KR102401663B1 - 반도체 장치의 평가 장치 - Google Patents

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Abstract

반도체 디바이스의 미세화에 수반해서, 웨이퍼 상의 스크라이빙 영역도 감소 경향이 있다. 이 때문에, 스크라이빙 영역에 배치되는 TEG도 작게 할 필요가 있고, 탐침 접촉용의 전극 패드를 효율적으로 배치할 필요가 있다. 따라서, 전극 패드의 효율적인 레이아웃과 프로브를 대응시킬 필요가 있다. 본 발명의 목적은, 전기 특성 평가를 용이하게 하기 위한 TEG의 전극 패드의 레이아웃과, 프로브를 대응시키는 기술을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 반도체 장치의 평가 장치에서는, 부채꼴 형상으로 배열된 복수의 프로브, 또는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술로 제조된 프로브를 구비함으로써, 상술한 과제를 해결한다.

Description

반도체 장치의 평가 장치
본 발명은, 반도체 장치의 제조에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조에 있어서, 제조 공정의 관리 기술은 제품 수율 향상이나 스루풋 향상을 위하여 중요하다. 공정 관리를 위한 검사 장치에는, 프로브라 불리는 탐침(探針)을 시료에 직접 접촉시켜서, 전기 특성 평가를 행하는 장치가 있다.
특허문헌 1에는, 반도체 웨이퍼의 스크라이빙 영역에 다수 배치된 평가용의 시료(Test Element Group; 이하, TEG라 한다)를 측정함에 의해, 반도체 장치의 수율을 향상할 수 있는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 2에는, 시료실에 접속되어, 시료를 일시 저류(貯留)하는 시료 교환실과, 시료 교환실과 시료실 사이에서 시료를 반송시키는 반송 수단을 구비하고, 프로브 러프 접근 화상 취득 장치를 전자 광학계 장치에 병렬해서 설치하고 있고, 시료 스테이지 및 프로브 유닛을 프로브 러프 접근 화상 취득 장치의 수직 방향의 위치와 전자 광학계 장치의 수직 방향의 위치 사이를 수평 방향으로 이동시키는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 3에는, 하전 입자선을 시료 웨이퍼에 조사하는 하전 입자 광학계 장치와, 시료실 내를 자유롭게 이동하는 시료 스테이지와, 프로브침이 설치된 프로버를 탑재하고, 시료실 내를 자유롭게 이동하는 프로버 스테이지와, 프로버의 위치를 러프 접근시킬 때에 시료 웨이퍼의 광학 화상을 취득하는 러프 접근 화상 취득 유닛과, 하전 입자선을 주사시키면서 조사했을 때에 시료 웨이퍼로부터 방출되는 이차 하전 입자의 검출 신호에 의거하여 하전 입자 화상을 취득하는 하전 입자 화상 취득 유닛과, 프로브침으로부터 얻어지는 전류 또는 전압을 검출하는 전류 전압 검출 유닛과, 제어 컴퓨터를 포함해서 구성되는 반도체 검사 장치가 개시되어 있다.
일본 특개2002-217258호 공보 일본 특개2005-189239호 공보 일본 특개2013-187510호 공보
반도체 디바이스의 미세화에 수반하여, 웨이퍼 상의 스크라이빙 영역도 감소 경향이 있다. 이 때문에, 스크라이빙 영역에 배치되는 TEG도 작게 할 필요가 있고, 탐침 접촉용의 전극 패드를 효율적으로 배치할 필요가 있다. 따라서, 전극 패드의 효율적인 레이아웃과 프로브를 대응시킬 필요가 있다. 특허문헌 1∼3에 개시된 기술에서는, 각각의 프로브가 독립적으로 탑재되어 있고, 각 프로브를 전극 패드에 접촉시키기 위한 제어에 시간을 요한다.
본 발명의 목적은, 전기 특성 평가를 용이하게 하기 위한 TEG의 전극 패드의 레이아웃과, 프로브를 대응시키는 기술을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 반도체 장치의 평가 장치에서는, 부채꼴 형상으로 배열된 복수의 프로브, 또는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술로 제조된 프로브를 구비함으로써, 상술한 과제를 해결한다.
본 발명에 따르면, 전기 특성 평가를 용이하게 하기 위한 TEG의 전극 패드의 레이아웃과, 프로브를 대응시킬 수 있다. 나아가서는, 반도체 장치의 제조의 전(前)공정에 있어서의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예인 전기 특성 평가 장치의 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예인 프로브 모듈의 개략도.
도 3은 시료의 예인 반도체 웨이퍼의 개략도.
도 4a는 스크라이빙 영역 상의 FETTEG의 전극 패드의 배치의 예를 나타내는 도면.
도 4b는 스크라이빙 영역 상의 미소 FETTEG의 전극 패드의 배치의 예를 나타내는 도면.
도 5는 프로브 모듈의 배치의 일례를 나타내는 도면.
도 6a는 스크라이빙 영역 상의 FETTEG의 전극 패드 배치의 예를 나타내는 도면.
도 6b는 스크라이빙 영역 상의 FETTEG의 전극 패드 배치의 변형예를 나타내는 도면.
도 6c는 스크라이빙 영역 상의 FETTEG의 전극 패드 배치의 변형예를 나타내는 도면.
도 7a는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브를 탑재한 프로브 모듈의 개략을 나타내는 사시도.
도 7b는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브를 탑재한 프로브 모듈의 개략을 나타내는 평면도.
도 8a는 본 발명의 실시예인 프로브 카트리지의 시료와 면하는 측과는 반대측의 사시도.
도 8b는 본 발명의 실시예인 프로브 카트리지의 시료와 면하는 측의 사시도.
도 8c는 본 발명의 실시예인 프로브 카트리지의 시료와 면하는 측의 사시도.
도 9는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 전체 사시도.
도 10은 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 캔틸레버의 사시도.
도 11은 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 평면도.
도 12는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 단면도.
도 13은 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 제조 플로도.
도 14a는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 14b는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 14c는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 14d는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 14e는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 14f는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 14g는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 14h는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 14i는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 14j는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 14k는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 14l은 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 14m은 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 15는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 평면도.
도 16은 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 평면도.
도 17은 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 평면도.
도 18은 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 평면도.
도 19는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 캔틸레버의 사시도.
도 20은 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 캔틸레버의 사시도.
도 21은 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 단면도.
도 22는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 전체 사시도.
도 23은 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 평면도.
도 24는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 단면도.
도 25는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 단면도.
도 26은 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 제조 플로도.
도 27a는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 27b는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 27c는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 27d는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 27e는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 27f는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 27g는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 27h는 본 발명의 실시예인 MEMS 프로브의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 28a는 프로브가 TEG의 전극 패드에 접촉했을 때의 모습을 나타내는 개략도.
도 28b는 프로브가 TEG의 전극 패드에 접촉했을 때의 모습을 나타내는 개략도.
도 29a는 스크라이빙 영역 상의 FETTEG 배치의 예를 나타내는 도면.
도 29b는 스크라이빙 영역 상의 FETTEG 배치의 예를 나타내는 도면.
도 30은 프로브 카트리지의 각 프로브의 정상도 확인용 전극 패드의 예의 개략도.
도 31은 프로브 카트리지를 이용한 전기 특성 평가의 플로차트의 예.
도 32a는 하전 입자선을 조사해서 전기 특성 측정을 하는 예를 나타내는 도면.
도 32b는 하전 입자선의 조사를 하지 않는 상태에서 전기 특성 측정을 하는 예를 나타내는 도면.
도 33은 흡수 전류 화상의 예를 나타내는 도면.
도 34는 반도체 장치의 제조 공정 중의 전공정의 플로의 예를 나타내는 도면.
도 35는 본 발명의 반도체 장치의 제조 공정의 예를 나타내는 도면.
이하의 실시형태에 있어서, 편의상 그 필요가 있을 때는, 복수의 섹션 또는 실시형태로 분할해서 설명하지만, 특별히 명시한 경우를 제외하고, 그들은 서로 무관계인 것은 아니고, 한쪽은 다른 쪽의 일부 또는 전부의 변형예, 상세, 보충 설명 등의 관계가 있다. 또한, 이하의 실시형태를 설명하기 위한 전도면에 있어서, 동일 기능을 갖는 것은 원칙적으로 동일한 부호를 부여하고, 그 반복되는 설명은 생략한다. 이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 의거해서 상세히 설명한다.
(실시예 1)
도 1은, 본 발명의 실시예인 반도체 장치의 제조 공정에서 이용할 수 있는 전기 특성 평가 장치의 일례를 나타내고 있다. 전기 특성 평가 장치(100)는, 진공 챔버 내에 주사 전자현미경(Scanning Electron Microscope; 이하, SEM이라 한다) 경통(鏡筒)(103)과, SEM 관찰을 행하기 위한 검출기(104)와, 시료 홀더(105)에 유지된 시료(101)를 탑재하는 시료 스테이지(102)와, 시료(101)에 접촉시켜서 전기 특성 평가를 행하는 프로브 카트리지(106)와, 프로브 카트리지(106)를 탑재하여 구동시키기 위한 프로브 구동 기구(107)와, 프로브 카트리지(106)의 교환을 행하기 위한 프로브 교환기(110)와, SEM 및 프로브 유닛을 제어하기 위한 제어기(108)와, 시료(101)나 프로브 카트리지(106)의 SEM상(像)을 표시하는 표시 장치(109)와, 시료실(113)을 구비한다.
SEM 경통(103)은, 전자총과, 콘덴서 렌즈와, 가동(可動) 조리개와, 편향기와, 대물 렌즈를 구비한다. 전자총은, 일차 전자선을 발생시키는 전자원을 구비하고, 전자원의 종류는 필라멘트 방식, 쇼트키 방식, 또는 필드에미션 방식의 어느 것을 이용해도 된다. 또한, 편향기는, 일차 전자선을 편향시켜서 시료(101) 상을 주사하기 위하여 이용되고, 자계 편향형 혹은 정전 편향형이 이용된다. 일반적으로 SEM 경통(103)의 대물 렌즈는, 자장에 의한 전자의 집속 작용을 이용한 자계 렌즈가 이용된다. 검출기(104)는, 도 1과 같이 SEM 경통(103)의 외부에 탑재된 것이어도 되고, SEM 경통(103)의 내부에 탑재된 것이어도 된다.
시료 스테이지(102)는, 모터에 의해 구동되고, X축, Y축, 및 Z축 방향에 더하여, 경사나 Z축을 중심으로 한 회전이 가능하다. 또, X축 및 Y축은 수평 방향이고, Z축은 X축 및 Y축에 직교하는 방향이다. 프로브 구동 기구(107)는, 압전 소자를 이용한 것이고, X축, Y축, 및 Z축 방향으로 나노오더로 프로브(106)를 구동시키는 것이 가능하다.
프로브 교환기(110)는, 예비의 프로브 카트리지(112)와, 프로브 교환 기구(111)를 구비한다. 또한, 프로브 교환기(110)는, 예비 배기계에 접속되어 있고, 진공 챔버인 시료실(113)을 대기로 되돌리지 않는 상태에서의, 프로브 카트리지(106)의 프로브 카트리지(112)에의 교환을 가능하게 한다. 미리, 프로브 교환기(110)에 복수 개의 예비의 프로브 카트리지(112)를 탑재하고, 또한 교환 기구를 자동 제어함으로써, 반도체 소자나 배선의 전기 특성 평가 시의 프로브 카트리지 교환의 자동화가 가능하다.
제어기(108)는, 하전 입자 화상 취득 유닛(114a)과, 전류 전압 검출 유닛(114b)과, 전류 전압 화상 취득 유닛(114c)과, 제어 컴퓨터(114d)를 갖는다. 하전 입자 화상 취득 유닛(114a)은, 하전 입자선인 SEM 경통(103)으로부터의 전자선을 주사시키면서 시료(101)에 조사했을 때, 시료(101)로부터 방출되는 이차 하전 입자의 검출기(104)에 의한 검출 신호를 취득하고, 그 이차 하전 입자의 검출 신호와 하전 입자선인 전자선을 주사시키는 제어 신호에 의거해, 시료(101)의 하전 입자 화상을 생성하고, 취득한다. 또, 본 실시예에서는 하전 입자선이 전자선이므로, 이와 같이 해서 취득되는 하전 입자 화상은, SEM 화상이라 불린다.
전류 전압 검출 유닛(114b)은, 전류 전압 검출 회로, 전류 전압원 회로 등에 의해서 구성되고, 시료실(113) 내의 프로브 카트리지(106)의 프로브의 각각에 전기적으로 접속된다. 즉, 전류 전압 검출 유닛(114b)은, 프로브 카트리지(106)의 각 프로브가 시료(101)에 형성된 전극 패드나 배선에 접촉했을 때, 프로브 카트리지(106)의 각 프로브에 의해서 검출되는 전류 또는 전압의 값을 취득함과 함께, 필요에 따라서, 프로브 카트리지(106)의 각 프로브에 대하여, 전류 또는 전압을 공급한다.
전류 전압 화상 취득 유닛(114c)은, SEM 경통(103)으로부터의 하전 입자선인 전자선을 주사시키면서 시료(101)에 조사했을 때, 전류 전압 검출 유닛(114b)에 의해서 각 프로브로부터 얻어지는 전류 또는 전압 신호를 취득하고, 그 취득한 전류 또는 전압 신호와 하전 입자선을 주사시키는 제어 신호에 의거해, 시료(101)의 전류 전압 화상을 생성하고, 취득한다.
제어 컴퓨터(114d)는, 도시하지 않는 입력 장치나 기억 장치를 포함해서 구성된다. 또한, 제어 컴퓨터(114d)는, 시료 스테이지(102), SEM 경통(103), 검출기(104), 프로브 구동 기구(107)와, 프로브 교환기(110), 하전 입자 화상 취득 유닛(114a), 전류 전압 검출 유닛(114b), 전류 전압 화상 취득 유닛(114c), 표시 장치(109) 등에 접속되고, 그들을 통괄적으로 제어한다. 또한, 제어 컴퓨터(114d)는, 하전 입자 화상 취득 유닛(114a)에 의해 취득된 하전 입자 화상인 SEM 화상, 전류 전압 화상 취득 유닛(114c)에 의해 취득된 전류 전압 화상, 전류 전압 검출 유닛(114b)에 의해 취득된 전류 전압의 데이터를, 각각 취득하고, 표시 장치(109)에 표시한다.
도 2는, 본 발명의 실시예인 프로브 모듈(201)의 개략도를 나타내고 있다. 프로브 모듈(201)은, 텅스텐 프로브(120)와, 텅스텐 프로브(120)를 유지하는 프로브 홀더(121)와, 프로브 구동 기구(122)를 갖는다. 텅스텐 프로브(120)와 프로브 홀더(121)의 조합이, 도 1의 프로브 카트리지(106)에 대응한다. 프로브 구동 기구(122)가, 도 1의 프로브 구동 기구(107)에 대응한다. 텅스텐 프로브(120)의 형상은 선단(先端)일수록 예리하고, 선단의 곡률(曲率)은 나노오더이다. 본 실시예에서는, 텅스텐 프로브(120)의 재질은, 텅스텐으로 하지만, 프로브 자체의 재질을 텅스텐으로 하는 것 이외에도, 텅스텐을 코팅한 프로브로 할 수도 있다. 프로브(120)의 재질로서는, 텅스텐 베이스의 합금인 레늄텅스텐 합금을 이용할 수도 있다. 프로브(120)의 재질로서 레늄텅스텐 합금을 이용함으로써, 높은 강도가 얻어지고, 보다 가늘고 고수명인 프로브를 얻을 수 있다. 또한, 텅스텐 이외의 재료로서, 시료(101)의 제조 프로세스와 친화성이 있는 다른 재료를 프로브 자체의 재질이나 프로브에의 코팅에 이용할 수 있다. 예를 들면, 티타늄 또는 백금을 프로브에의 코팅에 이용할 수 있다. 여기에서, 프로브에 시료(101)의 제조 프로세스와 친화성을 갖게 하기 위해서는, 예를 들면, 시료(101)인 반도체 웨이퍼의 제조 공정에서 이용되는 재료 중의 하나와 동종의 재료를 프로브의 제조에 이용한다. 반도체 웨이퍼의 제조 공정에서 이용되는 재료의 예로서는, 구리, 티타늄, 텅스텐, 백금, 알루미늄 등을 들 수 있다. 반도체 장치의 제조 공정에, 도 35에 나타낸, 스텝S3501의 반도체 웨이퍼의 스크라이빙 영역에의 TEG의 전극 패드 형성의 스텝과, 이어지는 스텝S3502의 당해 반도체 웨이퍼의 제조 공정에서 이용되는 재료 중의 하나와 동종의 재료로 제조된 프로브에 의한 검사의 스텝을 더함으로써, 프로브에 시료(101)의 제조 프로세스와 친화성을 갖게 할 수 있다. 또한, 프로브 선단의 재료와, 프로브 선단을 접촉시키는 시료(101)의 전극 패드를 동종의 재료로 함으로써, 프로브 선단을 접촉시켜서 검사할 때에, 프로브 선단과 시료(101)의 표면에 노출되어 있는 재료를 동종의 재료로 해서, 보다 친화성을 높일 수 있다. 예를 들면, 프로브 선단의 재료와 시료(101)의 전극 패드의 재료를 텅스텐으로 하면 된다. 이것에 의해, 프로브의 접촉에 의한 시료(101)의 표면의 오염을 더 억제할 수 있다. 프로브 홀더(121)나 프로브 구동 기구(107)의 외장은, 전자현미경 기인의 하전 입자가 부딪혀도 대전하지 않도록 도전성 재료를 이용해서 도전성을 갖게 하는 편이 바람직하다.
도 3은, 시료(101)의 예인, 반도체 웨이퍼(130)의 개략도를 나타내고 있다. 반도체 웨이퍼(130)는, 트랜지스터나 회로 등으로 구성되는 칩에 대응하는 패턴(131)과, 패턴과 패턴 사이의 극간인 스크라이빙 영역(132)을 갖는다. 스크라이빙 영역(132)에는, 칩에 불량이 없는지를 확인하기 위한 검사용의 TEG가 배치된다.
도 4a는 스크라이빙 영역(132) 상에 배치된 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transister; 이하, FET라 한다) TEG의 일례를 나타내고 있다. FETTEG의 경우, FET(140) 주변에 기판용의 전극 패드(141)와, 게이트용의 전극 패드(142)와, 드레인용의 전극 패드(143)와, 소스용의 전극 패드(144)가 배치된다. FET(140)로부터 각 전극 패드에의 회로 패턴(145)에는, 금이나 구리 등의 전기전도율이 높은 재질이 이용된다. 또한, 스크라이빙 영역(132)의 폭은 100㎛ 정도이고, TEG의 각 전극 패드는 스크라이빙 영역(132)의 폭 이하의 폭 중에서 배치된다.
도 4b는, 스크라이빙 영역(132) 상에 다수 배치된, 도 4a의 것과 비교해서 미소한 FETTEG를 나타내고 있다. 미소 FETTEG는 미소한 전극 패드가 평탄한 면 상에 배치되어 있다. 이들은, 도 4a의 전극에 비해서 매우 작기 때문에, 스크라이빙 영역(132) 상에 다수 배치하는 것이 가능하다. 각 전극 패드(141∼144)의 사이즈는, 텅스텐 프로브(120)의 선단과 동(同)정도의 수 ㎚∼수십 ㎚까지 미세화해도 되지만, 접촉 저항이나 접촉 위치 정밀도를 고려한 사이즈로 하는 것이 바람직하다.
도 5는 도 2의 프로브 모듈(201)을 이용해서 스크라이빙 영역(132)의 TEG의 전기 특성 평가를 행하는 경우의 일례를 나타내는 도면이다. 프로브 모듈(201)은 프로브 모듈 지지대(150)에 부채꼴 형상으로 탑재되고, 각각의 텅스텐 프로브(106) 선단이 가깝게 되도록 배치된다. 프로브 모듈(201)이 프로브 모듈 지지대(150)에 부채꼴 형상으로 탑재됨으로써, 4개의 텅스텐 프로브(120)가 부채꼴 형상으로 배치되고, 4개의 텅스텐 프로브(120)의 선단을 서로 가깝게 할 수 있고, 고밀도로 TEG의 전극 패드를 배치할 수 있다. 또한, 프로브 모듈 지지대(150)는 레일(151)에 탑재된다. 기본적으로 각 텅스텐 프로브(120) 선단의 측정 위치에의 상대 위치의 이동은, 시료 스테이지(102)에 의해 시료(101)를 이동시킴으로써 행한다. 이것은 구동 부분으로부터 발생하는 먼지를 시료(101)인 반도체 웨이퍼 상에 떨어뜨리지 않기 위해서이지만, 먼지받이를 시료(101)인 반도체 웨이퍼와 프로브 모듈 지지대(150) 사이에 설치함으로써, 먼지를 방지하면서 프로브 모듈 지지대(150)를 이동시키는 것도 가능하다.
도 6a는, 도 5에 나타낸 부채꼴 형상의 프로브 모듈 배치에 대응한 TEG의 전극 패드 배치의 일례를 나타내는 도면이다. 도 6a에 나타낸 TEG의 전극 패드 배치는, TEG의 기판용의 전극 패드(141)와, 게이트용의 전극 패드(142)와, 드레인용의 전극 패드(143)와, 소스용의 전극 패드(144)가 ㄷ자 형상으로 배치되어 있음에 의해, 도 5에 나타낸 부채꼴 형상으로 배치된 프로브 모듈의 텅스텐 프로브(120) 선단을, 도 6a에 나타내는 바와 같이 부채꼴 형상에 가깝게 해서 배치한 측정에 적합하다. 이것에 의해, 텅스텐 프로브(120)의 선단을 서로 가깝게 하는 것이 가능하게 되고, 보다 고밀도로 TEG의 전극 패드를 배치할 수 있다. 각 텅스텐 프로브(120) 선단과, 대응하는 전극 패드의 접촉은, SEM 경통(103) 및 검출기(104)를 이용한 SEM 관찰에 의해서, 각 텅스텐 프로브(120)의 대응하는 전극 패드에의 접촉에 의한 구부러짐을 검출함에 의해, 검지할 수 있다. 도 6b 및 도 6c에는, 도 6a에 나타낸 전극 패드의 배치의 변형예를 각각 나타냈다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 실시예 1에서 설명한 텅스텐 프로브(120) 대신에, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술로 제조된 프로브(이하, MEMS 프로브라 한다)를 이용하는 실시예를 설명한다.
도 7a 및 도 7b는, 본 실시예의 프로브 모듈(701)을 나타내는 도면이다. 도 7a가 프로브 모듈(701)의 사시도이고, 도 7b가 프로브 모듈(701)의 시료(101)와 면하는 측과는 반대측의 평면도이다.
도 7a 및 도 7b에 나타낸 바와 같이, 프로브 모듈(701)은, 프로브 구동 기구(702)와, 후술하는 MEMS 프로브(901)와, MEMS 프로브(901)를 유지하는 프로브 홀더(703)를 갖는다. MEMS 프로브(901) 및 프로브 홀더(703)가, 도 1의 프로브 카트리지(106)에 대응하고, 프로브 구동 기구(702)가, 도 1의 프로브 구동 기구(107)에 대응한다.
프로브 구동 기구(702)는, 프로브 카트리지를 탑재하기 위한 카트리지 홀더(704)를 갖는다. 또한, 프로브 구동 기구(702)는, 프로브 카트리지와 전기적으로 접합하기 위한 전극을 갖고, 프로브 카트리지 교환 시에 용이하게 전기적 접속이 가능하다.
도 8a, 도 8b, 및 도 8c는, 본 실시예의 프로브 카트리지(801)의 개략도이다. 도 8a는, 프로브 카트리지(801)의 시료(101)와 면하는 측과는 반대측의 사시도이다. 도 8b 및 도 8c는, 프로브 카트리지(801)의 시료(101)와 면하는 측의 사시도이다.
전술하는 바와 같이, 프로브 카트리지(801)는, MEMS 프로브(901)와, MEMS 프로브(901)를 유지하는 프로브 홀더(703)를 갖는다. 프로브 홀더(703)는 MEMS 프로브(901)와 전기적으로 접속되어 있고, 시료측의 표면에 배선 패턴을 갖는다. MEMS 프로브(901)의 각 프로브와 홀더(703)의 대응하는 배선의 전기적 접속에는, 예를 들면 와이어 본딩을 이용할 수 있다. 도 8b 및 도 8c에 나타낸 배선(802a), 배선(802b), 배선(802c), 배선(802d), 배선(802e), 및 배선(802f)이, 각각 대응하는 MEMS 프로브(901)의 프로브에 전기적으로 접속된다. 배선(802a)은 전극(803a)에, 배선(802b)은 전극(803b)에, 배선(802c)은 전극(803c)에, 배선(802d)은 전극(803d)에, 배선(802e)은 전극(803e)에, 배선(802f)은 전극(803f)에, 각각 접속되어 있다. 본 실시예에서는, 트랜지스터의 평가용의 프로브이기 때문에, 프로브는 4개인 것에 대해서, 배선이 6개 준비되어 있는 점에 대해서는, 후술한다.
또한, 프로브 홀더(703)는, 배선(804)과, 배선(804)에 접속되어 있는 전극(805)을 갖는다. 배선(804)은 후술하는 MEMS 프로브(901)의 시료와 면하는 측과 반대측에 마련되어 있는 도전체층과 접속되어 있다. 이것에 의해, SEM 관찰 시의 MEMS 프로브(901)의 차지업을 방지할 수 있다. 배선(804)과 MEMS 프로브(901)는, 예를 들면 솔더에 의해 MEMS 프로브(901)와 홀더(703)를 접합할 때에, 전기적으로 접속할 수 있다.
이와 같이, 프로브 카트리지(801)는, 프로브 구동 기구(107)에의 탑재 시에, 전기적으로 접속하기 위한 전극(803a∼f) 및 전극(805)을 가지므로, 전기 특성 평가 중, 프로브에 마모나 파손 등의 불량이 발생했을 경우, 프로브 카트리지(801)를 교환함으로써, 용이하게 새로운 프로브로 교환 가능하다.
이하, MEMS 프로브(901)에 대하여 설명한다. 도 9는, 본 실시예의 프로브인 MEMS 프로브(901)의 전체 사시도이다. 도 9는, 알기 쉬움을 위하여, 프로브가 있는 측을 상향으로 해서 기재되어 있다. 도 9에 나타내는 바와 같이, MEMS 프로브(901)는, 캔틸레버(902)와, 캔틸레버(902)를 지탱하는 본체부(903)를 갖는다. 본체부(903)는, 실리콘 지지 기판(904), 매입(埋入) 산화막(905), 및 실리콘층(906)의 적층 구조인 SOI(Silicon on Insulator) 기판으로 형성되어 있다. 본체부(903)의 실리콘층(906)의 위에는, 전극(907a), 전극(907b), 전극(907c), 전극(907d), 전극(907e), 및 전극(907f)이 형성되어 있다. 전극(907a∼f)은, 예를 들면, 텅스텐 전극이다. 전극(907a)은 프로브 홀더(703)의 배선(802a)과, 전극(907b)은 프로브 홀더(703)의 배선(802b)과, 전극(907c)은 프로브 홀더(703)의 배선(802c)과, 전극(907d)은 프로브 홀더(703)의 배선(802d)과, 전극(907e)은 프로브 홀더(703)의 배선(802e)과, 전극(907f)은 프로브 홀더(703)의 배선(802f)과, 각각 예를 들면 와이어 본딩으로 접속된다.
도 10에 캔틸레버(902)의 확대도를 나타낸다. 캔틸레버(902) 상에는, 프로브(1001a)와, 프로브(1001b)와, 프로브(1001c)와, 프로브(1001d)가 형성되어 있다. 캔틸레버(902) 및 본체부(903)의 프로브(1001a∼d)가 형성되어 있는 면과 반대측의 면에는, 도전체층(1002)이 형성되어 있다. 도전체층(1002)은, 예를 들면, 텅스텐층이다. 도전체층(1002)은, 시료 홀더(105)와 전기적으로 접속되고, SEM 경통(103)으로부터의 전자선의 조사에 의한 MEMS 프로브(901)의 차지업을 억제한다.
프로브(1001a∼d)에 대하여, MEMS 프로브(901)의 평면도인 도 11을 이용해서 설명한다. 프로브(1001a)는, 전극면(1101a) 및 전극면(1101b)을 갖는다. 전극면(1101a) 및 전극면(1101b)은, 예를 들면, 텅스텐으로 형성되어 있다. 전극면(1101a)은, 배선(1102a)에 전기적으로 접속되어 있다. 배선(1102a)은, 전극(907a)에 전기적으로 접속되어 있다. 전극면(1101b)은, 배선(1102b)에 전기적으로 접속되어 있다. 배선(1102b)은, 전극(907b)에 전기적으로 접속되어 있다. 배선(1102a) 및 배선(1102b)은, 예를 들면, 텅스텐으로 형성되어 있다. 프로브(1001b)의 전극면은, 배선(1103)에 전기적으로 접속되어 있다. 배선(1103)은, 전극(907c)에 전기적으로 접속되어 있다. 프로브(1001b)의 전극면 및 배선(1103)은, 예를 들면, 텅스텐으로 형성되어 있다. 프로브(1001c)의 전극면은, 배선(1104)에 접속되어 있다. 배선(1104)은, 전극(907d)에 전기적으로 접속되어 있다. 프로브(1001c)의 전극면 및 배선(1104)은, 예를 들면, 텅스텐으로 형성되어 있다. 프로브(1001d)는, 전극면(1105a) 및 전극면(1105b)을 갖는다. 전극면(1105a) 및 전극면(1105b)은, 예를 들면, 텅스텐으로 형성되어 있다. 전극면(1105a)은, 배선(1106a)에 전기적으로 접속되어 있다. 배선(1106a)은, 전극(907e)에 전기적으로 접속되어 있다. 전극면(1105b)은, 배선(1106b)에 전기적으로 접속되어 있다. 배선(1106b)은, 전극(907f)에 전기적으로 접속되어 있다. 배선(1106a) 및 배선(1106b)은, 예를 들면, 텅스텐으로 형성되어 있다. 본 실시예에서는, 시료(101)의 전극 패드에 접촉하는 전극면의 재료로서 텅스텐을 이용하고 있지만, 텅스텐 이외의 재료로서, 시료(101)와 친화성이 있는 다른 재료를 이용할 수도 있다. 본 실시예에서는, 프로브(1001a∼d)에 마련되어 있는 각 전극면이, 실시예 1의 텅스텐 프로브(120)의 선단에 상당한다. 따라서, 본 실시예에서는, 프로브의 선단은, 프로브(1001a∼d)에 마련되어 있는 각 전극면이다.
프로브(1001a)는, 전극 패드에 접촉했을 때에, 전극면(1101a)과 전극면(1101b) 사이의 도통(導通)을 검지함으로써, 전극 패드에의 접촉 센서로서 작용한다. 또한, 프로브(1001d)는, 전극 패드에 접촉했을 때에, 전극면(1105a)과 전극면(1105b) 사이의 도통을 검지함으로써, 전극 패드에의 접촉 센서로서 작용한다.
도 28a 및 도 28b는, 프로브(1001d)가 TEG의 전극 패드(2801)에 접촉했을 때의 모습을 나타내는 개략도이다. 도 28a는 캔틸레버(902)의 측면으로부터 접촉의 모습을 본 개략도이고, 도 28b는, 도 28a의 화살표(2802)의 방향으로부터 본 접촉의 모습을 나타내는 도면이다. 도 28a에 나타내는 바와 같이, 프로브(1001d)의 전극면(1105b)이 전극 패드(2801)와 접촉한 상태에서, 서로 평행하게 된다. 또한, 전극면(1105a)과 전극면(1105b) 사이의 도통을 검지함으로써, 전극 패드(2801)에의 접촉을 검지할 수 있다. 또한, 전극 패드에 대한 프로브의 접촉 강도는, 각 프로브의 접촉 저항이 미리 결정된 값 이하인 것을 확인함으로써 확보할 수 있다. 또한, 프로브(1001a)와 프로브(1001d) 각각이, 접촉 센서로서 작용함으로써, 프로브(1001a∼d)의 프로브열과 검사 대상의 웨이퍼면이 평행하게 되도록, 시료 스테이지(102)에서 시료(101)의 표면의 경사를 조정할 수 있고, 안정된 검사를 행할 수 있다.
도 12는, 도 11의 A-A' 간의 파선에서의 MEMS 프로브(901)의 단면을 나타내는 도면이다. 전술과 같이, 본체부(903)는, 실리콘 지지 기판(904), 매입 산화막(905), 및 실리콘층(906)의 SOI 기판으로 형성되어 있다. 본체부(903)의 두께는, 주로 실리콘 지지 기판(904)의 두께로 조정된다. 또한, 전술한 바와 같이, 캔틸레버(902) 및 본체부(903)의 프로브(1001a∼d)가 형성되어 있는 면과 반대측의 면에는, 도전체층(1002)이 형성되어 있다. 프로브(1001b)의 전극면은, 전극 패드에 대해서 프로브(1001b)의 전극면이 전극 패드와 평행한 상태에서 접촉하도록, 캔틸레버(902)에 대해서 경사가 있다. 프로브(1001a), 프로브(1001c), 및 프로브(1001d)도, 프로브(1001b)와 마찬가지로, 각각의 전극면은 캔틸레버(902)에 대해서 경사가 있다. 프로브(1001b)는, 배선(1103)에 전기적으로 접속되어 있다.
본 실시예의 MEMS 프로브(901)의 제조 방법을, 도 13과, 도 14a∼m을 이용해서 설명한다. 도 13은, MEMS 프로브(901)의 제조의 플로도이다. 도 14a∼m은, 도 11의 A-A' 간의 파선에서의 단면으로, MEMS 프로브(901)의 제조 공정을 설명하는 도면이다.
도 13의 스텝S1301에서는, 도 14a에 나타내는 바와 같이, 실리콘 지지 기판(904), 매입 산화막(905), 및 실리콘층(906)을 갖는 SOI 기판의 양면에, 열산화에 의해서 실리콘산화막(1201)과 실리콘산화막(1401)이 마련되고, 또한 실리콘산화막(1401) 상에 포토레지스트막(1402)이 마련된다. 다음으로, 스텝S1302에서는, 도 14b에 나타내는 바와 같이, 포토레지스트막(1402)을 마스크로 해서, 실리콘산화막(1401)이 패터닝된다.
다음으로, 스텝S1303에서는, S1302에서 패터닝된 실리콘산화막(1401)을 마스크로 해서, 반응성 이온 에칭 또는 웨트 에칭으로 실리콘층(906)을 에칭함으로써, 도 14c에 나타내는 바와 같이, 돌기(1403)가 형성된다. 도 14c에서는, 프로브(1001b)에 대응하는 돌기(1403)를 나타내고 있다. 프로브(1001a), 프로브(1001c), 및 프로브(1001d)의 각각에 대응하는 돌기도, 돌기(1403)와 마찬가지로 스텝S1303에서 형성된다. 다음으로, 스텝S1304에서는, 버퍼드불산(BHF)을 이용해서, 도 14d에 나타낸 바와 같이, S1302에서 패터닝된 실리콘산화막(1401)이 제거된다.
다음으로, 스텝S1305에서는, 도 14e에 나타낸 바와 같이, 배선(1103)이 형성된다. 구체적으로는, 텅스텐층을 포토레지스트로 패터닝함으로써, 배선(1103)이 형성된다. 또한, 스텝S1305에서는, 배선(1102a), 배선(1102b), 배선(1104), 배선(1106a), 배선(1106b), 및 전극(907a∼f)도 배선(1103)과 마찬가지로 형성된다. 다음으로, 스텝S1306에서는, 캔틸레버(902)의 패터닝이 행해진다. 캔틸레버(902)의 패터닝은, 예를 들면, 포토리소그래피로 행해진다.
다음으로, 스텝S1307에서는, 실리콘산화막(1201)을 에칭함으로써, 도 14f에 나타낸 바와 같이, 본체부(903)를 형성하기 위한 마스크가 형성된다. 다음으로, 스텝S1308에서는, 캔틸레버(902)를 보호하기 위하여, 도 14g에 나타낸 바와 같이, 캔틸레버(902)측에 포토레지스트막(1404)이 형성된다.
다음으로, 스텝S1309에서는, 스텝S1307에서 형성된 마스크를 이용한 웨트 에칭에 의해서 실리콘 지지 기판(904)을 에칭함으로써, 도 14h에 나타내는 바와 같이, 본체부(903)가 형성된다. 다음으로 스텝S1310에서는, 버퍼드불산(BHF)에 의해서, 도 14i에 나타낸 바와 같이, 본체부(903)를 제외한 매입 산화막(905)과, 실리콘산화막(1201)이 에칭에 의해서 제거된다.
다음으로, 스텝S1311에서는, 도 14j에 나타낸 바와 같이, 캔틸레버(902) 및 본체부(903)의 프로브(1001a∼d)가 형성되어 있는 면과 반대측의 면에, 도전체층(1002)이 형성된다. 다음으로 스텝S1312에서는, 도 14k에 나타낸 바와 같이, 스텝S1308에서 형성된 포토레지스트막(1404)이 제거된다.
다음으로, 스텝S1313에서는, 집속 이온빔(FIB)에 의해서, 돌기(1403)의 일부를 깎아 냄으로써, 도 14l에 나타낸 바와 같이, 돌기(1404)에 캔틸레버(902)에 대해서 경사를 낸 면(1405)이 마련된다. 프로브(1001a), 프로브(1001c), 및 프로브(1001d)의 각각에 대응하는 돌기도, 돌기(1403)와 마찬가지로 스텝S1313에서 일부가 깎아 내어진다. 다음으로, 스텝S1314에서, 집속 이온빔을 이용한 화학 증착법(FIB-CVD)으로 텅스텐을 퇴적함으로써, 도 14m에 나타낸 바와 같이, 배선(1103)과 전기적으로 접속된 프로브(1001b)의 전극면이 형성된다. 여기에서, 전술한 바와 같이, 경사의 각도는, 프로브(1001b)의 전극면이, TEG의 전극 패드와 평행한 상태에서, TEG의 전극 패드에 접촉하도록 설정한다. 프로브(1001a), 프로브(1001c), 및 프로브(1001d)에 대해서도, 프로브(1001b)와 마찬가지로, 도 11에 나타낸 각 전극면이 형성된다.
이상으로, 본 실시예의 MEMS 프로브(901)를 제조할 수 있다. 본 실시예에서는, MEMS 기술에 의한 디바이스의 제조에 의해서 MEMS 프로브(901)를 제조하므로, 재현성 좋은 제조가 가능하다.
도 15에, 본 실시예의 변형예인 MEMS 프로브의 캔틸레버의 확대도를 나타낸다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 캔틸레버(902)의 파선으로 둘러싸인 영역(1501)의 부분을 FIB에 의해서 깎아 냄으로써, SEM 경통(103) 및 검출기(104)를 이용한 SEM 관찰에서 캔틸레버에 가려지는 면적을 감소시킬 수 있다.
도 16에, 본 실시예의 변형예인 MEMS 프로브의 캔틸레버의 확대도를 나타낸다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 캔틸레버(902)의 파선으로 둘러싸인 영역(1601)의 부분을 FIB에 의해서 깎아 내서 각 프로브 사이에 슬릿을 넣음으로써, 전극 패드의 높이에 차이가 있는 경우에도, 각 프로브의 캔틸레버의 휘어짐으로, 확실히 각 프로브와 전극 패드를 접촉시킬 수 있다. 또한, 도 16의 MEMS 프로브에서는, 4개의 프로브 모두에 전극을 2개 마련함으로써, 각 프로브의 전극 패드에의 접촉을 검출하는 것을 가능하게 하고 있다.
도 17에, 본 실시예의 변형예인 MEMS 프로브의 캔틸레버의 확대도를 나타낸다. 도 17에 나타낸 MEMS 프로브에서는, 프로브의 수를 8개로 함으로써, 인버터의 검사를 용이하게 할 수 있다.
도 18에, 본 실시예의 변형예인 MEMS 프로브의 캔틸레버의 확대도를 나타낸다. 도 18에 나타낸 MEMS 프로브에서는, 2개의 프로브의 간격인 B―B' 간의 거리를 수 ㎜로 해서, 배선의 검사를 용이하게 할 수 있다. 배선 패턴의 평가는, 배선의 일단에 프로브를 접촉시킨 상태에서, SEM 경통(103)으로부터 하전 입자선인 전자선을 배선 상에 조사했을 때에 프로브에 흘러 들어가는 흡수 전류에 의거한 흡수 전류 화상(흡수 전압 화상을 포함한다)을 묘사함으로써 행할 수 있다. 이 때문에, 프로브 간의 거리는 최대 수 ㎜ 정도 필요하게 된다. 프로브 간의 거리를 바꿔서 MEMS 프로브를 제작함으로써, 다양한 폭의 배선 패턴에 대응할 수 있다.
도 19에, 본 실시예의 변형예인 MEMS 프로브의 캔틸레버의 확대도를 나타낸다. 도 19에 나타낸 MEMS 프로브에서는, 프로브(1004a∼d)는, 공통의 돌기 상에 형성되어 있다. 이것에 의해, 프로브(1004a∼d)의 간격을 용이하게 좁게 할 수 있고, 전극 패드의 배열의 피치(pitch)가 짧은 경우에도, 검사할 수 있다. 프로브(1004a∼d)의 간격은, 예를 들면, 수백 ㎚∼수십 미크론 정도로 할 수 있다.
도 20에, 본 실시예의 변형예인 MEMS 프로브의 캔틸레버의 확대도를 나타낸다. 도 21은, 도 20의 프로브(1001c)와 프로브(1001c)에 접속되어 있는 배선을 통과하는 단면(斷面)에서의 MEMS 프로브의 단면도이다. 도 20 및 도 21에 나타낸 MEMS 프로브에서는, 캔틸레버(902)의 실리콘층(906)에 보론을 이온 주입한 영역(2001)을 마련해서 피에조 저항 소자로 함으로써, 캔틸레버(902)의 시료에 접촉한 것에 의한 구부러짐을 검출할 수 있다. 따라서, 피에조 저항 소자의 저항 변화로부터 프로브의 시료에의 접촉을 검지할 수 있다. 또한, 이때 캔틸레버(902)에 진동을 부여하고, 접촉에 의한 공진 주파수의 변화로부터 접촉을 감지할 수도 있다.
보론을 이온 주입한 영역(2001)을 마련하는 것에 수반하여, 보론을 이온 주입한 영역(2001)과 프로브(1001c)에 접속되어 있는 배선을 절연하는 절연체층(2002)과, 이온 주입한 영역(2001)과 도전체층(1002)을 절연하는 절연체층(2003)이 추가되어 있다. 절연체층(2002) 및 절연체층(2003)은, 예를 들면, 스퍼터 증착에 의한 실리콘산화막으로 형성할 수 있다. 또한, 피에조 저항 소자의 저항 변화의 판독을 위하여, 절연체층(2002)에는, 도 20에 나타낸 바와 같이, 개구부(2004a) 및 개구부(2004b)가 마련되고, 배선(2005a) 및 배선(2005b)이 보론을 이온 주입한 영역(2001)에 접속되어 있다. 제조 방법에서는, 도 13에 나타낸 스텝S1304 후에, 보론을 이온 주입한 영역(2001)을 형성하는 공정을 추가하고, 계속해서, 개구부(2004a) 및 개구부(2004b)가 마련된 절연체층(2002)을 형성하는 공정을 추가한다. 또한 스텝S1310 후에, 절연체층(2003)을 마련하는 공정을 추가한다.
피에조 저항 소자로 접촉 센서를 실현하는 경우에도, 도 11에 나타낸 바와 같이 하나의 프로브에 2개의 전극면을 마련하고, 전극면 사이의 도통으로부터 패드에의 접촉을 검지하는 방식을 병용해도 된다. 이것에 의해, 보다 확실히 시료에의 프로브의 접촉을 검지하는 것이 가능하게 된다.
(실시예 3)
본 실시예에서는, 프로브 홀더(703)에 부착되는 MEMS 프로브의 다른 실시예에 대하여 설명한다.
도 22는, 본 실시예의 프로브인 MEMS 프로브(2201)의 전체 사시도이다. 도 22는, 알기 쉬움을 위하여, 프로브가 있는 측을 상향으로 해서 기재되어 있다. 도 22에 나타내는 바와 같이, MEMS 프로브(2201)는, 금속 프로브(2202a)와, 금속 프로브(2202b)와, 금속 프로브(2202c)와, 금속 프로브(2202d)와, 금속 프로브(2202a∼d)를 지탱하는 본체부(2203)를 갖는다.
본체부(2203)는, 실리콘 기판(2204) 및 실리콘산화막(2205)을 갖는다. 본체부(2203)의 실리콘산화막(2205)의 위에는, 전극(2206a), 전극(2206b), 전극(2206c), 및 전극(2206d)이 형성되어 있다. 전극(2206a∼d)은, 예를 들면, 텅스텐 전극이다. 전극(2206a∼d)은, 프로브 홀더(703)의 배선(802a∼f) 중의 4개와, 각각 예를 들면 와이어 본딩으로 접속된다.
도 23에 MEMS 프로브(2201)의 금속 프로브(2202a∼d) 부근의 평면도를 나타낸다. 도 23에 나타내는 바와 같이, 금속 프로브(2202a∼d)는, 각각의 선단이 서로 가깝게 되도록 형성된다. 이와 같이, 금속 프로브(2202a∼d)는, 부채꼴 형상으로 배열되어 있다. 금속 프로브(2202a∼d)의 각각의 선단이, TEG의 전극 패드에 접촉된다. 금속 프로브(2202a∼d)는, 예를 들면, 텅스텐으로 형성되어 있다. 본 실시예에서는, 시료(101)의 전극 패드에 접촉하는 금속 프로브(2202a∼d)의 재료로서 텅스텐을 이용하고 있지만, 텅스텐 이외의 재료로서, 시료(101)와 친화성이 있는 다른 재료를 이용할 수도 있다.
금속 프로브(2202a)는, 배선(2301a)에 전기적으로 접속되어 있다. 배선(2301a)은, 전극(2206a)에 전기적으로 접속되어 있다. 금속 프로브(2202b)는, 배선(2301b)에 전기적으로 접속되어 있다. 배선(2301b)은, 전극(2206b)에 전기적으로 접속되어 있다. 금속 프로브(2202c)는, 배선(2301c)에 전기적으로 접속되어 있다. 배선(2301c)은, 전극(2206c)에 전기적으로 접속되어 있다. 금속 프로브(2202d)는, 배선(2301d)에 전기적으로 접속되어 있다. 배선(2301d)은, 전극(2206d)에 전기적으로 접속되어 있다. 배선(2301a∼d)은, 예를 들면, 텅스텐으로 형성되어 있다.
도 24는, 도 23의 C-C' 간의 파선에서의 MEMS 프로브(2201)의 단면을 나타내는 도면이다. MEMS 프로브(2201)에서는, 전술과 같이, 실리콘 기판(2204) 상에 실리콘산화막(2205)이 형성되어 있다. 절연층인 실리콘산화막(2205) 상에는, 배선(2301b)이 형성되고, 배선(2301b)과 연속해서 금속 프로브(2202b)가 형성되어 있다. 배선(2301a), 금속 프로브(2202a), 배선(2301c), 금속 프로브(2202c), 배선(2301d), 및 금속 프로브(2202d)도, 배선(2301b) 및 금속 프로브(2202b)와 마찬가지로 형성되어 있다. 또한, 본체부(2203)의 금속 프로브(2202a∼d)가 형성되어 있는 면과 반대측의 면에는, 도전체층(2401)이 형성되어 있다. 도전체층(2401)은, 예를 들면, 텅스텐층이다. 도전체층(2401)은, 금속 프로브(2202a∼d)와는, 전기적으로 접속되지 않도록 분리되어 있다.
도 25는, 도 24의 파선의 원(2402)의 부분을 확대한 도면이다. 도 25에 나타낸 바와 같이, 실리콘산화막(2205)은, 실리콘 기판(2204)의 에지보다도 안쪽으로 들어간 위치에 있다. 후술하는 바와 같이, 도전체층(2401)을 스퍼터 증착 등에 의해 형성할 때에, 도전체층(2401)은 금속 프로브(2202a∼d) 및 배선(2301a∼d)과는, 실리콘산화막(2205)의 안쪽으로 들어간 구조에 의해 분리된다. 도전체층(2401)은, 예를 들면, 텅스텐층이다. 도전체층(2401)은, 시료 홀더(105)와 전기적으로 접속되고, SEM 경통(103)으로부터의 전자선의 조사에 의한 MEMS 프로브(2201)의 차지업을 억제한다. 또, 도 24에서는 생략하고 있지만, 도 25에 나타낸 바와 같이, 금속 프로브(2202a∼d)의 TEG의 전극 패드에 접촉하는 면과는 반대측에는, 도전체층(2401)을 형성할 때에 도전체층(2501)이 형성된다.
본 실시예의 MEMS 프로브(2201)의 제조 방법을, 도 26과, 도 27a∼h를 이용해서 설명한다. 도 26은, MEMS 프로브(2201)의 제조의 플로도이다. 도 27a∼h는, 도 23의 C-C' 간의 파선에서의 단면으로, MEMS 프로브(2201)의 제조 공정을 설명하는 도면이다.
도 26의 스텝S2601에서는, 도 27a에 나타내는 바와 같이, 열산화에 의해서, 실리콘 기판(2204)의 한쪽의 면에 실리콘산화막(2205)이, 다른 쪽의 면에 실리콘산화막(2701)이 마련된다.
다음으로, 스텝S2602에서는, 실리콘산화막(2205)의 표면을 아르곤 가스 등을 이용해서 스퍼터 에칭하거나, 또는 실리콘산화막(2205)의 표면에 불순물 이온을 이온 주입함에 의해, 실리콘산화막(2205)의 표면에 개질층을 도입한다. 이것에 의해, 후술하는 실리콘산화막(2205)의 위에의 금속층의 형성 시에, 품질이 높은 금속층을 형성할 수 있고, 품질이 높은 금속 프로브(2202a∼d)를 얻을 수 있다.
다음으로, 스텝S2603에서는, 실리콘산화막(2205) 상에 금속층을 형성하고, 패터닝함으로써, 도 27b에 나타내는 바와 같이, 금속 프로브(2202a∼d), 배선(2301a∼d), 및 전극(2206a∼d)을 형성한다. 금속층은, 예를 들면, 텅스텐의 스퍼터 증착에 의해 형성할 수 있다. 이때, 스텝S2602의 개질층의 도입에 의해, 실리콘산화막(2205)의 표면은 원소의 결합수(結合手)가 존재하는 표면 상태로 되어 있고, 체심 입방정계 구조의 텅스텐의 핵이 형성되고, 체심 입방정계 구조의 텅스텐층의 형성이 진행되는 것이 기대된다. 이것에 의해, 체심 입방정계 구조의 텅스텐의 대결정립이 형성되며, 또한 입계에서의 이물의 편석이 적어지고, 품질이 높은 텅스텐층을 형성할 수 있다.
다음으로, 스텝S2604에서는, 실리콘산화막(2701)을 에칭함으로써, 도 27c에 나타낸 바와 같이, 본체부(2203)를 형성하기 위한 마스크가 형성된다. 다음으로, 스텝S2605에서는, 금속 프로브(2202a∼d)를 보호하기 위하여, 도 27d에 나타낸 바와 같이, 금속 프로브(2202a∼d)측에 포토레지스트막(2702)이 형성된다. 다음으로, 스텝S2606에서는, 스텝S2604에서 형성된 마스크를 이용하여, 웨트 에칭에 의해서 실리콘 기판(2204)을 에칭함으로써, 도 27e에 나타내는 바와 같이, 본체부(2203)가 형성된다.
다음으로 스텝S2607에서는, 버퍼드불산(BHF)에 의해서, 도 27f에 나타낸 바와 같이, 본체부(2203)를 제외한 실리콘산화막(2205)과, 실리콘산화막(2701)이 에칭되어 제거된다. 스텝S2607에서의 실리콘산화막(2205)의 에칭 시에, 도 25에 나타낸 바와 같이, 실리콘산화막(2205)이, 실리콘 기판(2204)의 에지보다도 안쪽으로 들어간 위치로 되도록, 에칭을 진행시킨다.
다음으로, 스텝S2608에서는, 도 27g에 나타낸 바와 같이, 금속 프로브(2202a∼d)가 형성되어 있는 면과는 반대측의 면에, 도전체층(2401)이 형성된다. 도전체층(2401)은, 예를 들면, 텅스텐의 스퍼터 증착에 의해 형성할 수 있다. 도전체층(2401)의 두께는, 실리콘산화막(2205)의 두께보다도 얇게 한다. 도전체층(2401)을 스퍼터 증착 등에 의해 형성할 때에, 도전체층(2401)은, 금속 프로브(2202a∼d) 및 배선(2301a∼d)과는, 실리콘산화막(2205)이 실리콘 기판(2204)의 에지보다도 안쪽으로 들어간 부분에는 증착이 진행되지 않게 되어, 전기적으로 분리된다. 다음으로 스텝S2609에서는, 도 27h에 나타낸 바와 같이, 스텝S2605에서 형성된 포토레지스트막(2702)이 제거된다.
이상으로, 본 실시예의 MEMS 프로브(2201)를 제조할 수 있다. 본 실시예에서는, MEMS 기술에 의한 디바이스의 제조에 의해서 MEMS 프로브(2201)를 제조하므로, 재현성 좋은 제조가 가능하다.
(실시예 4)
본 실시예에서는, 도 29a 및 도 29b를 이용해서, 실시예 1∼3의 프로브의 어레이에 대응한 FETTEG의 레이아웃의 예를 나타낸다.
도 29a에 나타낸 FETTEG의 레이아웃의 예에서는, FETTEG의 전극 패드는 횡방향으로 연장되는 X방향의 스크라이빙 영역(132)과 종방향으로 연장되는 Y방향의 스크라이빙 영역(132)에 있어서, 각각의 스크라이빙 영역(132)을 따른 방향에 전극 패드가 배치되어 있다. 예를 들면, X방향의 스크라이빙 영역(132)에 있는 FETTEG의 전극 패드 그룹(2901a)과 Y방향의 스크라이빙 영역(132)에 있는 FETTEG의 전극 패드 그룹(2901b)은, 서로 직교하는 방향으로 레이아웃되어 있다.
또한, 도 29b에서는, FETTEG의 전극 패드가 모두 횡방향으로 연장되는 X방향의 스크라이빙 영역(132)을 따라 배치되어 있다. 예를 들면, X방향의 스크라이빙 영역(132)에 있는 FETTEG의 전극 패드 그룹(2901c)과 종방향으로 연장되는 Y방향의 스크라이빙 영역(132)에 있는 FETTEG의 전극 패드 그룹(2901d)은, 같은 방향으로 레이아웃되어 있다. 또, 도 29b에 있어서는, Y방향의 스크라이빙 영역폭에 하나의 FETTEG가 배치되어 있지만, 보다 미소한 전극 패드로 함으로써 Y방향의 스크라이빙 영역폭에 복수의 FETTEG를 배치해도 된다. 도 29b에 나타낸 FETTEG의 전극 패드의 배열은 모두 같은 방향이기 때문에, 시료(101)에 대한 프로브 카트리지(106)의 방향을 바꾸지 않고, X방향 및 Y방향의 스크라이빙 영역(132)의 FETTEG를 연속해서 평가하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 반도체 장치의 제조를 효율적으로 행할 수 있다.
(실시예 5)
본 실시예에서는, 실시예 1∼3의 프로브 카트리지(106)의 각 프로브의 검사의 예에 대하여 기술한다. 도 30은, 프로브 카트리지(106)의 각 프로브의 정상도 확인용 전극 패드(3001)의 개략도를 나타내고 있다. 프로브의 정상도 확인용 전극 패드(3001)는 스크라이빙 영역(132)에 배치되고, 각 프로브의 선단 위치에 맞춰서 배치된다. 각 전극 패드(3001)는 배선(3002)으로 전기적으로 연결되어 있다. 프로브 카트리지(106)의 각 프로브의 정상도의 확인은, 각 전극 패드(3001)에 각 프로브를 접촉시킨 상태에서, 어느 하나의 프로브에 전압을 인가했을 때에, 다른 프로브에 흐르는 전류값을 측정함으로써 실현할 수 있다. 본 실시예의 프로브의 정상도의 확인은, TEG의 전기 특성 평가를 행하기 전에, 각 프로브의 이상이나 프로브 카트리지(106)의 탑재 불량이 없는지를 확인하기 위한 것이다.
(실시예 6)
본 실시예에서는, 실시예 1∼3의 프로브 카트리지(106)를 이용한 전기 특성 평가의 플로의 예를 나타낸다. 도 31은, 프로브 카트리지(106)를 이용한 전기 특성 평가의 플로차트의 예를 나타내고 있다.
이하, 평가 수순을 설명한다. 최초로, 스텝S3101에서는, 프로브 교환기(110)에 의해, 프로브 구동 기구(107)에의 프로브 카트리지(106)의 부착 또는 프로브 카트리지(106)의 교환이 행해진다. 또, 프로브 카트리지(106)의 부착 또는 교환은, 프로브 카트리지 교환 위치에 프로브 구동 기구(107)를 이동한 상태에서 행해진다.
다음으로, 스텝S3102에서는, 프로브 카트리지(106)가 정상적으로 부착되어 있는지를 확인하고, 측정 가능한 상태인지를 판단한다. 프로브 카트리지(106)가 정상적으로 부착되어 있는지의 판단은, 프로브 구동 기구(107)에 설치된 프로브 카트리지(106)와의 접촉 확인용의 센서에 의해 행해진다. 여기에서, 프로브 카트리지(106)의 부착이 이상한 경우는, 스텝S3101로 되돌아가서, 프로브 카트리지(106)의 교환이 행해진다.
정상인 경우는, 스텝S3103에서, 프로브 구동 기구(107)를 교환 위치로부터 측정 위치에 이동시키고, 계속해서, 프로브 선단이 전기 특성 평가를 행하는 TEG가 있는 스크라이빙 영역(132)에 오도록, 시료 스테이지(102)를 이동시킨다.
계속해서, 스텝S3104에서, 프로브의 정상도 확인용의 전극 패드(3001)에 대해서, 부착된 각 프로브를 접촉시키고, 프로브의 상태의 확인을 행한다. 이때, 각 프로브의 전극 패드(3001)에의 접촉은, 시료 스테이지(102)의 이동 혹은 프로브 구동 기구(107)의 러프 이동에 의해, 어느 정도 전극 패드(3001)와 각 프로브를 가깝게 한 후, 프로브 구동 기구(107)의 미세 이동에 의해 행할 수 있다. 프로브 선단과 전극 패드의 접촉 확인 방법은, 각 프로브의 형상 변화를 SEM 화상으로 확인하는 방법, 각 프로브에 부착된 접촉 센서에 의해 감지하는 방법, 또는 접촉 시에 각 프로브에 흐르는 미약한 전류로부터 판단하는 방법 등이 있지만 어느 방법을 이용해도 된다. 정상도 확인의 결과, 프로브에 문제가 있을 경우, 스텝S3101의 프로브 카트리지(106)의 교환으로 되돌아간다.
프로브가 정상인 경우에는, 스텝S3105에 진행하고, 전기 특성 평가 장치(100)는, 스크라이빙 영역(132)의 TEG의 각 전극 패드에 대하여, 부착된 각 프로브를 접촉시키고, TEG의 평가를 행한다. 스텝S3105에서도, 접촉 확인용의 전극 패드(3001)에의 접촉 방법과 마찬가지의 방법으로, 전기 특성 평가 장치(100)는, 각 프로브를 TEG의 전극 패드에 접촉시킨다. 접촉이 확인된 후에, 전기 특성 평가 장치(100)는, 소자의 전기 특성 평가를 행한다. 전기 특성 평가가 완료되면, 전기 특성 평가 장치(100)는, 프로브를 프로브 구동 기구(107)에 의해 접촉시키고 있던 전극 패드로부터 퇴피시키고, 다음의 측정 위치에 이동한다. 다음의 측정 위치가 전회 측정 위치로부터 먼 경우는, 시료 스테이지(102)를 이동시킬 필요가 있지만, 측정 위치가 가까운 경우는, 프로브 구동 기구(107)에 의해 프로브(106)를 이동시킴으로써, 다음의 측정으로 이행할 수 있다.
계속해서, 스텝S3106에서는, 전기 특성 평가 장치(100)는, 측정을 종료할지의 여부의 오퍼레이터로부터의 입력을 기다린다. 종료하지 않는 것이 선택된 경우에는, 스텝S3103에 되돌아간다.
(실시예 7)
본 실시예에서는, 시료 홀더(105)의 예에 대하여 설명한다. 시료 홀더(105)에 유지되는 시료(101)인 반도체 웨이퍼는, 가능한 한 오염을 피할 필요가 있다. 통상적으로, 반도체 웨이퍼는, 메커니컬한 방식에 의해 유지되지만, 본 실시예에서는, 정전 척 가능한 시료 홀더(105)로 되어 있고, 정전 척에 의해 시료(101)인 반도체 웨이퍼를 시료 홀더(105)로 유지함으로써 오염이 경감된다.
여기에서, 정전 척됨에 의해, 시료(101)인 반도체 웨이퍼에 항상 전압이 가해지고 있는 상태로 되고, 그 상태로는 전기 특성 평가 장치(100)의 각 프로브를 접촉시켜서 소자나 배선의 전기 특성을 측정할 때의 폐해로 되어 버린다. 그래서 본 실시예에서는, 전기 특성 평가 장치(100)의 프로브에 시료(101)인 반도체 웨이퍼와 같은 전압을 가하거나, 또는, 시료(101)에 대하여, 정전 척에 의해 가해지는 전압값과는 반대의 방향인 음의 방향으로 같은 값의 전압을 가함으로써 전압을 상쇄하여, 전기 특성의 측정을 할 수 있도록 한다.
전기 특성 평가 장치(100)에서의 측정 방식에는, 흡수 전류 측정의 방식과 전기 특성 측정의 방식이 있다. 도 32a 및 도 32b는, 프로브 선단을 시료(101)에 접촉시켜서 행하는 프로빙에 의한 전기적 측정 방법의 예를 나타낸 도면이다. 도 32a는, SEM 경통(103)으로부터의 하전 입자선(3201)의 흡수 전류를 측정하는 예이고, 도 32b는, 하전 입자선(3201)을 조사하지 않고 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터의 특성을 측정하는 예이다.
도 32a의 예에서는, 시료(101)인 반도체 웨이퍼 상에 형성된 도전성의 배선(3202)의 일단에 전기 특성 평가 장치(100)의 프로브(3203)의 선단을 접촉시키고, 프로브(3203)를 접지함과 함께, 프로브(3203)와 접지점 사이에는 전류계(3204)가 설치되어 있다. 이 상태에서, SEM 경통(103)으로부터 가늘게 집속시킨 하전 입자선(3201)을 배선(3202)의 위에 조사하면, 전류계(3204)의 출력에 의거해서, 배선(3201)에 의한 하전 입자선(3201)의 소위 흡수 전류를 측정할 수 있다.
또, 전류계(3204)는, 전류 전압 검출 유닛(114b)에 포함되는 구성 요소이고, 구체적으로는, 흡수 전류에 대응하는 전압을 검출하는 회로와, 그 전압을 증폭하는 증폭 회로 등에 의해서 구성된다. 그리고, 그 증폭 회로에 의해서 증폭된 전압의 값은, 적의(適宜), AD(Analog to Digital) 변환되고, 제어 컴퓨터(114d)로 판독된다.
흡수 전류는, 배선(3202)이 하전 입자선(3201)을 흡수한 전하에 의거한 전류이고, 일반적으로는, 단위 시간당, 하전 입자선(3201)에 의해서 배선(3202)에 공급되는 전하량(빔 전류)으로부터, 배선(3202)으로부터 반사 또는 방출되는 하전 입자의 전하량을 뺀 값에 상당한다. 따라서, 전류계(3204)에서 흡수 전류를 측정함에 의해, 하전 입자선(3201)의 조사 위치로부터 프로브(3203)의 접촉 위치까지의 도통의 유무를 알 수 있다.
하전 입자선(3201)은, 얇은 절연층 등은 관통할 수 있으므로, 배선(3202)이 절연층 등으로 덮여 있어도, 하전 입자선(3201)이 도달하는 범위 내에서, 그 하층의 배선에 대해서도 흡수 전류를 검출할 수 있다. 또한, 2개의 프로브(3203)를 서로 다른 위치의 배선에 접촉시키면(도시를 생략), 적어도 한쪽의 프로브(3203)에서 흡수 전류를 측정함에 의해, 2개의 프로브(3203)를 잇는 배선에 있어서의 저항값의 분포를 얻을 수도 있다.
또한, 도 32b에 나타내는 바와 같이, 시료(101)인 반도체 웨이퍼 상에 복수의(예를 들면, 4개의) 프로브(3205a∼d)를 접촉시킨 경우에는, 하전 입자선(3201)을 조사하지 않는 상태에서, 시료(101)인 반도체 웨이퍼에 형성된 소자(예를 들면, MOS 트랜지스터 소자) 등의 동작 특성을 취득할 수 있다.
도 32b의 예에서는, 프로브(3205a)를 소스 영역(3206)에 접촉시키고, 프로브(3205b)를 게이트 전극(3207)에 접촉시키고, 프로브(3205c)를 드레인 영역(3208)에 접촉시키고, 프로브(3205d)를 기판(서브스트레이트) 영역(3209)에 접촉시키고 있다. 따라서, 각각의 프로브(3205a∼d)에 적의 전압을 인가하고, 예를 들면, 프로브(3205a)-프로브(3205c) 간에 흐르는 전류를 측정하면, 소스-드레인 전류의 게이트 전압 특성 등을 취득할 수 있다. 도 32b에서는, 소자에 직접 프로브(3205a∼d)를 접촉시키는 예를 나타냈지만, 소자에 접속된 전극 패드에 프로브(3205a∼d)를 접촉시키는 경우에도, 하전 입자선(3201)을 조사하지 않는 상태에서, 시료(101)인 반도체 웨이퍼에 형성된 소자(예를 들면, MOS 트랜지스터 소자) 등의 동작 특성을 취득할 수 있다.
도 33은, 흡수 전류의 측정에 의거하여 얻어지는 흡수 전류 화상(전류 전압 화상)의 예를 나타낸 도면이다. 도 33의 흡수 전류 화상(3301)에는, 전기 특성 평가 장치(100)의 프로브(3302)의 선단부의 상(像), 프로브(3302)가 접촉한 패드 전극의 상(3303), 최상층의 배선의 상(3304), 절연층의 하층의 배선의 상(3305)의 예가 나타나 있다. 도 33에 나타낸 바와 같이, 흡수 전류 화상(3301)에 있어서는, 프로브(3302)와 도통이 있는 배선이나 소자에 대해서는, 어떠한 상, 여기에서는 패드 전극의 상(3303), 최상층의 배선의 상(3304), 및 절연층의 하층의 배선의 상(3305)이 취득되고, 도통이 없는 배선이나 소자에 대해서는, 어떠한 상도 취득되지 않는다.
또한, 흡수 전류 화상(3301)에 있어서는, SEM 경통(103)으로부터의 하전 입자선이 절연층을 관통해서 도달 가능한 한, 절연층의 하층의 배선이어도, 흡수 전류의 상(하층의 배선의 상(3305))을 얻을 수 있다. 따라서, 흡수 전류 화상(3301)에서는, SEM 화상 등 하전 입자 화상에서는 관찰할 수 없는, 절연층 하에 있어서의 배선 구조를 비파괴로 관찰할 수 있다. 흡수 전류 화상(3301)은, 표시 장치(109)에 표시시킬 수 있다.
흡수 전류 취득 시는, 측정할 시료(101)인 반도체 웨이퍼 위는, 전압이 0V인 상태가 아니면 측정은 할 수 없다. 전술한 바와 같이 정전 척으로 시료(101)인 반도체 웨이퍼를 고정하고 있음에 의해, 시료 표면에 +V(V)의 전압이 가해지고 있는 경우에는, 시료 표면에 대하여, -V(V)의 전류를 가함으로써, 전압을 상쇄하고, 시료 표면의 측정 부위에서는 외관상 0V로 함으로써, 흡수 전류를 측정할 수 있다.
또한, 전기 특성을 측정할 때도 마찬가지의 방법으로 측정을 할 수 있지만, 전기 특성 측정의 경우, 통상 2개의 프로브를 각각 측정 위치에 접촉시키고, 2개의 프로브 간에 1V의 전위차를 가함으로써 전류를 흘려보내서, 전기 특성이 평가된다. 따라서, 예를 들면 +V(V)의 전압이 시료(101)인 반도체 웨이퍼 상면에 가해지고 있었을 경우, 한쪽의 프로브에도 +V(V)의 전압을 가하고, 다른 한쪽의 프로브에는, 1V 더 추가해서, +V+1(V)의 전압을 가한 상태로 함으로써, 전기 특성의 평가가 가능하게 된다.
(실시예 8)
본 실시예에서는, 전술의 실시예 1∼8을 반도체 장치의 제조에 적용하는 예를 나타낸다. 도 34는, 반도체 장치의 제조 공정 중의 전공정의 플로의 예를 나타내는 도면이다.
최초로, 스텝S3401에서, 반도체의 재료로 되는 잉곳을 인상한다. 계속해서, 스텝S3402에서, 잉곳을 다이아몬드 블레이드 등을 이용해서 절단하여, 웨이퍼를 얻는다. 다음으로, 스텝S3403에서, 웨이퍼의 연마를 행하고, 스텝S3404에서, 웨이퍼를 고온의 확산로 중에 넣고, 산화성 분위기에 노출하여, 웨이퍼 표면에 산화막을 형성시킨다. 이 산화막은, 회로 패턴을 소부(燒付)하기 위해서 필요하게 된다.
계속해서, 스텝S3405에서, 산화막이 형성된 웨이퍼 상에 포토레지스트를 도포한다. 다음으로, 스텝S3406에서, 웨이퍼 표면에의 패턴의 형성을 실시한다. 계속해서, 스텝S3407에서, 에칭을 실시함으로써 불필요한 산화막의 제거를 한다. 계속해서, 스텝S3408에서, 에칭 후에 불필요하게 된 포토레지스트를 산화플라스마에 의해 제거하고, 세정 장치로 웨이퍼를 약액에 담가서, 웨이퍼 상에 남는 불순물의 제거를 한다.
다음으로, 스텝S3409에서, CVD 장치 등을 이용해서 산화막을 퇴적시켜서, 층간 절연막을 형성시킨다. 계속해서, 스텝S3410에서, 열산화법으로 게이트 절연막을 형성 후, 표면을 질화시키고, 그 위에 CVD법을 이용해서 게이트막을 형성한다. 그리고, 패턴 형성을 행하여 게이트 전극을 형성 후, 이온 주입법에 의해 불순물 원소를 실리콘 기판에 주입하고, 또한 고온 확산에 의해 불순물을 균일하게 확산시켜서 소스 드레인 영역을 형성시킨다.
계속해서, 스텝S3411에서, CVD법으로 산화막을 퇴적시키고, CMP 장치로 연마를 하여 표면을 평탄화한다. 그리고, 콘택트 홀 레지스트 패턴을 마스크로 에칭 처리를 행하여, 절연막에 콘택트 홀을 형성한다. 여기에 CVD법으로 금속막을 매입하고, 여분의 막은 CMP 연마로 제거한다. 계속해서, 스텝S3412에서, CVD법으로 다시 절연막을 형성하고, 패턴 형성을 행하여, 배선으로 되는 부분(트렌치)을 형성시킨다. 이 트렌치에 금속막을 매입하고, 여분의 막은 연마하여 제거한다. 이것을 반복함으로써 다층 배선을 형성시킨다. 그리고, 포토레지스트의 도포의 스텝S3405 내지 다층 배선 형성의 스텝3412의 공정을 적의 반복하여 행함으로써, 다층 배선의 반도체 웨이퍼를 완성시키는 것으로 된다.
다층 배선의 반도체 웨이퍼의 완성 후, 스텝S3413에서, 웨이퍼 검사를 실시하고, 양품이면, 다층 배선의 반도체 웨이퍼는 반도체 장치의 제조의 후공정에 보내진다. 스텝S3413에서의 전공정에 있어서의 검사에서는, 웨이퍼 중의 하나 하나의 LSI칩에 프로버침을 맞대고, 연결된 테스터와 통신하여, 칩의 양호·불량을 판별한다. 반도체 제조의 후공정에 대해서는 도시하지 않지만, 일반적으로는 웨이퍼를 LSI칩마다 절단하고, 절단된 칩을 금속의 리드 프레임에 고정하고, 칩과 리드 프레임은 미세한 선재(線材)로 연결되고, 그 후 패키지, 인자(印字)되고, 최종 검사하여, 반도체 제품으로서 완성으로 된다.
여기에서, 웨이퍼를 전공정까지 완료한 후, 스텝S3413에서 검사하여, 불량을 발견해도 그 웨이퍼는 폐기할 수 밖에 없다. 특허문헌 1∼3에서 나타나 있는 종전의 나노프로버에 의한 검사를 실시한다고 해도, 불량 개소를 특정하고, 측정하기 위하여, 전공정을 완료한 웨이퍼를 연마하고, LSI칩 내의 배선을 노출시켜서 행하는 측정으로 되기 때문에, 결국은 검사한 웨이퍼를 폐기할 수 밖에 없다. 또한, 웨이퍼를 검사할 때, 웨이퍼를 오염해 버리면, 제품으로서의 가치가 사라져 버려서, 그 손실은 크다.
여기에서, 실시예 1∼7에서 나타낸 장치 또는 방법을 이용해서, 측정이나 검사를 실시할 경우, 프로브가 텅스텐 등의 시료(101)인 반도체 웨이퍼와 친화성이 있는 재료로 제조되어 있으므로, 웨이퍼의 오염을 현저하게 저감시키는 것이 가능하게 된다. 그 때문에, 전술한 포토레지스트의 도포의 스텝S3405 내지 다층 배선 형성의 스텝3412의 공정을 적의 반복하는 작업의 도중에, 반도체 웨이퍼를 전기 특성 평가 장치(100)에 투입하고, 불량 해석을 행하는 것이 가능하게 된다. 이것에 의해, 각 레이어의 제조 공정에서, 전기 특성이나 흡수 전류상을 취득함으로써, 공정의 도중에 발생한 제조 장치나 재료 등의 기인에 의한 문제를 조기에 피드백하고, 불량 웨이퍼의 수를 줄이는 것이 가능하게 된다. 예를 들면, 도 32a, 도 32b 및 도 33에 나타낸 방법으로, 트랜지스터층의 생산 공정에 있어서, 서로 다른 확산층 에어리어 간의 절연 저항값의 확인을 실시하거나, 게이트부의 단부와 단부의 저항값을 측정함에 의해 공간적인 제조의 좋고 나쁨을 전기적으로 확인하는 것이 가능하다. 이들은, 이때까지는, 측장 SEM에만 가능한 작업이었지만, 측장 SEM의 공정 후에, 전기 특성 평가 장치(100)에 의한 체크 공정을 새롭게 추가함에 의해, 공간적인 제조의 확인을 전기 특성의 취득에 의해서도 행함으로써, 추가로, 제조 공정의 신뢰도를 높일 수 있다. 공간적인 체크 외에, 도 32a 및 도 32b에 나타낸 방법으로, 반도체의 PN 정션의 전기 특성 취득이나, 게이트 외에 에어리어와의 절연 성능의 확인을 행함에 의해, 외관 형상으로부터 알 수 없는 전기적인 문제를 발견하는 것이 가능하다. 트랜지스터층 이외의 배선층에 있어서는, 전기 특성 평가 장치(100)에 의해, 단순한 배선 단부와 단부 간의 저항 측정이나 배선 간의 저항 측정에 의해, 전기적인 배선층의 도통이나 절연의 확인을 행하는 것이 가능하다. 또한, 흡수 전류상을 취득함에 의해, 배선의 단선이나 배선 간의 쇼트 등의 불량 개소를 화상으로서 발견하는 것이 가능하다. 이것은, 측장 SEM으로 선폭의 확인을 행하는 것보다도, 전기 특성 평가 장치(100)에 의해서, 전기적인 접속을 화상으로서 확인할 수 있다는 의미에서 디바이스 생산 공정의 신뢰도를 향상시키는 것이다.
이와 같이, 측장 SEM에 의한 각 레이어 생성 공정 시의 공간적인 확인과 전기 특성 평가 장치(100)에 의한 전기적인 확인을 각 생산 공정에 넣음에 의해, 후속 로트에의 피드백이 신속히 행해짐에 의해, 전체로서의 웨이퍼의 수율이 향상하고, 생산 원가도 낮출 수 있다. 종래는, 웨이퍼가 완성되고, 어떠한 불량이 판명된 후에, 불량 해석하기 위하여, 연마하면서 확인 작업을 행하기 때문에, 완성한 웨이퍼를 폐기할 수 밖에 없었지만, 전술한 실시형태에 따르면, 전기 특성 평가 장치(100)를 생산 공정에 투입하며, 또한 웨이퍼에의 오염을 회피시키는 것이 가능하게 되고, 반도체 장치의 제조 공정 내의 전공정의 대부분의 장면에서의 결함 해석의 효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
100 : 전기 특성 평가 장치
101 : 시료
102 : 시료 스테이지
103 : SEM 경통
104 : 검출기
105 : 시료 홀더
106 : 프로브 카트리지
107 : 프로브 구동 기구
108 : 제어기
109 : 표시 장치
110 : 프로브 교환기
132 : 스크라이빙 영역
141 : 기판용의 전극 패드
142 : 게이트용의 전극 패드
143 : 드레인용의 전극 패드
144 : 소스용의 전극 패드
901 : MEMS 프로브
2201 : MEMS 프로브

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 전자원과,
    캔틸레버의 한쪽의 면에, 제1 금속의 면을 갖는 돌기 및 상기 제1 금속의 면에 접속되어 있는 제1 배선을 갖고, 상기 캔틸레버의 다른 쪽의 면에, 도전층을 갖는 프로브를 구비하고,
    상기 돌기는, 상기 제1 금속의 면과 전기적으로 분리된 제2 금속의 면과, 상기 제2 금속의 면에 접속되어 있는 제2 배선을 갖고,
    상기 제1 및 제2 금속의 면은, 하나의 전극 패드에 접촉하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 평가 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 돌기는, 상기 제1 및 제2 금속의 면과 전기적으로 분리된 제3 금속의 면과, 상기 제3 금속의 면에 접속되어 있는 제3 배선을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 평가 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 캔틸레버에 피에조 저항 소자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 평가 장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 금속은 텅스텐인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 평가 장치.
  12. 제6항에 있어서,
    시료 홀더를 갖고,
    상기 시료 홀더는, 정전 척으로 반도체 웨이퍼를 고정하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 평가 장치.
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