WO2020026293A1 - 半導体検査装置及びプローブユニット - Google Patents

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WO2020026293A1
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正明 古森
克夫 大木
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株式会社日立ハイテクノロジーズ
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    • H01B11/20—Cables having a multiplicity of coaxial lines
    • H01B11/206—Tri-conductor coaxial cables

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor inspection apparatus, and particularly to a microelectronic device characteristic evaluation apparatus using an electron microscope. In particular, it is useful for failure analysis of microelectronic devices using high-speed dynamic signal response analysis.
  • an extremely minute probe is directly brought into contact with a contact included in a minute device (such as an element integrated in an LSI or a fine structure such as a wiring formed in the LSI) to evaluate electrical characteristics.
  • a minute device such as an element integrated in an LSI or a fine structure such as a wiring formed in the LSI
  • a device for performing such a failure analysis is called a nanoprobe device, and a fine probe is brought into contact with a contact in an LSI exposed by surface polishing while observing a small device with an electron microscope to perform a failure analysis.
  • the driving frequency of a device in a recent CPU is 3 GHz or more. For this reason, the importance of defect information obtained by high-frequency measurement has also increased, and transmission signal evaluation at higher frequencies has been desired.
  • the driving frequency (clock frequency of the CPU) reaches about 3 GHz for high-performance desktop personal computers, about 1 GHz for mobile personal computers and smartphones, and about 10 MHz to 100 MHz for embedded devices.
  • the frequency at which high-frequency analysis can be performed by a conventional nanoprobe apparatus using an electron microscope has not reached the operating frequency of an actual device.
  • the high frequency signal that can be handled by the current nanoprober device can be said to have a maximum frequency of about 10 MHz. With a frequency below this level, a rectangular pulse waveform can be maintained when a continuous pulse signal is propagated. Therefore, the current high-frequency analysis by the nanoprober device can only confirm the actual operation of the device at the level of the embedded device, and is far from the driving environment of the miniaturized microdevice. In order to perform high-frequency analysis of a miniaturized microdevice, it is necessary to realize high-frequency transmission of at least 1 GHz.
  • FIG. 1 shows an example (schematic diagram) of a measurement circuit for performing high-frequency analysis by a prober device.
  • a coaxial cable is used for high frequency analysis.
  • the coaxial cable 103 has an outer conductor 104 that is grounded to a reference potential (GND) and a center conductor 106 that transmits a signal.
  • the outer conductor 104 surrounds the center conductor 106 (signal line) via an insulating material 105. (GND line) suppresses external noise with respect to the transmitted high-frequency signal.
  • a pulse generator 101 for generating a high-frequency signal is connected to a coaxial cable 103a, and a high-frequency signal is applied to a sample 100 via a measurement probe 107a.
  • the measurement probe 107a is in contact with a contact which is an input of a microdevice to be subjected to high-frequency analysis by the measurement circuit.
  • the coaxial cable 103b is connected to the oscilloscope 102, and monitors the waveform of the signal from the sample 100 obtained by the measurement probe 107b that is in contact with the contact, which is the output of the microdevice to be subjected to high-frequency analysis.
  • the prober device In particular, in order to propagate a signal of a higher frequency, it is necessary to suppress disturbance of impedance around the measuring probe 107 as much as possible. Is desirable. This is because as the length of the short-circuit line 108 increases, the high-frequency characteristics deteriorate.
  • the prober device generally has a plurality of measurement probes, and can perform measurement using the plurality of measurement probes. If the length of the line 108 is different, the high-frequency characteristics are different depending on the measuring probe, and this difference appears as a measurement error.
  • Patent Literature 1 and Patent Literature 2 both disclose a method of short-circuiting a GND wire of a measurement probe in a manual prober device.
  • the manual prober device is a device for measuring electrical characteristics by bringing a measurement probe into contact with a sample surface observed with an optical microscope.
  • the measurement circuit of the nanoprober device and the manual prober device both have the configuration shown in FIG. 1, and there is no difference that the method of short-circuiting the GND line greatly affects the measurement of the high-frequency characteristics.
  • a manual prober unlike a prober using an electron microscope like a nanoprober, a manual prober has a large contact size and can be measured in the atmosphere. It can be said that it is small.
  • a GND probe connected to the GND line of the coaxial cable and a signal probe connected to the signal line of the coaxial cable.
  • the GND probe contacts a reference potential contact provided in the sample, and the signal probe contacts a signal input / output contact.
  • a conductor mesh short-circuit member
  • the GND probe and the external conductor of the signal probe are commonly connected at a position near the tip of the probe.
  • a grounding spring is provided on a GND probe so as to be in contact with a ground shield extender provided on a signal probe.
  • the nanoprober device observes a magnified image of a scanning electron microscope (SEM), and contacts a fine measurement probe with a fine transistor in a nanoorder process to perform probing measurement.
  • the size of the measuring probe has a tip diameter of about R10 nm, and the measuring contact formed on the sample and brought into contact with the measuring probe is on the order of nanometers. For this reason, a minute measuring probe may be damaged due to collision with the sample due to unintended slight vibration during probing or overload due to stress fluctuation. Furthermore, even if the measuring probe is exposed to a slight vibration after coming into contact with the measuring contact, the measuring probe may be damaged due to vibrational collision with the sample. For this reason, the method disclosed in Patent Document 2 in which the measurement probes are brought into secondary contact with each other due to a GND short circuit increases the risk of damaging the measurement probes.
  • the structure for the GND short circuit since observation by SEM is performed, the structure for the GND short circuit must not be a structure that hinders the electron beam traveling path. For this reason, a structure for GND short circuit as disclosed in Patent Document 1 cannot be provided on the upper surface of the sample. In addition, since the electrical measurement of the sample has to be performed in the vacuum chamber, spatial restrictions are large.
  • a semiconductor inspection apparatus includes a vacuum chamber, a sample table arranged in the vacuum chamber, on which a sample is mounted, and an electron optical system arranged so as to be able to irradiate an electron beam from above the sample.
  • a GND terminal that is in contact with the electrode, a probe holder that holds the measurement probe and the GND terminal, connects the signal line of the coaxial cable to the measurement probe, and connects the GND line of the coaxial cable to the GND terminal.
  • FIG. 4 is an example of a measurement circuit for performing high-frequency analysis by a prober device. It is a block diagram of a micro device characteristic evaluation apparatus. It is a block diagram of a probe unit and a sample stand. It is a figure for explaining an effect of a staircase shape electrode. It is a figure for explaining an effect of a staircase shape electrode. Diagram for explaining the effect of the arc-shaped electrode It is a modification of a probe unit. It is a modified example of the GND terminal. It is an example of a probe unit corresponding to a triaxial cable. It is an example of a probe unit corresponding to a triaxial cable. It is a block diagram (top view) of a probe unit and a sample stand. It is a modification of a GND electrode. It is a modification of a GND electrode.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a micro device characteristic evaluation device of a first embodiment. It is a schematic diagram of a micro device characteristic evaluation device of a second embodiment.
  • a GND terminal having a controlled contact stress is provided as a probe structure, and the GND terminal is brought into contact with a GND electrode provided at or near the sample table, so that a GND line between each measurement probe is provided. Short circuit.
  • the scanning electron microscope has an electron optical system 1, a detector 2, and a vacuum chamber 3 as its main components.
  • the measurement sample 6 is placed on the sample stage 4 in the vacuum chamber 3.
  • a GND electrode 5 is provided on the upper surface of the sample table 4.
  • the measurement probe 8 and the GND terminal 9 are held in the probe holder 7 connected to the coaxial cable 10.
  • the measurement probe 8 is in contact with the measurement sample 6, and the GND terminal 9 is in contact with the GND electrode 5 on the sample table 4.
  • the probe unit 24 is connected to a driving device (not shown) for moving the sample surface of the measurement sample 6, and the operation of the driving device causes the measurement probe 8 to come into contact with a predetermined portion of the measurement sample 6.
  • FIG. 2 shows two probe units
  • the microdevice characteristic evaluation apparatus can drive a plurality of probe units, and is not limited to two.
  • a front chamber (not shown) is provided in the vacuum chamber 3, and the sample table 4, the probe unit 24 (the probe holder 7, the measurement probe 8, and the The terminal 9) can be taken out of the vacuum chamber 3.
  • a function generator 11 is connected to one measurement probe via a coaxial cable
  • an oscilloscope 12 is connected to another measurement probe via a coaxial cable.
  • an electronic circuit, a measuring instrument, and the like which are placed outside the vacuum chamber 3 and connected to the probe unit by a coaxial cable are referred to as external devices in this specification.
  • Fig. 3 shows the configuration of the probe unit and sample stage.
  • the coaxial cable 10 has a biaxial structure of a central conductor (signal line) 21, an insulating material 22 surrounding the central conductor (signal line) 21, and an external conductor (GND line) 23 surrounding the insulating material 22.
  • the reference potential is set, and a signal is transmitted by the center conductor 21.
  • the signal line 21 of the coaxial cable 10 is connected to the measurement probe 8 by the probe holder 7.
  • the GND wire 23 of the coaxial cable 10 is connected to the GND terminal 9 by the probe holder 7.
  • the measurement probe 8 is a linear metal
  • the GND terminal 9 is a plate-shaped metal, and is gradually worn by contact with the measurement sample 6 and the GND electrode 5. Therefore, when the measurement probe 8 and the GND terminal 9 are worn out, the probe can be removed from the probe holder 7 and replaced.
  • the GND electrode 5 can be formed integrally with the sample stage 4.
  • the GND electrode 5 means a contact surface of the sample table 4 with the GND terminal 9.
  • the GND electrode 5 on the sample stage 4 and the sample mounting surface are at the same height, but are located at the same height as the tip of the measurement probe 8 in the probe unit.
  • the positional relationship between the sample mounting surface and the GND electrode 5 is adjusted according to the positional relationship between the GND terminal and the tip. For example, the position of the sample mounting surface is set to a position higher than the position of the GND electrode 5.
  • the GND terminal 9 provided in the probe holder 7 has a stepped shape, and more desirably, has an arc shape at least at a tip portion which is in contact with the GND electrode 5. This is in order to be able to respond to delicate contact in the nano region.
  • FIG. 4 is a displacement simulation result when a load is applied to the electrode 30 having no step structure and the electrode 31 having the step shape at the positions of arrows 34 and 35, respectively.
  • the electrode lengths of the electrode 30 and the electrode 31 in the X direction are the same.
  • the height 32 is the position of the GND electrode 5 on the sample table 4 in FIG. 3, and the height 33 is the GND terminal 9 and the probe holder when the GND terminal 9 is in contact with the GND electrode 5 at a contact pressure of 0. 7 is the height of the connection position.
  • the GND terminal 9 can set the optimal contact pressure to the GND electrode 5 while the measuring probe 8 is suppressed to a slight displacement just enough to contact the measuring sample 6. Becomes In other words, by making the GND terminal 9 step-shaped, it is possible to obtain an appropriate contact pressure to the GND electrode 5 accurately and independently of the measurement probe 8 irrespective of spatial restrictions.
  • FIG. 5 shows an elasto-plastic analysis result (simulation result) when a load is applied to the electrode 30 having no step structure and the electrode 31 having the step shape at the positions of arrows 34 and 35, respectively.
  • simulation analysis was performed by bilinear approximation using the yield condition of phosphor bronze.
  • the change point of the slope in the graph showing the relationship between the displacement amount and the stress indicates the displacement amount that is deformed plastically when the electrode is displaced by applying a stress and cannot return to the original position. From this, it is understood that the plastic deformation accompanying the application of the stress is suppressed in the case where there is a step shape. That is, it is possible to suppress the GND terminal 9 from being plastically deformed in response to any excessive impact such as that caused by an unexpected erroneous operation.
  • the GND terminal 9 has an arc shape.
  • the effect of the arc-shaped electrode will be described with reference to FIG.
  • the left diagram is a schematic diagram showing how a displacement is applied to different positions of the flat electrode 41. In this case, the stress for the displacement changes according to the position to be displaced.
  • the diagram on the right is a schematic diagram showing how a displacement is applied to different positions of the arc-shaped electrode 42. Due to the surface frictional force and the dispersion of the force of the arc-shaped electrode 42, the degree of the change in stress with respect to the displacement due to the difference in the position to be displaced can be suppressed as compared with the case of the flat electrode 41.
  • the contact position of the GND terminal 9 with the GND electrode 5 changes, the change of the contact pressure accompanying the change can be further reduced.
  • the distal end portion 36 (see FIG. 4) of the GND terminal 9 that contacts the GND electrode 5 has an arc shape.
  • the GND line can be short-circuited while avoiding the spatial restriction peculiar to the nanoprober device.
  • the probe holder 51 has a connector portion 52 having a coaxial structure for connecting the measurement probe 8.
  • One end of the center conductor of the connector section 52 is connected to the signal line (the center conductor of the coaxial cable 10) 21 and the other end is connected to the measurement probe 8.
  • the external conductor of the connector 52 is connected to the GND line (the external conductor of the coaxial cable 10) 23 and also to the GND terminal 9. Accordingly, the length of the measurement probe 8 can be reduced as much as possible, and the signal from the signal line 21 can be protected from external noise.
  • FIG. 8 shows a modification of the GND terminal.
  • the GND terminal 55 is a GND terminal formed by combining a plate-shaped metal wire 56 and a plate-shaped metal wire 57 having different bending methods. Thus, a GND terminal having a desired displacement-stress characteristic can be created.
  • the nanoprobe device it is required to measure a femtoamp-order minute current in DC measurement.
  • a triaxial cable (a triaxial cable) is used instead of a coaxial cable.
  • the triaxial cable 60 includes three axes of a center conductor (signal line) 61, an intermediate conductor (guard) 63, and an outer conductor (GND line) 65.
  • a first insulating material 62 is provided between the center conductor 61 and the intermediate conductor 63
  • a second insulating material 64 is provided between the intermediate conductor 63 and the outer conductor 65.
  • FIG. 9A shows a state where a probe unit 70 having a probe holder 71 for DC measurement is connected to a triaxial cable 60.
  • the probe holder 71 has the same structure as the probe holder 51 (see FIG. 7), has a connector portion having a coaxial structure, and one end of a center conductor of the connector portion is a signal line (of the triaxial cable 60). The other end is connected to the measurement probe 8.
  • FIG. 9B shows a state where the probe unit 72 having the probe holder 73 for high frequency measurement is connected to the triaxial cable 60.
  • the probe holder 73 also has a connector portion having a coaxial structure, and one end of the center conductor of the connector portion is connected to the signal line (the center conductor of the triaxial cable 60) 61 and the other end is connected to the measurement probe 8.
  • the outer conductor of the connector is connected to a GND line (outer conductor of the triaxial cable 60) 65 and the intermediate conductor 63 of the triaxial cable 60, and is also connected to the GND terminal 9. In this way, by replacing the probe holder used according to the measurement content, it is possible to easily switch between the minute current measurement and the high frequency measurement without adding an extra structure to the probe unit. .
  • FIG. 10 is a configuration diagram (top view) of the probe unit and the sample stage.
  • a probe unit 50 having a coaxial connector section shown in FIG. 7 is used.
  • the GND electrode 5 provided on the sample stage 4 has an annular shape.
  • the nanoprober device contacts a large number of measurement probes with a measurement sample and measures its electrical characteristics.
  • the plurality of measurement probes are arranged so as to surround the measurement sample 6, as shown in FIG.
  • an annular electrode as the GND electrode 5
  • the GND terminal 9 of each probe unit 24 can be brought into contact in the same state even when the probe 8 is in contact with the probe from any angle. Even if a probe is selected, measurement with equivalent high-frequency characteristics is possible.
  • a micrometer-sized probe is brought into precise contact with a measurement sample by driving a nano-order controllable actuator utilizing the characteristics of a piezo element.
  • a nano-order controllable actuator utilizing the characteristics of a piezo element.
  • a general nanoprober device requires a spare measurement probe for the risk of damage to the measurement probe, so that a plurality (eight in this example) of measurement probes are simultaneously arranged as shown in FIG. .
  • transistor measurement it is necessary to simultaneously contact at least four measurement probes with one transistor.
  • the probing mechanism exists densely around the measurement sample, there is almost no space for short-circuiting the GND line, and the advantage of the GND short-circuit structure in this embodiment is also small. Sex will be understood. It is practically impossible to apply a mechanism such as a probe for a GND line employed in a manual prober to a nanoprober device as it is.
  • the GND electrode 5 has an annular shape along the outer edge of the sample table 4.
  • a circular GND electrode 81 is provided on the stage side.
  • a sample stage receiver 82 is provided on a circular GND electrode 81.
  • the measurement sample 6 is placed on the sample table 80, the measurement probe 8 is brought into contact with the measurement sample 6, and the electrical characteristics are measured.
  • the sample table 80 is used by being inserted into a sample table receiver 82. When exchanging the measurement sample 6, the entire sample table 80 is taken out of the vacuum chamber 3 and the measurement sample 6 is exchanged.
  • FIG. 12 is a top view of a sample stage 74 having GND electrodes 75a and 75b on its upper surface.
  • the GND electrode 75 is integral with the sample stage 74, and the GND electrode 75 can be referred to as a contact surface with the GND terminal of the sample stage 74, and is electrically connected to the GND electrodes 75a and 75b by the sample stage 74. I have.
  • the GND electrode is formed in an annular shape as shown in FIG. 3, the space for mounting the measurement sample 6 (sample mounting surface) becomes narrow, and depending on the size of the measurement sample 6, it may not be mounted on the sample table. sell.
  • the GND electrode 75 is arranged so as to face a part of the edge of the sample table 4. Thereby, the sample mounting surface 76 on which the measurement sample 6 is mounted can be made large. In this case, the measurement probe is brought into contact from two directions where the GND electrodes 75a and 75b are provided.
  • FIG. 13 shows a first embodiment of a microelectronic device characteristic evaluation apparatus.
  • the semiconductor parameter analyzer 45 is connected by bringing the probe units 24a and 24b into contact with the measurement sample 6.
  • the semiconductor parameter analyzer 45 is a measuring device for a parametric test of a semiconductor device such as a current-voltage measurement and a capacitance measurement.
  • the semiconductor parameter analyzer 45 is used to apply a DC voltage to a measurement sample.
  • a power supply circuit that can output a DC voltage may be used.
  • the function generator 11 is connected by bringing the probe unit 24c into contact with the measurement sample 6, and the oscilloscope 12 is connected by bringing the probe unit 24d into contact.
  • the function generator 11 generates a dynamic signal (high-frequency signal), and observes the waveform of the dynamic response signal output in response to the oscilloscope 12.
  • the measurement circuit is configured as described above, and, for example, a failure analysis of a 65-nm generation transistor estimated as a failure narrowed down from a failure diagnosis or the like is performed in an LSI device.
  • the measurement probe 8 is brought into contact with the measurement contact. Specifically, the source, the drain, the gate, and the substrate of the transistor are brought into contact with the respective contacts.
  • the measurement probes 8 of the probe units 24a and 24b are in contact with the drain and the substrate of the transistor, the measurement probe 8 of the probe unit 24c is in contact with the gate of the transistor, and the measurement probe 8 of the probe unit 24d is in the source of the transistor. Contacted.
  • FIG. 14 shows a second embodiment of the microelectronic device characteristic evaluation apparatus.
  • logic circuit measurement for example, measurement of a NAND circuit
  • Signal pulses are input from the function generator 11 to the logic circuit by bringing the probe units 24e and 24f into contact with the two input terminals of the logic circuit (NAND circuit), respectively.
  • the power supply voltage is applied from the semiconductor parameter analyzer 45 by bringing the probe unit 24h into contact with the power supply terminal of the logic circuit.
  • a power supply circuit that can output a DC voltage may be used.
  • the output of the logic circuit is monitored by the oscilloscope 12 by bringing the probe unit 24g into contact with the output of the logic circuit.
  • a signal from the function generator 11 is split in two directions via a splitter 46, one of which is input to the oscilloscope 12 as a reference signal, and the other is input to the measurement sample 6.
  • the oscilloscope 12 In response to a change in the input signal from the function generator 11, the oscilloscope 12 checks the output signal of the monitored logic circuit (NAND circuit) by performing a NAND operation on the signal from the function generator 11 input as a reference signal and collating the output signal. The operation of the logic circuit can be confirmed.
  • NAND circuit monitored logic circuit
  • the invention has been described with reference to a plurality of embodiments.
  • the present invention is not limited to the embodiments described above, and includes various modifications.
  • the above-described embodiments have been described in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of one embodiment can be added to the configuration of another embodiment.

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Abstract

ＬＳＩを構成する微小デバイスの不良解析として、高速な応答解析が可能な半導体検査装置を提供する。このため、真空チャンバ３と、真空チャンバに配置され、試料６を載置する試料台４と、試料の上方から電子線を照射可能に配置された電子光学系１と、真空チャンバの外に配置される外部機器１１，１２と同軸ケーブル１０で接続される複数のプローブユニット２４と、試料台もしくはその近傍に設けられる電極５とを有する半導体検査装置において、プローブユニット２４は、試料に接触される測定探針８と、電極５に接触されるＧＮＤ端子９と、測定探針及びＧＮＤ端子を保持し、同軸ケーブルの信号線を測定探針に接続し、同軸ケーブルのＧＮＤ線をＧＮＤ端子に接続する探針ホールダ７とを有し、プローブユニットの測定探針が試料に接触される際に、ＧＮＤ端子が電極に接触される。

Description

半導体検査装置及びプローブユニット
　本発明は、半導体検査装置に関するものであり、特に、電子顕微鏡を用いた微小電子デバイス特性評価装置に関する。特に、高速な動的信号の応答解析を用いた微小電子デバイスの不良解析に有用である。
　半導体デバイスの微細化により、大規模集積回路（ＬＳＩ：Large-Scale Integration）の高速化、高性能化が進んでいる。このような半導体デバイスの微細化に伴って、トランジスタ数、配線数、コンタクト数が増大し、故障デバイスの不良解析はより複雑化している。
　不良解析手法として、極めて微小な探針を直接、微小デバイス（ＬＳＩに集積される素子やＬＳＩに形成される配線等の微細構造などをいう）に含まれるコンタクト上に接触させ、電気特性を評価する手法がある。このような不良解析を行う装置はナノプローバ装置と呼ばれ、電子顕微鏡で微小デバイスを観察しながら、表面研磨により露出したＬＳＩ中のコンタクトに微小探針を接触させ、不良解析を実行する。10ｎｍ世代プロセスのような近年の微小デバイスは極めて微細化されているが、ナノプローバ装置ではこれらのナノデバイスを直接評価できることから、その重要性は益々大きくなっている。
　ナノプローバ装置による微小デバイスの電気特性評価は、主に直流測定によるものであった。しかし、微細化に伴う半導体デバイス特性の向上は、直流特性だけでなく、動的な動作性能など多岐に渡る。例えば、近年のＣＰＵ（Central Processing Unit）でのデバイスの駆動周波数は、３ＧＨｚ以上となっている。このため、高周波測定により得られる欠陥情報についても重要性が高まり、より高い周波数での伝送信号評価が望まれるようになった。なお、駆動周波数（ＣＰＵのクロック周波数）は、高性能のデスクトップパソコンで３ＧＨｚ程度、モバイル型パソコン、スマートフォンでは１ＧＨｚ程度、組み込み機器では、10ＭＨｚ～100ＭＨｚ程度に達している。
　このように半導体デバイスの駆動周波数が高まる一方、従来の電子顕微鏡を用いたナノプローバ装置で高周波解析可能な周波数は、実デバイスの動作周波数に至っていない。現在のナノプローバ装置で取り扱える高周波信号は、最大周波数数10ＭＨｚ程度といってよい。この程度以下の周波数であれば、連続パルス信号を伝搬させる場合に、矩形のパルス波形を維持できる。したがって、現状のナノプローバ装置による高周波解析は、組み込み機器レベルのデバイスの実動作を確認できるにすぎず、微細化の進んだ微小デバイスの駆動環境には到底及ばない。微細化の進んだ微小デバイスの高周波解析を実施するには、最低でも１ＧＨｚの高周波伝送が実現される必要がある。
　図１にプローバ装置による高周波解析を実行するための測定回路例（模式図）を示す。高周波解析には同軸ケーブルが用いられる。同軸ケーブル１０３は、基準電位（ＧＮＤ）に接地される外部導体１０４と信号を伝送する中心導体１０６とを有し、絶縁材１０５を介して、中心導体１０６（信号線）の周囲を外部導体１０４（ＧＮＤ線）が取り囲むことにより、伝送される高周波信号に対する外部ノイズが抑制される。本測定回路では、同軸ケーブル１０３ａに高周波信号を発生するパルス発生器１０１が接続され、測定探針１０７ａを介して試料１００に高周波信号を印加する。測定探針１０７ａは、本測定回路が高周波解析の対象とする微小デバイスの入力であるコンタクトに接触されている。一方、同軸ケーブル１０３ｂはオシロスコープ１０２に接続され、高周波解析の対象とする微小デバイスの出力であるコンタクトに接触されている測定探針１０７ｂにて得られた試料１００からの信号の波形をモニタする。このような測定回路において高周波信号を伝搬するには、相対する同軸ケーブル１０３ａ／１０３ｂのＧＮＤ線を短絡線１０８により短絡する必要がある。特に、より高い周波数の信号を伝搬するためには、測定探針１０７の周辺のインピーダンスの乱れを極力抑制する必要があり、短絡線１０８は測定探針１０７にできるだけ並走させ、より短くすることが望ましい。短絡線１０８の長さが長くなるほど、高周波特性は劣化するためである。さらに、プローバ装置は一般的に複数の測定探針を有し、複数の測定探針を用いた計測が可能になっているが、複数の測定探針を用いて測定を行う場合、それぞれで短絡線１０８の長さが異なっていると、高周波特性が測定探針によって違ったものになり、この違いが測定誤差となって表れる。
　特許文献１及び特許文献２は、いずれもマニュアルプローバ装置における測定探針のＧＮＤ線の短絡方法を開示するものである。マニュアルプローバ装置とは、光学顕微鏡で観察した試料表面に測定探針を接触させて電気特性を測定する装置である。ナノプローバ装置とマニュアルプローバ装置とは、測定回路はいずれも図１の構成を有し、ＧＮＤ線の短絡方法が高周波特性の測定に大きな影響を及ぼすことに違いはない。しかしながら、マニュアルプローバ装置では、ナノプローバ装置のような電子顕微鏡によるプロービングとは異なり、接触させるコンタクトサイズは大きく、また、大気中で測定が可能とされているため、構造的な制約がナノプローバ装置に比べて少ないといえる。
　マニュアルプローバでは、一般的に、同軸ケーブルのＧＮＤ線に接続されるＧＮＤ探針と同軸ケーブルの信号線に接続される信号探針の２種類の測定探針が用いられる。ＧＮＤ探針は試料中に設けられた基準電位のコンタクトに、信号探針は信号入出力用のコンタクトに接触される。特許文献１では、試料上に導体メッシュ（短絡部材）を設け、ＧＮＤ探針と信号探針の外部導体とを、探針の先端に近い位置で共通接続されるよう構成している。また、特許文献２では、ＧＮＤ探針に接地ばねを設け、信号探針に設けた接地シールドエクステンダーと接触されるよう構成している。
特開平６－２５８３４４号公報 特開２０００－２８６７３号公報
　空間的、構造的な制約の多いナノプローバ装置では、マニュアルプローバに関する先行技術をそのまま適用することができない。以下、その理由を説明する。
　ナノプローバ装置では、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）の拡大映像を観察しながら、ナノオーダプロセスの微細なトランジスタに微小な測定探針を接触させ、プロービング測定を行う。測定探針のサイズは、先端径がＲ10ｎｍ程度であり、また、試料に形成されている、測定探針を接触させる測定コンタクトもナノメータオーダである。このため、プロービング時に意図しない僅かな振動による試料との衝突、あるいは応力変動による過負荷が生じることにより微小な測定探針が破損するおそれがある。さらには、測定探針が測定コンタクトに接触後、僅かな振動に曝されても、試料との振動衝突により、測定探針が破損するおそれがある。このため、特許文献２に開示されているような、ＧＮＤ短絡のために測定探針同士を２次的に接触させるといった方法は、測定探針を損傷させるリスクを高めてしまう。
　また、ＳＥＭによる観察を行うため、ＧＮＤ短絡のための構造が電子線の進行経路を阻害するような構造であってはならない。このため、特許文献１に開示されているようなＧＮＤ短絡のための構造を試料上面に設けることはできない。また、試料の電気測定を真空チャンバ内で行わなければならないところから、空間的な制約も大きい。
　より高速な動的信号を用いた半導体デバイスの不良解析装置を実現するには、以上のようなナノプローバ装置特有の、空間的、構造的な制約を回避し、効果的なＧＮＤ線の短絡構造を実現する必要がある。
　本発明の一実施の態様である半導体検査装置は、真空チャンバと、真空チャンバに配置され、試料を載置する試料台と、試料の上方から電子線を照射可能に配置された電子光学系と、真空チャンバの外に配置される外部機器と同軸ケーブルで接続される複数のプローブユニットと、試料台もしくはその近傍に設けられる電極とを有し、プローブユニットは、試料に接触される測定探針と、電極に接触されるＧＮＤ端子と、測定探針及びＧＮＤ端子を保持し、同軸ケーブルの信号線を測定探針に接続し、同軸ケーブルのＧＮＤ線をＧＮＤ端子に接続する探針ホールダとを有し、プローブユニットの測定探針が試料に接触される際に、ＧＮＤ端子が電極に接触される。
　ＬＳＩを構成する微小デバイスの不良解析として、高速な応答解析が可能な半導体検査装置を提供する。
　その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
プローバ装置による高周波解析を実行するための測定回路例である。 微小デバイス特性評価装置の構成図である。 プローブユニット及び試料台の構成図である。 階段形状電極の効果を説明するための図である。 階段形状電極の効果を説明するための図である。 弧形電極の効果を説明するための図 プローブユニットの変形例である。 ＧＮＤ端子の変形例である。 トライアキシャルケーブル対応プローブユニットの例である。 トライアキシャルケーブル対応プローブユニットの例である。 プローブユニット及び試料台の構成図（上面図）である。 ＧＮＤ電極の変形例である。 ＧＮＤ電極の変形例である。 第１実施例の微小デバイス特性評価装置の概略図である。 第２実施例の微小デバイス特性評価装置の概略図である。
　図２を用いて、本実施例の微小デバイス特性評価装置について説明する。本実施例の微小デバイス特性評価装置では、プローブ構造として接触応力を制御したＧＮＤ端子を設け、これを試料台もしくはその近傍に設けたＧＮＤ電極に接触させることにより、各測定探針間のＧＮＤ線の短絡を行う。
　走査型電子顕微鏡は、その主要な構成として電子光学系１、検出器２、真空チャンバ３を有する。真空チャンバ３中の試料台４に測定試料６が載置される。なお、試料台４の上面にはＧＮＤ電極５が設けられている。本実施例のプローブユニット２４では、同軸ケーブル１０と接続される探針ホールダ７に測定探針８とＧＮＤ端子９とが保持されている。測定探針８は測定試料６に接触され、ＧＮＤ端子９は試料台４上のＧＮＤ電極５に接触されている。なお、プローブユニット２４は測定試料６の試料表面を移動させるための駆動装置（図示せず）に接続されており、この駆動装置の動作により、測定探針８は測定試料６の所定箇所に接触すると同時に、ＧＮＤ端子９はＧＮＤ電極５に接触される。なお、図２では２つのプローブユニットを示しているが、微小デバイス特性評価装置は複数のプローブユニットを駆動可能とされており、２本に限定されるものではない。また、真空チャンバ３には前室（図示せず）が設けられており、真空チャンバ３の真空度を落とすことなく、試料台４、プローブユニット２４（探針ホールダ７、測定探針８及びＧＮＤ端子９）を真空チャンバ３から取り出すことが可能とされている。
　操作者は、電子光学系１から測定試料６に電子線を照射して得られる電子顕微鏡画像を見ながら、測定探針８を測定試料６に接触させる。この例では、１つの測定探針には同軸ケーブルを介してファンクションジェネレータ１１、もう１つの測定探針には同軸ケーブルによりオシロスコープ１２が接続されている。なお、真空チャンバ３の外部に置かれ、プローブユニットと同軸ケーブルで接続される電子回路や測定器等を本明細書では外部機器という。これにより、ファンクションジェネレータ１１から出力された高周波信号は、一方の測定探針を通して測定試料６に入力され、測定試料６から高周波信号に応答して出力される出力信号を、他方の測定探針を通してオシロスコープ１２に伝送する。
　図３にプローブユニット及び試料台の構成図を示す。同軸ケーブル１０は、中心導体（信号線）２１、中心導体（信号線）２１を取り囲む絶縁材２２、絶縁材２２を取り囲む外部導体（ＧＮＤ線）２３の２軸構造を有し、外部導体２３は基準電位とされ、中心導体２１により信号が伝送される。同軸ケーブル１０の信号線２１は、探針ホールダ７により測定探針８に接続されている。また、同軸ケーブル１０のＧＮＤ線２３は、探針ホールダ７によりＧＮＤ端子９に接続されている。測定探針８が試料台４に置かれた測定試料６の表面に接触する際、ＧＮＤ端子９が試料台４に設けられたＧＮＤ電極５に接触することにより、各プローブユニットのＧＮＤ端子９が、試料台４のＧＮＤ電極５を介して短絡されることになる。これにより、ナノプローバ装置固有の環境において、各測定探針間のＧＮＤ線の短絡が可能となる。測定探針８は線状の金属、及びＧＮＤ端子９は板状の金属であり、測定試料６やＧＮＤ電極５への接触により次第に摩耗する。そこで、測定探針８及びＧＮＤ端子９が摩耗した場合、探針ホールダ７から取り外し、交換することが可能にされる。
　また、試料台４は電子顕微鏡観察時には基準電位とされることが通常であるため、ＧＮＤ電極５を試料台４と一体で構成することができる。この場合、ＧＮＤ電極５とは試料台４におけるＧＮＤ端子９との接触面を意味する。また、測定試料６の測定コンタクトに測定探針８を接触させるとき、プローブユニットの駆動装置はプローブユニットを上から下に（電子光学系１の光軸方向）移動させ、所定の接触圧で接触させる。このときに、ＧＮＤ端子９も所定以上の接触圧でＧＮＤ電極５に接触されている必要がある。このため、図３では試料台４におけるＧＮＤ電極５と試料載置面（円環形状のＧＮＤ電極の内側部分）とは同じ高さとされているが、プローブユニットにおける測定探針８の先端部とＧＮＤ端子の先端部との位置関係に応じて、試料載置面とＧＮＤ電極５との位置関係を調整する。例えば、試料載置面の位置をＧＮＤ電極５の位置よりも高い位置とする。
　ここで、探針ホールダ７に設けられるＧＮＤ端子９は、階段形状、さらに望ましくは、少なくともＧＮＤ電極５と接触される先端部においては弧形状を有している。ナノ領域で、繊細な接触に対応できるようにするためである。この原理を以下に説明する。図４は、階段構造がない電極３０及び階段形状がある電極３１に対し、それぞれ矢印３４，３５の位置で負荷をかけた際の、変位シミュレーション結果である。電極３０と電極３１とで、それぞれのＸ方向の電極長は、同じである。また、高さ３２が図３における試料台４上のＧＮＤ電極５の位置であり、高さ３３はＧＮＤ端子９を接触圧０でＧＮＤ電極５に接触させた状態におけるＧＮＤ端子９と探針ホールダ７との接続位置の高さである。
　図４に示すシミュレーション結果より、同じ負荷（接触圧）に対して、変位量が異なっていることがわかる。すなわち、高さ３２－３３間で階段形状を有する電極３１は、階段形状を有しない電極３０と比べ、同じ接触圧にもかかわらず、変位量が低減されることが分かる。基準電位をとるため、ＧＮＤ電極５とＧＮＤ端子９とは適切な接触圧で接触させることが必要である。この変位コントロールは、真空チャンバ３における測定試料周辺の限られた空間での使用においてＧＮＤ端子９の変位量が制約されたとしても、ＧＮＤ端子９の階段形状を設計することにより所望の接触圧を得られることを示している。すなわち、この階段形状を最適化することにより、測定探針８は測定試料６に接触するだけの僅かな変位量に抑えながら、ＧＮＤ端子９は最適なＧＮＤ電極５への接触圧力の設定が可能となる。言い換えると、ＧＮＤ端子９を階段形状とすることで、空間的な制約に関わらず、精密、かつ測定探針８とは独立に、適切なＧＮＤ電極５への接触圧が得ることができる。
　さらに、階段形状の別の利点について説明する。図５は、階段構造がない電極３０及び階段形状がある電極３１に対し、それぞれ矢印３４，３５の位置で負荷をかけた際の、弾塑性解析結果（シミュレーション結果）である。それぞれの形状について、リン青銅の降伏条件を使用して、バイリニア近似によるシミュレーション解析を行った。変位量－応力の関係を示すグラフ中の傾きの変化点は、応力を加えて電極が変位した際に塑性変形し、元に戻らなくなってしまった変位量を示している。これより、階段形状がある場合の方が、応力印加に伴う塑性変形が抑制されていることがわかる。すなわち、不意の誤操作などで生じるような、何らかの過度の衝撃に対して、ＧＮＤ端子９が塑性変形することを抑制することができる。
　さらに、ＧＮＤ端子９は弧形状を有することが望ましい。図６を用いて弧形電極の効果を説明する。左図は、平坦電極４１の異なる位置に変位を加える様子の模式図である。この場合、変位させる位置に応じて、変位に対する応力は変化してしまう。一方、右図は、弧形電極４２の異なる位置に変位を加える様子の模式図である。弧形電極４２の表面摩擦力や力の分散から、平坦電極４１の場合に比べて、変位させる位置の違いによる、変位に対する応力の変化の度合いを抑えることができる。これにより、ＧＮＤ端子９におけるＧＮＤ電極５との接触位置が変化しても、それに伴う接触圧の変化をより小さくすることができる。なお、ＧＮＤ端子９が階段形状を有する場合には、ＧＮＤ電極５と接触するＧＮＤ端子９の先端部３６（図４参照）を弧形状とする。
　以上のようなプローブユニットの構造により、ナノプローバ装置特有の空間的制約を回避しつつ、ＧＮＤ線を短絡させることができる。
　プローブユニット構造の変形例について説明する。測定探針８は金属線であるため、測定探針８が長いほど、信号が劣化しやすい。このため、図７に示すプローブユニット５０では、探針ホールダ５１は測定探針８を接続する同軸構造を有するコネクタ部５２を有している。コネクタ部５２の中心導体は、一端が信号線（同軸ケーブル１０の中心導体）２１に接続され、他端が測定探針８に接続される。また、コネクタ部５２の外部導体は、ＧＮＤ線（同軸ケーブル１０の外部導体）２３に接続されるとともに、ＧＮＤ端子９に接続されている。これにより、測定探針８の長さを極力短くすることができ、信号線２１からの信号を外部ノイズから保護することができる。
　また図８にＧＮＤ端子の変形例を示す。ＧＮＤ端子５５は、曲げ方の異なる板状金属線５６と板状金属線５７とを組み合わせてＧＮＤ端子としたものである。これにより、所望の変位量－応力特性を有するＧＮＤ端子を作成することができる。
　また、ナノプローバ装置では、直流測定において、フェムトアンペアオーダの微小電流を測定することが求められる。通常、ナノプローバ装置で、微小な直流電流を測定する際は、同軸ケーブルではなく、トライアキシャルケーブル（三重同軸ケーブル）を用いる。図９Ａに示すように、トライアキシャルケーブル６０は、中心導体（信号線）６１、中間導体（ガード）６３、外部導体（ＧＮＤ線）６５の３軸で構成されている。中心導体６１と中間導体６３との間には第１の絶縁材６２、中間導体６３と外部導体６５との間には第２の絶縁材６４が設けられている。微小な直流電流を測定する際は、トライアキシャルケーブル６０の中間導体６３に半導体パラメータアナライザなどの測定器により信号線６１と同じ電位を加えながら測定する。中心導体６１と中間導体６３とを等電位に保つことにより、第１の絶縁材６２に流れるリーク電流を０とし、微小な電流が正確に測定できる。
　これに対して、高周波測定を行う場合には、トライアキシャルケーブル６０の中間導体６３と外部導体６５と短絡し、いわばトライアキシャルケーブルを同軸ケーブル化して使用する。本実施例では、探針ホールダを付け替えることにより、直流測定と高周波測定の双方を行うことを可能にする。図９Ａは直流測定用の探針ホールダ７１を有するプローブユニット７０をトライアキシャルケーブル６０に接続した状態を示している。探針ホールダ７１は探針ホールダ５１（図７参照）と同様の構造をしており、同軸構造を有するコネクタ部を有し、コネクタ部の中心導体は、一端が信号線（トライアキシャルケーブル６０の中心導体）６１に接続され、他端が測定探針８に接続される。また、コネクタ部の外部導体は、ＧＮＤ線（トライアキシャルケーブル６０の外部導体）６５に接続されるとともに、ＧＮＤ端子９に接続されている。これに対して、図９Ｂは高周波測定用の探針ホールダ７３を有するプローブユニット７２をトライアキシャルケーブル６０に接続した状態を示している。探針ホールダ７３も同軸構造を有するコネクタ部を有し、コネクタ部の中心導体は、一端が信号線（トライアキシャルケーブル６０の中心導体）６１に接続され、他端が測定探針８に接続される。また、コネクタ部の外部導体は、ＧＮＤ線（トライアキシャルケーブル６０の外部導体）６５及びトライアキシャルケーブル６０の中間導体６３に接続されるとともに、ＧＮＤ端子９に接続されている。このように、測定内容に応じて使用する探針ホールダを付け替えることで、プローブユニットに対して余計な構造を付加することなく、容易に微小電流測定と高周波測定の切り替えを行うことが可能になる。
　次に、図１０を用いて試料台４に設けられたＧＮＤ電極５の構造について説明する。図１０はプローブユニット及び試料台の構成図（上面図）である。この例では図７に示した同軸構造のコネクタ部を有するプローブユニット５０を用いている。試料台４に設けられるＧＮＤ電極５は円環形状となっている。ナノプローバ装置は、図１０のように多数の測定探針を測定試料に接触させて、その電気特性を測定する。複数の測定探針は、図１０に示すように、測定試料６を取り囲むように配置されている。ＧＮＤ電極５として円環形状の電極を用いることにより、各プローブユニット２４のＧＮＤ端子９は、どの角度からの測定探針８の接触でも同じ状態で接触でき、電気特性を測定するため、どの測定探針を選択しても、同等の高周波特性での測定が可能となる。
　ナノ領域での繊細なプロービングでは、ピエゾ素子の特性を利用したナノオーダでの制御可能なアクチュエータを駆動させて、微細な測定探針を測定試料に精密に接触させる。単に真空チャンバという空間的、環境的な制約のみならず、アクチュエータを搭載した複雑なプロービング機構の存在が、測定試料周辺の空間的制約になっている。特に、一般的なナノプローバ装置では、測定探針の損傷リスクに対する予備の測定探針を必要とするため、図１０に示すように複数（この例では８本）の測定探針が同時に配置される。後述するように、トランジスタ測定においては、１つのトランジスタに対し、同時に少なくとも、４本の測定探針を接触させる必要がある。このように、プロービング機構は測定試料の周囲に密集して存在しているのであり、ここからも、ＧＮＤ線を短絡するための空間的な余地はほとんどなく、本実施例におけるＧＮＤ短絡構造の優位性が理解されるであろう。マニュアルプローバで採用されるＧＮＤ線用のプローブといった機構をナノプローバ装置にそのまま適用することは現実的に不可能である。
　図１１を用いてＧＮＤ電極５の構造の変形例について説明する。図３では、ＧＮＤ電極５を試料台４の外縁に沿った円環形状としていたが、図１１の例では、ステージ側に円形状のＧＮＤ電極８１を設けた例である。具体的には、円形状のＧＮＤ電極８１に試料台受け８２が設けられる。試料台８０の上に測定試料６を載置し、測定探針８を測定試料６に接触させ、電気特性を測定する。試料台８０は、試料台受け８２に差し込んで使用する。測定試料６を交換する時には、試料台８０ごと、真空チャンバ３から取り出して、測定試料６を交換する。
　また、ＧＮＤ電極を試料台に設ける場合であっても、図３のような形態には限定されない。図１２はＧＮＤ電極７５ａ，７５ｂをその上面に有する試料台７４の上面図である。なお、この例ではＧＮＤ電極７５は試料台７４と一体であり、ＧＮＤ電極７５は試料台７４におけるＧＮＤ端子との接触面ということができ、ＧＮＤ電極７５ａ，７５ｂとは試料台７４により導通されている。ＧＮＤ電極を図３のような円環形状とすると、測定試料６を載置するスペース（試料載置面）が狭くなり、測定試料６の大きさによっては試料台に載せられないといったことが生じうる。そこで、図１２に示すように、ＧＮＤ電極７５を試料台４の縁の一部に、対向するように配置する。これにより、測定試料６を載置する試料載置面７６を大きくとることができる。この場合は、ＧＮＤ電極７５ａ，７５ｂが設けられている２方向から測定探針を接触させる。
　微小電子デバイス特性評価装置の第１実施例を図１３に示す。測定試料６にプローブユニット２４ａ，２４ｂを接触させることにより、半導体パラメータアナライザ４５が接続されている。半導体パラメータアナライザ４５は、電流－電圧測定、キャパシタンス測定など半導体デバイスのパラメトリックテストのための測定器であるが、ここでは直流電圧を測定試料に印加するために用いている。半導体パラメータアナライザ４５に代えて、直流電圧を出力可能な電源回路を用いてもよい。また、測定試料６にプローブユニット２４ｃを接触させることによりファンクションジェネレータ１１を接続し、プローブユニット２４ｄを接触させることによりオシロスコープ１２を接続する。ファンクションジェネレータ１１は動的信号（高周波信号）を発生し、それに応答して出力される動的な応答信号の波形をオシロスコープ１２により観察する。このように測定回路を構成し、例えば、ＬＳＩデバイスで、故障診断などから絞り込まれた不良と推定される65ｎｍ世代トランジスタの故障解析を行う。
　はじめに、65ｎｍ世代トランジスタの測定コンタクトが表面に出るまで研磨する。これを、微小電子デバイス特性評価装置の測定試料として試料台４に載置し、測定探針８を測定コンタクトに接触させる。具体的には、トランジスタのソース、ドレイン、ゲート、基板、それぞれのコンタクトに接触させる。プローブユニット２４ａ，２４ｂの測定探針８はそれぞれトランジスタのドレインと基板に接触され、プローブユニット２４ｃの測定探針８はトランジスタのゲートに接触され、プローブユニット２４ｄの測定探針８はトランジスタのソースに接触される。
　それぞれの測定探針８を、トランジスタの各コンタクトに接触させた後、ドレインには１Ｖ、基板には０Ｖを印加し、ファンクションジェネレータ１１から100ＭＨｚに相当する幅５ｎｓのパルス（１Ｖ）をゲートに印加し、ソースからの信号を観察する。このようにして観察できる、正常なトランジスタからの応答波形と不良トランジスタからの応答波形とを比較し、例えば、応答波形における立ち上がり時間を比較することによりトランジスタの故障の判断が行える。
　微小電子デバイス特性評価装置の第２実施例を図１４に示す。本実施例は、ロジック回路測定（例えば、ＮＡＮＤ回路の測定）を行う。
　ロジック回路（ＮＡＮＤ回路）の入力端子２つにそれぞれプローブユニット２４ｅ，２４ｆを接触させることにより、ファンクションジェネレータ１１からロジック回路に対して信号パルスを入力する。また、ロジック回路の電源端子にはプローブユニット２４ｈを接触させることにより、半導体パラメータアナライザ４５から電源電圧を印加する。半導体パラメータアナライザ４５に代えて、直流電圧を出力可能な電源回路を用いてもよい。ロジック回路の出力にはプローブユニット２４ｇを接触させることにより、オシロスコープ１２によりロジック回路の出力をモニタする。また、ファンクションジェネレータ１１からの信号はスプリッタ４６を介して、２方向に分割され、一方は参照信号としてオシロスコープ１２に入力され、もう一方は測定試料６に入力されている。ファンクションジェネレータ１１による入力信号の変化に対し、オシロスコープ１２において、モニタされたロジック回路（ＮＡＮＤ回路）の出力信号を、参照信号として入力されるファンクションジェネレータ１１からの信号をＮＡＮＤ演算して照合することにより、ロジック回路の動作の確認を行うことができる。
　以上、本発明を複数の実施例を用いて説明した。本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
１：電子光学系、 ２：検出器、３：真空チャンバ、４，７４，８０：試料台、５，７５，８１：ＧＮＤ電極、６：測定試料、７，５１，７１，７３：探針ホールダ、８：測定探針、９，５５：ＧＮＤ端子、１０：同軸ケーブル、１１：ファンクションジェネレータ、１２：オシロスコープ、２１：中心導体（信号線）、２２：絶縁材、２３：外部導体（ＧＮＤ線）、２４，５０，７０，７２：プローブユニット、４５：半導体パラメータアナライザ、４６：スプリッタ、５２：コネクタ部、５６，５７：板状金属線、６０：トライアキシャルケーブル、６１：中心導体（信号線）、６２：第１の絶縁材、６３：中間導体（ガード）、６４：第２の絶縁材、６５：外部導体（ＧＮＤ線）、８２：試料台受け、７６：試料載置面、１００：試料、１０１：パルス発生器、１０２：オシロスコープ、１０３：同軸ケーブル、１０４：外部導体（ＧＮＤ線）、１０５：絶縁材、１０６：中心導体（信号線）、１０７：測定探針、１０８：短絡線。

Claims (15)

  1. 　真空チャンバと、
    　前記真空チャンバに配置され、試料を載置する試料台と、
    　前記試料の上方から電子線を照射可能に配置された電子光学系と、
    　前記真空チャンバの外に配置される外部機器と同軸ケーブルで接続される複数のプローブユニットと、
    　前記試料台もしくはその近傍に設けられる電極とを有し、
    　前記プローブユニットは、前記試料に接触される測定探針と、前記電極に接触されるＧＮＤ端子と、前記測定探針及び前記ＧＮＤ端子を保持し、前記同軸ケーブルの信号線を前記測定探針に接続し、前記同軸ケーブルのＧＮＤ線を前記ＧＮＤ端子に接続する探針ホールダとを有し、
    　前記プローブユニットの前記測定探針が前記試料に接触される際に、前記ＧＮＤ端子が前記電極に接触される半導体検査装置。
  2. 　請求項１において、
    　前記電極は円環形状を有して前記試料台に設けられ、円環形状の前記電極の内側に前記試料が載置される半導体検査装置。
  3. 　請求項１において、
    　前記電極は円形状を有し、前記試料台は前記電極に設けられた試料台受け上に配置される半導体検査装置。
  4. 　請求項１において、
    　前記電極の前記ＧＮＤ端子との接触面は、前記試料台の縁の一部に、互いに対向して設けられ、
    　前記プローブユニットの前記測定探針は、前記試料台において前記接触面が配置された方向から前記試料に接触される半導体検査装置。
  5. 　請求項１において、
    　前記ＧＮＤ端子は、階段形状を有する板状金属線である半導体検査装置。
  6. 　請求項５において、
    　前記ＧＮＤ端子は、複数の板状金属線の組み合わせである半導体検査装置。
  7. 　請求項５において、
    　前記ＧＮＤ端子の前記電極に接触する部分は弧形状である半導体検査装置。
  8. 　請求項１において、
    　前記探針ホールダは、前記同軸ケーブルの信号線と前記測定探針とを接続するコネクタ部を有し、
    　前記コネクタ部は同軸構造を有する半導体検査装置。
  9. 　請求項１において、
    　前記同軸ケーブルはトライアキシャルケーブルであり、
    　前記探針ホールダは、前記トライアキシャルケーブルの中間導体及びＧＮＤ線を前記ＧＮＤ端子と接続する半導体検査装置。
  10. 　真空チャンバに配置された試料台に載置された試料に測定探針を接触させるプローブユニットであって、
    　同軸ケーブルの信号線と前記測定探針とを接続するコネクタ部を有する探針ホールダと、
    　前記試料台もしくはその近傍に設けられる電極に接触させるＧＮＤ端子とを有し、
    　前記ＧＮＤ端子は、前記測定探針が前記試料に接触される際に、前記ＧＮＤ端子が前記電極に接触されるように、前記探針ホールダに取り付けられているプローブユニット。
  11. 　請求項１０において、
    　前記ＧＮＤ端子は、階段形状を有する板状金属線であるプローブユニット。
  12. 　請求項１１において、
    　前記ＧＮＤ端子は、複数の板状金属線の組み合わせであるプローブユニット。
  13. 　請求項１１において、
    　前記ＧＮＤ端子の前記電極に接触する部分は弧形状であるプローブユニット。
  14. 　請求項１０において、
    　前記コネクタ部は同軸構造を有するプローブユニット。
  15. 　請求項１０において、
    　前記同軸ケーブルはトライアキシャルケーブルであり、
    　前記探針ホールダは、前記トライアキシャルケーブルの中間導体及びＧＮＤ線を前記ＧＮＤ端子と接続するプローブユニット。
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