘ₁へ走査して被測定試料１２の表面の凹凸プロフィー
ルを測定し、ステップＳ２２において、点Ｘ₀における
高さＺ₁を測定し、それから、ステップＳ２３におい
て、Ｘ₀からＸ₁までの範囲内の位置での高さを補正計
算する。

【００４９】なお、点Ｘ₀からＸ₁へ等速で走査するこ
とを前提にしているが、等速でない場合には、点Ｘ₀に
おけにデータ取得時刻Ｔ₀と点Ｘ₁におけにデータ取得
時刻Ｔ₁を使用して、時刻Ｔでの高さＺ′は、Ｚ′＝Ｚ
₀＋（Ｔ−Ｔ₁）（Ｚ₁−Ｚ ₀）／（Ｔ₀−Ｔ₁）と補
正してもよい。また、温度変化は指数関数的になるため
に、２点間の直線で補間するよりも、複数点間の指数関
数で補間すればより正確になる。

【００５０】さらに、探針１６が配線に接触している間
も熱膨張が継続している場合がある。このような場合に
は、図１６に示されるようにするとよい。ステップＳ２
５において、探針１６を被測定試料１２の表面の配線に
接触させる。ステップＳ２６において、微動ＸＹＺステ
ージ２６の初期高さ位置Ｚ₀を取得する。ステップＳ２
７において、変位センサの初期高さ位置Ｇ₀を取得す
る。それから、ステップＳ２８において、変位センサの
高さ位置Ｇを繰り返して取得する。そして、ステップＳ
２９において微動ＸＹＺステージ２６をＺ₀＋Ｇ−Ｇ₀
だけ移動させる。このように、微動ＸＹＺステージ２６
を微小な時間単位で移動させながら探針１６が配線に接
触している間の熱膨張分の補正を行う。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
正確に且つ効率よく試験を行うことのできるプローブ装
置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるプローブ装置を示す
図である。

【図２】図１のプローブ装置の他の状態にあるところを
示す図である。

【図３】探針を有するプローブ部の詳細を示す図であ
る。

【図４】被測定試料の例を示す図である。

【図５】図４の配線を拡大して示す平面図である。

【図６】図５の配線の断面図である。

【図７】図１から図３の実施例の全体のシステム構成図
図である。

【図８】本発明の第２実施例によるプローブ装置を示す
である。

【図９】図８のプローブ装置の他の状態にあるところを
示す図である。

【図１０】プロービング待ちのフローチャートを示すで
ある。

【図１１】最適照射パワー算出のフローチャートを示す
図である。

【図１２】本発明の第３実施例によるプローブ部を示す
図である。

【図１３】探針の熱膨張が安定した状態で走査を行った
場合の被測定試料の表面の凹凸プロフィールを示す図で
ある。

【図１４】探針が熱膨張している状態で同様の走査を行
った場合の被測定試料の表面の凹凸プロフィールを示す
図である。

【図１５】直線補間の補正を行うフローチャートを示す
図である。

【図１６】熱膨張分の補正を行うフローチャートを示す
図である。

【符号の説明】

１０…プローブ装置１２…被測定試料１４…光学顕微鏡１６…探針１８…プローブ部２０…粗動Ｚステージ２６…微動ＸＹＺステージ４４…中空ボディ４６、４８…ばね５０…中空ロッド５２、５４、５６…板状電極７０…加熱手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定試料を観察する光学顕微鏡と、弾
性体で支持された探針を有するプローブ部と、光学顕微
鏡及びプローブ部の一方が被測定試料と対向するように
光学顕微鏡及びプローブ部を移動可能に支持する支持手
段と、プローブ部の探針の温度を制御できる温度調整機
構とを備えたプローブ装置。
【請求項２】温度調整機構は非接触式の加熱手段を含
むことを特徴とする請求項１に記載のプローブ装置。
【請求項３】プローブ部が被測定試料と対向する位置
にもたらされた後、探針の上下方向の位置ずれ量を検出
し、該位置ずれ量から温度調整機構を制御することを特
徴とする請求項１に記載のプローブ装置。
【請求項４】被測定試料を観察する光学顕微鏡と、弾
性体で支持された探針を有するプローブ部と、光学顕微
鏡及びプローブ部の一方が被測定試料と対向するように
光学顕微鏡及びプローブ部を移動可能に支持する支持手
段と、プローブ部が被測定試料と対向する位置になって
から探針の上下方向の位置ずれ量を繰り返し測定する手
段と、位置ずれ量の変化量が所定値以下になってからプ
ロービングを開始する手段とを備えたプローブ装置。
【請求項５】弾性体で支持された探針を有するプロー
ブ部と、弾性体のたわみ量を測定する変位センサと、探
針が被測定試料に接触している時に弾性体のたわみ量が
一定となるように探針を上下動させる手段とを備えたプ
ローブ装置。
【請求項６】弾性体で支持された探針を有するプロー
ブ部と、弾性体のたわみ量を測定する変位センサと、探
針を走査することで被測定試料の表面の凹凸を測定する
表面凹凸測定手段と、同じ位置の高さを複数回測定して
探針の上下方向の位置ずれ量を測定して表面の凹凸形状
を補正する手段とを備えたプローブ装置。
【請求項７】該補正手段は複数回測定する位置情報か
ら測定値を直線あるいは曲線で補間して補正するように
したことを特徴とする請求項６に記載のプローブ装置。