JP2813755B2 - Sensor for non-contact electric measurement of semiconductor wafer - Google Patents
Sensor for non-contact electric measurement of semiconductor waferInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、C−V曲線などの半
導体ウエハの電気特性の測定に用いられる非接触電気測
定用センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-contact electric measurement used for measuring electric characteristics of a semiconductor wafer such as a CV curve.
It relates to a constant sensor .
【0002】[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、半導体ウエハの電気特性
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。そこで、本出
願人は、半導体ウエハの表面上に電極を形成することな
く、C−V測定やC−t法などの電気特性評価を行なう
ことのできる半導体ウエハの電気測定装置を開発した。
図1は、本出願人が開発した半導体の電気測定装置の概
要を示す概念図である。図1(a)において、半導体基
板101の表面上には酸化膜102が形成されており、
裏面上には電極202が形成されている。酸化膜102
の上方には、ギャップGeを隔てて測定用電極201が
電極保持ユニット300によって保持されている。酸化
膜102と測定用電極201とのギャップGeは、約1
μm以下になるように電極保持ユニット300によって
制御されている。2. Description of the Related Art As one method of evaluating a process of a semiconductor having an MIS structure, an evaluation method based on CV measurement is used. In the conventional CV measurement, it is necessary to form an electrode for electric measurement on the surface of an oxide film on a semiconductor substrate. However, the process of forming an electrode only affects the electric characteristics itself of a semiconductor wafer. No. There is a problem that it takes time and effort to form the electrode itself. Therefore, the present applicant has developed an electric measurement apparatus for a semiconductor wafer that can perform an electric characteristic evaluation such as a CV measurement or a Ct method without forming an electrode on the surface of the semiconductor wafer.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an outline of a semiconductor electrical measurement device developed by the present applicant. In FIG. 1A, an oxide film 102 is formed on a surface of a semiconductor substrate 101,
An electrode 202 is formed on the back surface. Oxide film 102
The measurement electrode 201 is held by the electrode holding unit 300 with a gap Ge therebetween. The gap Ge between the oxide film 102 and the measurement electrode 201 is about 1
It is controlled by the electrode holding unit 300 so as to be not more than μm.
【0003】2つの電極201、202の間の静電容量
Ctは、図1の(b)に示すように、半導体基板101
の静電容量Csと、酸化膜102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、半導体基板101の容量Csと、酸化膜
102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300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400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C−V曲線が決定される。The capacitance Ct between the two electrodes 201 and 202 is, as shown in FIG.
, The capacitance Ci of the oxide film 102, and the capacitance Cg of the gap Ge.
The CV curve is the voltage dependency of the combined capacitance Cta of the capacitance Cs of the semiconductor substrate 101 and the capacitance Ci of the oxide film 102. The value of the gap Ge is accurately measured by the electrode holding unit 300, and the capacitance Cg of the gap is calculated based on the value of the gap Ge. The combined capacitance Ct is measured by the measuring unit 400, and the combined capacitance Ct
The CV curve is determined by calculating the capacitance Cta by subtracting the capacitance Cg of the gap from.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体と測
定用電極201との間のギャップの測定精度や、電気測
定の精度は、測定用電極201を含むセンサの構造に依
存する。従来は、上述のように非接触で半導体の電気測
定を行なう装置が知られておらず、特に、この装置に適
したセンサ部の構造が知られていなかった。また、セン
サの先端には微細な電極パターンを形成するので、製造
が容易なセンサ構造とする必要がある。The accuracy of the measurement of the gap between the semiconductor and the measurement electrode 201 and the accuracy of the electric measurement depend on the structure of the sensor including the measurement electrode 201. Conventionally, there has been no known device for non-contact electrical measurement of a semiconductor as described above, and in particular, no structure of a sensor unit suitable for this device has been known. Further, since a fine electrode pattern is formed at the tip of the sensor, it is necessary to make the sensor structure easy to manufacture.
【0005】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、非接触で行なう半導体の電気特性
の測定に適した製作の容易なセンサを提供することを目
的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problem, and has as its object to provide a sensor which can be easily manufactured and is suitable for non-contact measurement of electrical characteristics of a semiconductor.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段および作用】上述の課題を
解決するため、この発明による非接触電気測定用センサ
は、半導体ウエハの表面との間にギャップを隔ててほぼ
平行に保持される反射面を有し、該反射面で反射される
レーザ光の強度に基づいて前記ギャップを測定するとと
もに、前記半導体ウエハ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、前記反射面を含む第1の
表面と、前記第1の表面と対向するほぼ平行な第2の表
面とを有する透光性部材と、前記第1の表面に形成され
た電気測定用電極と、を備える。前記第2の表面は前記
レーザ光の前記透光性部材への入射面を含み、前記電気
測定用電極は、前記第1の表面に設けられた電極用溝の
中に、前記電気測定用電極の表面が前記第1の表面から
突出していない状態で配置されている。このように、互
いにほぼ平行な第1と第2の表面を有する透光性部材を
用いると、フォトリソグラフィによって第1の表面上に
電極を容易に形成することができる。また、電極を第1
の表面に設けられた電極用溝の中に配置するようにして
いるので、透光性部材の反射面と半導体ウエハとの間の
ギャップをより小さくすることができ、この結果、ギャ
ップ測定の精度を向上させることができる。さらに、電
極が半導体ウエハと接触するのを防止することができる
ので、電極の断線を防止することができる。In order to solve the above-mentioned problems, a non-contact electric measurement sensor according to the present invention has a reflecting surface which is held substantially parallel to a surface of a semiconductor wafer with a gap therebetween. A non-contact electric measurement sensor for measuring the gap based on the intensity of the laser light reflected by the reflection surface and for measuring electric characteristics of the semiconductor wafer, the sensor including the reflection surface A light-transmitting member having a first surface, a second surface substantially parallel to the first surface, and an electrode for electric measurement formed on the first surface. It said second surface includes an incident surface to said light-transmitting member of the laser beam, the test electrode is in the electrode groove provided on the first surface, the test electrode Are arranged without protruding from the first surface. As described above, by using a light-transmitting member having first and second surfaces that are substantially parallel to each other, an electrode can be easily formed on the first surface by photolithography. In addition, the first electrode
The gap between the reflecting surface of the translucent member and the semiconductor wafer can be made smaller because of the arrangement in the electrode groove provided on the surface of the semiconductor device. Can be improved. Furthermore, since the electrodes can be prevented from contacting the semiconductor wafer, disconnection of the electrodes can be prevented.
【0007】前記透光性部材は、前記第1の表面の周辺
近傍から前記第2の表面側に向けて広がる錐面を有し、
該錐面に、前記電気測定用電極と接続された電気配線が
形成されていることが好ましい。こうすれば、外部のリ
ード線と電気配線を錐面で接続することができる。すな
わち、レーザ光の反射面よりも半導体ウエハから遠い位
置で外部のリード線とセンサの電気配線とを接続するこ
とができる。従って、例えば銀ペーストで接続する場合
にも、接続部の盛り上がりが反射面と半導体ウエハとの
ギャップに挟まれる心配がない。[0007] The light-transmitting member is provided around the first surface .
Having a conical surface extending from the vicinity toward the second surface side,
To the conical surface, it is preferable that the electric wiring that is connected to the test electrode is formed. In this case, the external lead wire and the electric wiring can be connected by a conical surface . That is, the external lead wire and the electric wiring of the sensor can be connected at a position farther from the semiconductor wafer than the reflection surface of the laser beam. Therefore, even when connection is made with, for example, silver paste, there is no concern that the swelling of the connection portion is caught in the gap between the reflection surface and the semiconductor wafer.
【0008】また、前記第1の表面と前記半導体ウエハ
との平行度を調整するために、前記第1の表面におい
て、前記電気測定用電極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N個(Nは3以上の整数)
の平行度調整用電極を備えていてもよい。N個の平行度
調整用電極の容量が互いに等しくなるようにセンサの第
1の表面の傾きを調整すれば、第1の表面と半導体ウエ
ハの平行度を調整することができる。 The first surface and the semiconductor wafer
In order to adjust the degree of parallelism , N pieces (N is an integer of 3 or more) of the same shape provided on the first surface at symmetric positions with respect to the electrode for electric measurement.
May be provided. If the inclination of the first surface of the sensor is adjusted so that the capacitances of the N parallelism adjusting electrodes are equal to each other, the parallelism between the first surface and the semiconductor wafer can be adjusted.
【0009】前記透光性部材は、前記第1の表面の周辺
部に、前記第1の表面とほぼ平行で前記第1の表面より
も前記第2の表面に近い位置に段状に形成された配線形
成面を備え、該配線形成面に前記電気測定用電極と接続
された電気配線が形成されているのが好ましい。 [0009] The light-transmissive member is provided around the first surface .
In part, the first surface and comprising a substantially parallel the wiring formation surface formed stepwise at a position closer to the second surface than the first surface, the test electrode to the wiring formation surface It is preferable to form an electric wiring connected to the wiring .
【0010】こうすれば、配線形成面と半導体ウエハと
の間に発生する寄生容量を小さくできるので、電気測定
の精度を向上させることができる。 In this case, the wiring formation surface and the semiconductor wafer are
Since the parasitic capacitance generated during
Accuracy can be improved.
【0011】上記非接触電気測定用センサにおいて、さ
らに、前記レーザ光を前記第2の表面から前記透光性部
材に導入するとともに、前記反射面で反射された前記レ
ーザ光を前記第2の表面から前記透光性部材の外部に出
射する光導波手段を備えることが好ましい。光導波手段
は、透光性部材に接着されたプリズムのような光学素子
でもよく、また、透光性部材の一部を加工してレーザ光
の入射面と出射面とを形成し、これを光導波手段として
利用してもよい。[0011] In the non-contact electric measurement sensor, the laser light may be further introduced from the second surface to the translucent member, and the laser light reflected by the reflection surface may be applied to the second surface. It is preferable to provide an optical waveguide unit that emits light from the light transmitting member to the outside of the light transmitting member. The optical waveguide means may be an optical element such as a prism bonded to the light transmitting member, or a part of the light transmitting member is processed to form an incident surface and an emission surface of laser light, and It may be used as optical waveguide means.
【0012】前記電気測定用電極と前記平行度調整用電
極との間に、所定の電位が与えられるガードリング電極
が形成されていてもよい。ガードリング電極を設けるこ
とにより、複数の電極の相互の干渉を低減することがで
き、これによって平行度調整や電気測定の精度を向上さ
せることができる。上記非接触電気測定用センサにおい
て、さらに、前記電気測定用電極の表面と前記第1の表
面とを一致させてもよい。こうすれば、電気測定時に第
1の表面の反射面と電気測定用電極との段差を考慮する
必要がない。 A guard ring electrode to which a predetermined potential is applied may be formed between the electric measurement electrode and the parallelism adjustment electrode. By providing the guard ring electrode, mutual interference between a plurality of electrodes can be reduced, thereby improving the parallelism adjustment and the accuracy of electric measurement. Above sensor for non-contact electricity measurement
And the surface of the electrode for electric measurement and the first table
The plane may be matched. In this way, the first
Consider the level difference between the reflective surface of the surface 1 and the electrode for electrical measurement
No need.
【0013】[0013]
【実施例】A.装置の構成 図2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の構成を示す概念図である。この電気測定装
置MDは、半導体ウエハ100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。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Configuration of Apparatus FIG. 2 is a conceptual diagram showing a configuration of an electric measurement apparatus MD including a sensor as an embodiment of the present invention. The electric measuring device MD includes a measuring unit 20 for storing the semiconductor wafer 100.
, A light amount measuring device 22, an impedance meter 24,
A position control device 26 and a host controller 28 are provided. The light quantity measuring device 22, the impedance meter 24, and the position control device 26 are connected to a host controller 28, which controls the entire measuring device and processes the obtained data. As the host controller 28, for example, a personal computer is used.
【0014】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100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。The measuring section 20 includes a base 32 and a base 32
The apparatus includes a driving device 34 provided thereon, a gantry 36 connected to a ball screw portion 34a of the driving device, and a sample table 38 mounted on the gantry 36. Sample table 3
Reference numeral 8 denotes a table on which a semiconductor wafer 100 as a test object is mounted, and is driven by a motor (not shown) to rotate in an XY plane.
【0015】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。A flange 42 is fixed to the upper opening of the housing 40 of the measuring section 20 with bolts, and three piezoelectric actuators 44, 45, and 46 utilizing piezo elements are provided below the flange 42. I have. Further, a support plate 48 is provided below the piezoelectric actuator units 44, 45, 46, and a sensor head 60 is fixed to a tip of a support cylinder 50 extending below the support plate 48.
The support plate 48 is connected to the flange 42 by a plurality of springs (not shown).
5 and 46 are pushed up to the flange 42 side. The sensor head 60 includes a right-angle prism 62 for introducing a laser beam, and a light-transmitting electrode forming portion 64 bonded to the bottom surface of the right-angle prism 62 with an optical adhesive.
【0016】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。A laser oscillator 70 such as a GaAlAs laser and a light receiving sensor 72 such as a photodiode are fixed to the support cylinder 50. The laser light emitted from the laser oscillator 70 passes through the right-angle prism 62 and the electrode forming portion 6
4 and is reflected on the bottom surface of the electrode forming portion 64 under geometrical optical total reflection conditions. Then, the reflected laser light is emitted from the right-angle prism 62 and received by the light receiving sensor 72.
【0017】半導体ウエハ100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100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7
0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。このギャップの測定方法については、本出
願人により開示された特開平4−32704号公報に詳
述されているので、ここではその詳細は省略する。When electric measurement of the semiconductor wafer 100 is performed, the gap between the bottom surface of the sensor head 60 and the surface of the semiconductor wafer 100 is kept at about 1 μm or less. An optical system including the laser oscillator 70, the sensor head 60, and the light receiving sensor 72 is an optical measurement system for accurately measuring the gap. This optical measurement system uses a laser oscillator 7
Utilizing the tunneling phenomenon of the laser light when the laser light oscillated from 0 is reflected on the bottom surface of the sensor head 60 under the geometric total reflection condition, it is measured by the light receiving sensor 72 and the light quantity measuring device 22. The value of the gap is measured based on the amount of light. The method for measuring the gap is described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-32704, which was disclosed by the present applicant, and the details are omitted here.
【0018】圧電アクチュエータ部44、46、48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。The piezoelectric actuators 44, 46, and 48 are electrically connected to the position control device 26, and the light receiving sensor 72 is connected to the light amount measuring device 22 and is connected to an electrode formed on the bottom surface of the sensor head 60. The impedance meter 24 is connected to the metal sample table 38.
The impedance meter 24 is connected to each electrode and the sample table 3.
This is a device for measuring the capacitance and conductance between the device and the device.
【0019】B.電極形成部の基本構成 図3(A)は電極形成部64の底面図、図3(B)はそ
のB−B断面図である。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2
01と、3つの平行度調整用電極111〜113と、ガ
ードリング120とを含んでおり、また、電極201、
111〜113、120にそれぞれ接続された配線20
1a、111a〜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。コーンガラス66
は、後述するように、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2つ
の底面は互いに平行なので、フォトリソグラフィによっ
て電極パターン200を容易に形成することができる。B. Basic Configuration of Electrode Forming Section FIG. 3A is a bottom view of the electrode forming section 64, and FIG. 3B is a BB cross-sectional view thereof. The electrode forming portion 64 includes a cone glass 66 formed of optical glass and an electrode pattern 200 formed on the bottom surface 66a of the cone glass 66. The electrode pattern 200 is the electrode 2 for electric measurement.
01, three parallelism adjusting electrodes 111 to 113, and a guard ring 120.
Wirings 20 connected to 111 to 113 and 120, respectively
1a, 111a to 113a, and 120a. These wirings are formed from the bottom surface 66a of the cone glass 66 to the side slope 66b. Cone glass 66
As described later, disk-shaped glass is polished and the side surface is cut into a tapered shape. Since the two bottom surfaces of the cone glass 66 are parallel to each other, the electrode pattern 200 can be easily formed by photolithography.
【0020】電気測定用電極201はリング状の電極で
あり、その中央部に露出するコーンガラス表面は、レー
ザ光Lが幾何学的に全反射する反射面66cとなってい
る。この実施例において、電気測定用電極201の内径
は0.5mmφ、外径は1.0mmφである。The electrode 201 for electric measurement is a ring-shaped electrode, and the surface of the cone glass exposed at the center is a reflection surface 66c from which the laser light L is geometrically totally reflected. In this embodiment, the inner diameter of the electrode 201 for electrical measurement is 0.5 mmφ, and the outer diameter is 1.0 mmφ.
【0021】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。この実施例において、平行度調整用電極111
〜113のリングの内径は1.6mmφ、外径は2.4
mmφ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、図3(A)のような分割したリング
状にすれば、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。平行度調
整用電極111〜113は、コーンガラス66の底面6
6aと半導体ウエハ100の表面との平行度を調整する
際に利用される電極である。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1
00の表面とを平行にすることができる。この平行度調
整の詳細についてはさらに後述する。Three parallelism adjusting electrodes 111 to 113
Has a ring-like shape equally divided into three. In this embodiment, the parallelism adjusting electrode 111 is used.
The inner diameter of the ring of ~ 113 is 1.6mmφ, the outer diameter is 2.4
mmφ. The interval between the electrodes 111 to 113 is 0.7 mm. The shape of each of these electrodes may be circular, but if they are divided into ring shapes as shown in FIG. 3A, there is an advantage that an electrode having a larger area can be formed in a smaller region. is there. The parallelism adjusting electrodes 111 to 113 are provided on the bottom surface 6 of the cone glass 66.
This is an electrode used when adjusting the parallelism between 6a and the surface of the semiconductor wafer 100. That is, if the inclination of the bottom surface 66a of the cone glass 66 is adjusted by adjusting the amount of extension of the piezo elements of the piezoelectric actuator units 44, 45, and 46, and the capacitance values of the electrodes 111 to 113 are made equal to each other, the cone Semiconductor wafer 1 with bottom surface 66a of glass 66
00 surface can be parallel. The details of the parallelism adjustment will be described later.
【0022】ガードリング120は、電気測定用電極2
01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1.2mmφ、
外径は1.4mmφである。ガードリング120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。このようなガードリング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
を受けずに電気測定用電極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
いう利点がある。また、3つの平行度調整用電極111
〜113の容量値も互いに影響されずに測定できるの
で、コーンガラス66の底面66aと半導体ウエハ10
0の表面との間の平行度をより高精度で調整できるとい
う利点がある。なお、各電極201、111〜113、
120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201a、111a〜
113aの幅は0.1mmに設定されている。The guard ring 120 is connected to the electrode 2 for electric measurement.
01 and a ring-shaped electrode provided between the parallelism adjusting electrodes 111 to 113, the inner diameter of which is 1.2 mmφ,
The outer diameter is 1.4 mmφ. The guard ring 120 is maintained at a predetermined potential (for example, ground potential) and has a role of preventing interaction between the four electrodes 201, 111 to 113. By providing such a guard ring 120, the capacitance value of the electrode 201 for electric measurement can be measured without being affected by the electrodes 111-113 for parallelism adjustment, so that the measurement accuracy of electric measurement can be improved. There is an advantage. Also, three parallelism adjusting electrodes 111
Can be measured without being influenced by each other, the bottom surface 66a of the cone glass 66 and the semiconductor wafer 10 can be measured.
There is an advantage that the parallelism with the zero surface can be adjusted with higher precision. In addition, each electrode 201, 111-113,
The gap between 120 is set to 0.1 mm,
Also, the wirings 201a, 111a to
The width of 113a is set to 0.1 mm.
【0023】図4はセンサヘッド60の配線の接続状態
を示す正面図である。コーンガラス66上の配線111
a〜113a、120a、201aは、コーンガラス6
6の側斜面の端部において、外部のリード線116と接
続されている。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
0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100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100と接触してしまうという問題を生じ
る。円錐台状のコーンガラス66を用いた理由の1つ
は、このように、底面66a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よう
にするためである。FIG. 4 is a front view showing the connection state of the wiring of the sensor head 60. Wiring 111 on cone glass 66
a to 113a, 120a and 201a are cone glass 6
The end of the side slope 6 is connected to an external lead wire 116. The connection of the wiring is performed by wire bonding or curable silver paste, and the connection portion may be raised by several hundred μm. The reason why the wiring is connected at a position above and away from the bottom surface 66a of the cone glass 66 is that the bottom surface 66a of the cone glass 66 and the semiconductor wafer 10 are connected.
This is to prevent the swelling of the connection portion from being caught between the surface and the zero surface. At the time of electrical measurement, the gap between the bottom surface 66a and the surface of the semiconductor wafer 100 is set to about 1 μm or less. The problem of contact with the wafer 100 occurs. One of the reasons for using the frusto-conical cone glass 66 is to enable the connection between the wiring on the electrode forming portion 64 and an external lead wire at a distance from the bottom surface 66a.
【0024】C.配線部の寄生容量の低減化構造 半導体ウエハのC−V特性やC−t特性の測定では、電
気測定用電極201と半導体ウエハ100との間の容量
が測定される。ところで、図3に示す電極形成部64に
は、コーンガラス66の底面66aに電気測定用電極2
01とその配線201aとが形成されているので、イン
ピーダンスメータ24で測定される容量Cmは次式で与
えられる。 Cm=Cg+Cp ここで、Cgは電気測定用電極201と半導体ウエハ1
00との間の容量(被測定容量)でありCpは配線20
1aと半導体ウエハ100との間の容量(寄生容量)で
ある。図5は、電極形成部64の断面と測定される容量
Cmを模式的に示した図である。C. Structure for Reducing Parasitic Capacitance of Wiring Part In measurement of CV characteristics and Ct characteristics of a semiconductor wafer, the capacitance between the electrode 201 for electric measurement and the semiconductor wafer 100 is measured. By the way, the electrode forming portion 64 shown in FIG.
01 and the wiring 201a thereof, the capacitance Cm measured by the impedance meter 24 is given by the following equation. Cm = Cg + Cp where Cg is the electric measurement electrode 201 and the semiconductor wafer 1
00 and the capacitance (measured capacitance) Cp is the wiring 20
This is the capacitance (parasitic capacitance) between the semiconductor wafer 100 and the semiconductor wafer 1a. FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a cross section of the electrode forming portion 64 and a measured capacitance Cm.
【0025】被測定容量Cgと寄生容量Cpはそれぞれ
次式で表わされる。 Cg=Sg・ε/Ge Cp=Sp・ε/Ge ここで、Sgは電極201の面積、εは空気の誘電率、
Geは電極201と半導体ウエハ100表面とのギャッ
プ、Spは配線201aの面積である。寄生容量Cpは
配線201aと半導体ウエハ表面との間のギャップGe
に反比例するので、ギャップGeの測定値に基づいて寄
生容量Cpの値を求めることもできる。しかし、測定す
べき容量Cgと寄生容量Cpが同程度の値になると、被
測定容量Cgの測定精度が低下する可能性があるので寄
生容量Cpはなるべく小さいことが好ましい。The measured capacitance Cg and the parasitic capacitance Cp are expressed by the following equations. Cg = Sg · ε / Ge Cp = Sp · ε / Ge where Sg is the area of the electrode 201, ε is the dielectric constant of air,
Ge is the gap between the electrode 201 and the surface of the semiconductor wafer 100, and Sp is the area of the wiring 201a. The parasitic capacitance Cp is determined by the gap Ge between the wiring 201a and the surface of the semiconductor wafer.
, The value of the parasitic capacitance Cp can be obtained based on the measured value of the gap Ge. However, when the capacitance Cg to be measured and the parasitic capacitance Cp have substantially the same value, the measurement accuracy of the measured capacitance Cg may be reduced. Therefore, it is preferable that the parasitic capacitance Cp be as small as possible.
【0026】上記の寄生容量Cpの式から解るように、
寄生容量Cpを低減するには、面積Sを低減し、ギャッ
プGeを増大させる対策が有効である。この実施例で
は、図3(A)に示すように、コーンガラス66の底面
66a上における配線201aの幅を細くしてその面積
Spを減少させている。底面66aにおいて、電気測定
用電極201と配線201aの面積比は約10:1であ
り、これによって寄生容量Cpを被測定容量Cgの約1
/10にしている。As can be seen from the above equation of the parasitic capacitance Cp,
In order to reduce the parasitic capacitance Cp, it is effective to reduce the area S and increase the gap Ge. In this embodiment, as shown in FIG. 3A, the width of the wiring 201a on the bottom surface 66a of the cone glass 66 is reduced to reduce its area Sp. On the bottom surface 66a, the area ratio between the electrode 201 for electric measurement and the wiring 201a is about 10: 1, so that the parasitic capacitance Cp is about 1% of the capacitance Cg to be measured.
/ 10.
【0027】寄生容量Cpを低減するもう1つの対策
は、図6に示すように、配線201aを形成する部分に
段差を設け、配線201aと半導体ウエハ100との間
のギャップを増大することである。図6の場合の被測定
容量Cgと寄生容量Cpはそれぞれ次式で表わされる。 Cg=Sg・ε/Ge Cp=Sp・ε/(Ge+△Ge) 段差△Geをどの程度の値にすればよいかは、電気測定
時のギャップGeの値に依存する。図7は、受光センサ
72(図2)によるレーザ光の検出精度を考慮して求め
たギャップ測定の分解能を示すグラフである。図7によ
れば、ギャップGeが0.2〜0.3μmの範囲におい
て最良の分解能が得られる。C−V測定の精度は、ギャ
ップGeの測定精度に依存するので、測定時におけるギ
ャップGeは0.2〜0.3μm程度の値が最適であ
る。Another measure for reducing the parasitic capacitance Cp is to provide a step in the portion where the wiring 201a is formed and increase the gap between the wiring 201a and the semiconductor wafer 100 as shown in FIG. . The measured capacitance Cg and the parasitic capacitance Cp in the case of FIG. 6 are respectively expressed by the following equations. Cg = Sg · ε / Ge Cp = Sp · ε / (Ge + △ Ge) The value of the step ΔGe depends on the value of the gap Ge during electric measurement. FIG. 7 is a graph showing the resolution of the gap measurement obtained in consideration of the detection accuracy of the laser beam by the light receiving sensor 72 (FIG. 2). According to FIG. 7, the best resolution is obtained when the gap Ge is in the range of 0.2 to 0.3 μm. Since the accuracy of the CV measurement depends on the measurement accuracy of the gap Ge, the value of the gap Ge at the time of measurement is optimally about 0.2 to 0.3 μm.
【0028】仮に、ギャップGeを0.2μmとし、段
差△Geを2μmとすると、配線201aと半導体ウエ
ハ100との間のギャップ(Ge+△Ge)は2.2μ
mとなり、ギャップGeの11倍になる。この段差△G
eの効果により、寄生容量Cpは被測定容量Cgの1/
11となる。さらに、上述した電極201と配線201
aの面積比を考慮すると、被測定容量Cgと寄生容量C
pとの比は約100:1となるので、C−V測定に対す
る寄生容量Cpの影響をかなり小さく抑えることができ
る。Assuming that the gap Ge is 0.2 μm and the step ΔGe is 2 μm, the gap (Ge + ΔGe) between the wiring 201a and the semiconductor wafer 100 is 2.2 μm.
m, which is 11 times the gap Ge. This step ΔG
Due to the effect of e, the parasitic capacitance Cp is 1/1 / of the measured capacitance Cg.
It becomes 11. Further, the electrode 201 and the wiring 201 described above are used.
Considering the area ratio of a, the measured capacitance Cg and the parasitic capacitance Cg
Since the ratio to p is about 100: 1, the influence of the parasitic capacitance Cp on the CV measurement can be suppressed to a considerably small value.
【0029】図8は、電極201と配線201aとの境
界に段差を設けたタイプの電極形成部500を示す断面
図であり、図3(B)に対応する図である。図8の例で
は、3つの平行度調整用電極111〜113の外周に相
当する外径2.4mmφの円の周辺部分に、高さ2μm
のリング状の段差が設けられている。なお、図示の便宜
上、2μmの段差は誇張して描かれている。FIG. 8 is a sectional view showing an electrode forming portion 500 of a type in which a step is provided at the boundary between the electrode 201 and the wiring 201a, and corresponds to FIG. 3B. In the example of FIG. 8, the height of 2 μm is set around a circle having an outer diameter of 2.4 mmφ corresponding to the outer circumference of the three parallelism adjusting electrodes 111 to 113.
Is provided. For convenience of illustration, the step of 2 μm is exaggerated.
【0030】図9は、図8の電極形成部500にさらに
改良を加えた電極形成部510を示す断面図である。こ
の電極形成部510では、電極パターン200がコーン
ガラス512の底面512a内に埋め込まれている。コ
ーンガラス512の反射面512cと電極パターン20
0の表面とを一致させれば、電気測定時に反射面512
cと電極表面との段差を考慮する必要がないという利点
がある。FIG. 9 is a sectional view showing an electrode forming part 510 obtained by further improving the electrode forming part 500 of FIG. In the electrode forming section 510, the electrode pattern 200 is embedded in the bottom surface 512a of the cone glass 512. Reflection surface 512c of cone glass 512 and electrode pattern 20
If the surface is matched with the surface of the reflective surface 512 during the electrical measurement,
There is an advantage that there is no need to consider the step between c and the electrode surface.
【0031】図10は、電極パターン200をコーンガ
ラス522の反射面522cよりも深く埋め込んだ構造
を有する電極形成部520を示す断面図である。この電
極形成部520では、コーンガラス522の底面に形成
された電極パターン200が半導体ウエハ100に接触
することがないので、電極パターン200の断線を防止
することができるという利点がある。電極パターン20
0の断線は、センサヘッドの寿命を決定する主要な要因
の1つなので、図10のような構造をとることによっ
て、センサヘッドの寿命を伸ばすことが可能である。な
お、コーンガラス522の反射面522cと電極パター
ン200の表面との段差は干渉顕微鏡で予め精密に測定
しておくことができる。FIG. 10 is a sectional view showing an electrode forming portion 520 having a structure in which the electrode pattern 200 is embedded deeper than the reflection surface 522c of the cone glass 522. In the electrode forming portion 520, the electrode pattern 200 formed on the bottom surface of the cone glass 522 does not come into contact with the semiconductor wafer 100. Therefore, there is an advantage that disconnection of the electrode pattern 200 can be prevented. Electrode pattern 20
Since the disconnection of 0 is one of the main factors that determine the life of the sensor head, the structure shown in FIG. 10 can extend the life of the sensor head. The step between the reflection surface 522c of the cone glass 522 and the surface of the electrode pattern 200 can be precisely measured in advance with an interference microscope.
【0032】D.電極形成部の製造工程 図11は図10のコーンガラス522の製造工程を示す
断面図である。図11(a)は、コーンガラスの材料と
して用いる円盤状ガラス521の断面を示している。ガ
ラスの材質は、BK7などの光学ガラスである。円盤状
ガラス521の上面の周囲を円錐状に研磨すると、図1
1(b)に示すコーンガラス522が得られる。このコ
ーンガラス522の小さな方の底面522aが電極を形
成する面となる。コーンガラス522の2つの底面は互
いに平行なので、半導体ウエハのための処理装置を利用
して後述するフォトリソグラフィ工程を実行することが
できる。D. Manufacturing Process of Electrode Forming Section FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the cone glass 522 of FIG. FIG. 11A shows a cross section of a disk-shaped glass 521 used as a material for cone glass. The glass material is an optical glass such as BK7. When the periphery of the upper surface of the disc-shaped glass 521 is polished in a conical shape, FIG.
The cone glass 522 shown in FIG. 1 (b) is obtained. The smaller bottom surface 522a of the cone glass 522 is a surface on which an electrode is formed. Since the two bottom surfaces of the cone glass 522 are parallel to each other, a photolithography process to be described later can be performed using a processing apparatus for a semiconductor wafer.
【0033】底面522aの周縁部は角が落とされてエ
ッジが丸くなっており、底面522aから側斜面522
bにかけて、なだらかな曲面になるように成形されてい
る。底面522aの周縁部のエッジを丸くするのは、電
極パターンを形成する際に断線を生じさせないためであ
る。すなわち、底面522aの周縁部に鋭いエッジ(角
部)があると、レジストパターンがそのエッジ部分で厚
くなってしまい、細い配線パターンの部分に余分なレジ
ストが残されることがある。こうなると、余分なレジス
トの部分で配線パターンが切れてしまうという不具合を
生じる。そこで、底面522aの周縁部のエッジを丸め
ることによって、余分なレジストがエッジに残らないよ
うに工夫し、断線を防止しているのである。なお、図3
のコーンガラス66は、図11(b)までの工程で製作
される。The peripheral edge of the bottom surface 522a has a rounded edge with a rounded edge, and the side slope 522 extends from the bottom surface 522a.
The shape is formed so as to have a gentle curved surface from b. The reason why the edge of the peripheral portion of the bottom surface 522a is rounded is to prevent disconnection when an electrode pattern is formed. That is, if there is a sharp edge (corner) at the peripheral portion of the bottom surface 522a, the resist pattern becomes thick at the edge portion, and an extra resist may be left in a thin wiring pattern portion. In this case, a problem occurs in that the wiring pattern is cut off at the extra resist portion. Therefore, the edge of the peripheral portion of the bottom surface 522a is rounded so that extra resist is not left on the edge, thereby preventing disconnection. Note that FIG.
Is manufactured in the process up to FIG. 11B.
【0034】次に、図11(c)に示すように、コーン
ガラス522の底面522a上にレジスト702を塗布
し、2.4mmφの円形のレジストパターンを成形す
る。さらに、フッ酸系のエッチング溶液を用いてコーン
ガラス522の底面522aの周縁部と側斜面522b
の部分を所定の深さ(ここでは約2μm)までエッチン
グする。この結果、図11(d)に示すように、上底面
の周縁部に段差が形成されたコーンガラス522が得ら
れる。この段差は、前述したように、配線部の容量を低
減するためのものである。図11(e)はレジスト70
2を除去したコーンガラス522を示している。図9の
コーンガラス512は図11(e)までの工程で製作さ
れる。Next, as shown in FIG. 11C, a resist 702 is applied on the bottom surface 522a of the cone glass 522 to form a 2.4 mmφ circular resist pattern. Further, the peripheral portion of the bottom surface 522a of the cone glass 522 and the side slope 522b are
Is etched to a predetermined depth (here, about 2 μm). As a result, as shown in FIG. 11D, a cone glass 522 in which a step is formed at the peripheral edge of the upper bottom surface is obtained. As described above, this step is for reducing the capacitance of the wiring portion. FIG. 11E shows the resist 70.
2 shows the cone glass 522 from which 2 has been removed. The cone glass 512 in FIG. 9 is manufactured through the steps up to FIG.
【0035】図12は、図11(e)のコーンガラス5
22の底面522aに電極パターン200を形成する主
要な工程を示す断面図である。まず、図12(a)に示
すように、底面522aの上にレジストパターン704
を形成する。図13は、このレジストパターン704を
示す平面図である。図13から解るように、このレジス
トパターン704は電極パターン200(図3参照)を
反転させたパターンである。FIG. 12 shows the cone glass 5 shown in FIG.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a main step of forming an electrode pattern 200 on the bottom surface 522a of the substrate 22. First, as shown in FIG. 12A, a resist pattern 704 is formed on the bottom surface 522a.
To form FIG. 13 is a plan view showing the resist pattern 704. As can be seen from FIG. 13, this resist pattern 704 is a pattern obtained by inverting the electrode pattern 200 (see FIG. 3).
【0036】この状態でエッチングを行なうことによっ
て電極パターンの部分に溝が形成され、図12(b)の
構造のコーンガラス522が得られる。電極パターンの
溝の深さは約0.1μmである。つぎに、図12(c)
に示すように金属706を蒸着し、リフトオフを行なう
ことによって図12(d)に示す構造が得られる。図1
2(d)において溝内に残っている金属によって、図3
(A)に示す電極パターン200が構成されている。蒸
着する金属としては金やタングステンなどの種々のもの
が利用できるが、ここではクロム(Cr)を使用してい
る。クロムは比較的安価であり、また、硬度が高く断線
しにくいためである。By performing etching in this state, a groove is formed in the electrode pattern portion, and a cone glass 522 having the structure shown in FIG. 12B is obtained. The depth of the groove of the electrode pattern is about 0.1 μm. Next, FIG.
By depositing a metal 706 and performing lift-off as shown in FIG. 12, a structure shown in FIG. FIG.
2 (d), the metal remaining in the groove
An electrode pattern 200 shown in FIG. Various metals such as gold and tungsten can be used as the metal to be deposited. Here, chromium (Cr) is used. This is because chromium is relatively inexpensive and has high hardness and is hard to be disconnected.
【0037】金属蒸着の際に、蒸着する金属の厚みをコ
ーンガラス522の溝の深さよりも小さくすると、図1
2(d)および図10に示すように、電極パターン20
0がコーンガラス522の反射面522cよりもガラス
内部側に後退した構造が得られる。一方、蒸着する金属
の厚みとコーンガラス522の溝の深さとを等しくする
と、図9に示すように、電極パターンの表面とコーンガ
ラスの反射面とが一致する構造が得られる。When the thickness of the metal to be deposited is made smaller than the depth of the groove of the cone glass 522 at the time of metal deposition, FIG.
As shown in FIG. 2 (d) and FIG.
A structure is obtained in which 0 is set back to the inside of the glass from the reflection surface 522c of the cone glass 522. On the other hand, when the thickness of the metal to be deposited is equal to the depth of the groove of the cone glass 522, a structure in which the surface of the electrode pattern matches the reflection surface of the cone glass is obtained as shown in FIG.
【0038】以上のように、互いに平行な2つの底面を
有するコーンガラスを利用すれば、フォトリソグラフィ
によってコーンガラス上に電極パターンを容易に形成す
ることができるという利点がある。As described above, if a cone glass having two bottom surfaces parallel to each other is used, there is an advantage that an electrode pattern can be easily formed on the cone glass by photolithography.
【0039】E.センサヘッドの他の構成 図14(a)はセンサヘッドの他の構成を示す断面図で
ある。このセンサヘッド530は、直角プリズム532
の端部を削って側斜面532bを作成し、この側斜面5
32bと底面532aとにわたって電極パターン200
を形成することによって製作されたものである。底面5
32a上の電極パターン200は、図3(A)に示すも
のと同じである。また、底面532aの中央部はレーザ
光の反射面532cとなっている。すなわち、直角プリ
ズム532は、図4の直角プリズム62と電極形成部6
4の両方の役割を果たしている。外部のリード線116
は、側斜面532上に形成されている配線と接続されて
いる。こうすれば、コーンガラスを用いたセンサヘッド
と同様に、接続部の盛り上がりがセンサヘッドと半導体
ウエハとのギャップに挟まれることがない。図14
(b)は、プリズム532の平面図を示しており、図示
の便宜上、配線パターンやリード線は省略している。E. Other Configuration of Sensor Head FIG. 14A is a cross-sectional view illustrating another configuration of the sensor head. The sensor head 530 includes a right-angle prism 532
The side slope 532b is created by shaving the end of the side slope 5b.
32b and the bottom surface 532a.
Are formed by forming. Bottom 5
The electrode pattern 200 on 32a is the same as that shown in FIG. The central portion of the bottom surface 532a is a laser light reflection surface 532c. That is, the right-angle prism 532 is different from the right-angle prism 62 of FIG.
4 plays both roles. External lead 116
Are connected to the wiring formed on the side slope 532. In this case, as in the case of the sensor head using cone glass, the bulge of the connection portion is not sandwiched by the gap between the sensor head and the semiconductor wafer. FIG.
(B) is a plan view of the prism 532, and the wiring patterns and the lead wires are omitted for convenience of illustration.
【0040】図14(c)は、フォトリソグラフィ工程
において、直角プリズム532が保持具534の上に載
置されている状態を示す断面図である。この状態では、
保持具534の下部底面と直角プリズム532の底面5
32aとが互いに平行になるので、フォトリソグラフィ
を容易に行なうことができる。ただし、コーンガラスを
用いたセンサヘッドでは、このような保持具が不要なの
で、取扱いがより容易である。FIG. 14C is a cross-sectional view showing a state where the right-angle prism 532 is mounted on the holder 534 in the photolithography process. In this state,
The bottom surface of the lower part of the holder 534 and the bottom surface 5 of the right angle prism 532
32a are parallel to each other, so that photolithography can be easily performed. However, a sensor head using cone glass does not require such a holder, and thus is easier to handle.
【0041】図15(a)は、センサヘッドのさらに他
の構成を示す断面図である。このセンサヘッド540
は、直角プリズム542と、直角プリズム542の底面
に光学接着材で接着された電極形成部544で構成され
ている。図15(b)は、センサヘッド540の平面図
である。電極形成部544は円盤状の光学ガラスの底面
に電極パターン200が形成されたものである。円盤状
の光学ガラスを使用すれば、フォトリソグラフィによっ
て電極パターン200を容易に形成することができる。FIG. 15A is a sectional view showing still another configuration of the sensor head. This sensor head 540
Is composed of a right-angle prism 542 and an electrode forming portion 544 bonded to the bottom surface of the right-angle prism 542 with an optical adhesive. FIG. 15B is a plan view of the sensor head 540. The electrode forming portion 544 is formed by forming the electrode pattern 200 on the bottom surface of a disc-shaped optical glass. If the disc-shaped optical glass is used, the electrode pattern 200 can be easily formed by photolithography.
【0042】図16(a)は、センサヘッドの他の構成
を示す断面図である。このセンサヘッド550は、図1
5のセンサヘッド540と同様に、直角プリズム552
と円盤状の電極形成部554から構成されている。ただ
し、図16(a)のセンサヘッド550では、直角プリ
ズム552と電極形成部554とを貫通する貫通孔55
6を数ヶ所に設け、この貫通孔556内に、電極パター
ン200と外部のリード線116とを接続するための配
線を設けている。こうすれば、センサヘッドの電極パタ
ーン200とリード線116とを接続する接続部が、電
極形成部554の底面554aから離れた位置に(すな
わち、直角プリズム552のプリズム面に)形成される
ので、接続部の盛り上がりが底面554aと半導体ウエ
ハとのギャップに挟まれることがない。FIG. 16A is a sectional view showing another configuration of the sensor head. This sensor head 550 is the same as that shown in FIG.
5, the right-angle prism 552
And a disk-shaped electrode forming portion 554. However, in the sensor head 550 of FIG. 16A, the through-hole 55 penetrates the right-angle prism 552 and the electrode forming portion 554.
6 are provided at several places, and wirings for connecting the electrode pattern 200 and the external lead wires 116 are provided in the through holes 556. In this case, the connecting portion connecting the electrode pattern 200 of the sensor head and the lead wire 116 is formed at a position away from the bottom surface 554a of the electrode forming portion 554 (that is, on the prism surface of the right-angle prism 552). The bulge of the connection portion is not pinched by the gap between the bottom surface 554a and the semiconductor wafer.
【0043】図16(b)は、図16(a)と同様なセ
ンサヘッドの他の構成を示す断面図である。このセンサ
ヘッド560も、円盤状の電極形成部564に複数の貫
通孔566を設けているが、さらに、電極形成部564
と直角プリズム562との境界面に配線を敷設するため
の溝を設けている。すなわち、電極パターン200と外
部のリード線116とを接続する配線は、貫通孔566
を通り、電極形成部564と直角プリズム562との境
界面に設けられた溝を通っている。こうすれば、直角プ
リズム562に貫通孔を設ける必要がないので、図16
(a)のセンサヘッドよりも加工が容易である。FIG. 16B is a cross-sectional view showing another configuration of the sensor head similar to FIG. 16A. This sensor head 560 also has a plurality of through-holes 566 in the disc-shaped electrode forming portion 564, and further has the electrode forming portion 564.
A groove for laying wiring is provided on a boundary surface between the rectangular prism 562 and the rectangular prism 562. That is, the wiring connecting the electrode pattern 200 and the external lead wire 116 is formed in the through hole 566.
And passes through a groove provided on the boundary surface between the electrode forming portion 564 and the right-angle prism 562. In this case, there is no need to provide a through-hole in the right-angle prism 562.
Processing is easier than the sensor head of (a).
【0044】なお、図14ないし図16に示すセンサヘ
ッドにおいて、図8に示すように、電極201と配線2
01aとの境界に段差を設けるようにしてもよい。ま
た、図9および図10に示すように、電極パターンをセ
ンサヘッドの底面内に埋め込むようにしてもよい。上記
のセンサヘッドでは、レーザ光を電極形成部に導入する
手段とし直角プリズムを用いたが、プリズム角が90度
でない他のプリズムを使用することもできる。また、光
ファイバなどのプリズム以外の光学素子を用いてもよ
い。In the sensor head shown in FIGS. 14 to 16, as shown in FIG.
A step may be provided at the boundary with 01a. Further, as shown in FIGS. 9 and 10, the electrode pattern may be embedded in the bottom surface of the sensor head. In the above-described sensor head, a right-angle prism is used as a means for introducing laser light to the electrode forming portion. However, another prism having a prism angle other than 90 degrees may be used. Further, an optical element such as an optical fiber other than the prism may be used.
【0045】円錐台状のコーンガラスの変わりに角錐台
状の透光性部材を用いてもよい。一般に、互いに平行な
2つの底面と錐状部とを有する透光性部材を利用すれ
ば、フォトリソグラフィで電極パターンを形成するのが
容易で、かつ、外部のリード線との接続も容易なセンサ
ヘッドとすることできる。[0045] may be used an angular frustum-shaped translucent member instead of the frustoconical cone glass. In general, if a translucent member having two parallel bottom surfaces and a conical portion is used, it is easy to form an electrode pattern by photolithography and easily connect to an external lead wire. It can be a head.
【0046】外部のリード線としては、ワイヤ状の配線
でなく、図17(a)に示すような金属製の複数のツメ
状部材602を有するコネクタ600を用い、ツメ状部
材602を電極形成部の配線に機械的に接触させること
によって電気的に接続するようにしてもよい。図17
(b)は、コネクタ600にセンサヘッド60を固定し
た状態を示す断面図である。コーンガラスは接続部がレ
ーザ光の反射面から離れているので、このようにセンサ
ヘッド60をツメ状部材602に機械的に固定すること
ができる。As the external lead wire, a connector 600 having a plurality of metal claws 602 as shown in FIG. 17A is used instead of a wire-like wiring. May be electrically connected by mechanically contacting the wiring. FIG.
(B) is a sectional view showing a state where the sensor head 60 is fixed to the connector 600. Since the connection portion of the cone glass is separated from the reflection surface of the laser beam, the sensor head 60 can be mechanically fixed to the claw-shaped member 602 in this manner.
【0047】F.容量測定方法 図18は、平行度調整用電極111〜113と、測定用
電極201と、半導体ウエハ100とを含む等価回路を
示す模式図である。図18の(a)は、平行度調整用電
極111〜113(図中、S、T、Uの文字をそれぞれ
記している。)と半導体ウエハ100(図中、Wの文字
を記している。)との間の等価回路を示す。平行度調整
用電極111〜113と半導体ウエハ100との距離は
非常に短くなるように(約1μm以下に)調整されるの
で、各電極111〜113と半導体ウエハ100とはそ
れぞれコンダクタンスGとキャパシタンスCとで結合さ
れていると見なすことができる。F. FIG. 18 is a schematic diagram showing an equivalent circuit including the parallelism adjusting electrodes 111 to 113, the measuring electrode 201, and the semiconductor wafer 100. FIG. 18A shows the parallelism adjusting electrodes 111 to 113 (indicated by letters S, T and U in the figure) and the semiconductor wafer 100 (indicated by letter W in the figure). ) Is shown. Since the distance between the parallelism adjusting electrodes 111 to 113 and the semiconductor wafer 100 is adjusted so as to be very short (about 1 μm or less), the conductance G and the capacitance C are respectively set to the electrodes 111 to 113 and the semiconductor wafer 100. And can be considered to be joined by
【0048】同様に、図18の(b)に示すように、測
定用電極201(図中、Mの文字を記している。)と半
導体ウエハ100との間もコンダクタンスGとキャパシ
タンスCとで結合されていると見なすことができる。し
たがって、測定用電極201と平行度調整用電極111
〜113との間の等価回路は、(a)の等価回路と
(b)の等価回路を半導体ウエハ100の部分で直列に
接続した回路となる。図18の(c)は、測定用電極2
01と平行度調整用電極111〜113との間の等価回
路を示している。すなわち、測定用電極201と平行度
調整用電極111〜113は、測定用電極201を中心
として、コンダクタンスGとキャパシタンスCとで結合
されたY形結線の対称負荷を構成している。Similarly, as shown in FIG. 18B, the conductance G and the capacitance C are coupled between the measurement electrode 201 (indicated by the letter M in the figure) and the semiconductor wafer 100. Can be regarded as being. Therefore, the measurement electrode 201 and the parallelism adjustment electrode 111
The equivalent circuit between (a) and (b) is a circuit in which the equivalent circuit of (a) and the equivalent circuit of (b) are connected in series at the portion of the semiconductor wafer 100. FIG. 18C shows the measurement electrode 2.
FIG. 2 shows an equivalent circuit between 01 and parallelism adjusting electrodes 111 to 113. That is, the measuring electrode 201 and the parallelism adjusting electrodes 111 to 113 constitute a symmetrical load of a Y-shaped connection with the conductance G and the capacitance C centered on the measuring electrode 201.
【0049】なお、各電極111、112、113、2
01の間の距離は例えば約0.1mmに設定されている
ので、これらの電極は直接的にも(すなわち、半導体ウ
エハを介さずに)電気的に結合されているが、これらの
電気的結合も図18(c)の等価回路で表わすことがで
きる。The electrodes 111, 112, 113, 2
Since the distance between S.01 and S.01 is set to, for example, about 0.1 mm, these electrodes are directly electrically connected (ie, not through a semiconductor wafer). Can also be represented by the equivalent circuit of FIG.
【0050】ところで、半導体ウエハのC−V測定に際
しては、平行度調整用電極111〜113の容量をイン
ピーダンスメータ24で測定し、それらの値が一致する
ように圧電アクチュエータ部44〜46を制御すること
によって、半導体ウエハ100と測定用電極201との
平行度が保たれる。そして、測定用電極201を用いて
C−V曲線を測定する。When the CV measurement of the semiconductor wafer is performed, the capacitance of the parallelism adjusting electrodes 111 to 113 is measured by the impedance meter 24, and the piezoelectric actuator units 44 to 46 are controlled so that their values match. Thereby, the parallelism between the semiconductor wafer 100 and the measurement electrode 201 is maintained. Then, a CV curve is measured using the measurement electrode 201.
【0051】平行度調整のための容量測定とC−V曲線
を得るための容量測定とは、どちらも交流印加信号に対
する静電容量の特性を利用した測定である。したがっ
て、平行度調整用電極111〜113で容量を測定して
平行度を保ちつつ、測定用電極201でC−V曲線を測
定しようとすると、通常は平行度調整用電極111〜1
13に印加した交流信号が、上述のコンダクタンスGと
キャパシタンスCとを介して測定用電極201に外乱と
して加えられてしまう。したがって、正確なC−V測定
を行なうのは困難である。The capacitance measurement for adjusting the parallelism and the capacitance measurement for obtaining the CV curve are both measurements using the characteristics of the capacitance with respect to the AC applied signal. Therefore, when trying to measure the CV curve with the measuring electrode 201 while measuring the capacitance with the parallelism adjusting electrodes 111 to 113 and maintaining the parallelism, usually the parallelism adjusting electrodes 111 to 113 are used.
The AC signal applied to 13 is applied as disturbance to measurement electrode 201 via conductance G and capacitance C described above. Therefore, it is difficult to perform an accurate CV measurement.
【0052】一方、C−V測定の間に平行度の調整を行
なわないようにすれば、上述のような問題は生じない。
ところが、圧電アクチュエータ部44〜46としてピエ
ゾ素子のように印加電圧に応じた伸縮特性を有する素子
を用いる場合には、C−V測定の間も平行度の調整を続
けている必要がある。これは、ピエゾ素子では過渡現象
が無視できないため、印加電圧を一定にしてもサブミク
ロン単位で素子が伸縮してしまうことがあるからであ
る。On the other hand, if the parallelism is not adjusted during the CV measurement, the above-described problem does not occur.
However, when an element having expansion and contraction characteristics according to an applied voltage, such as a piezo element, is used as the piezoelectric actuator units 44 to 46, it is necessary to keep adjusting the parallelism during the CV measurement. This is because a transient phenomenon cannot be ignored in a piezo element, and the element may expand and contract in sub-micron units even when the applied voltage is constant.
【0053】この実施例は、上述のような点を考慮し、
平行度調整用電極111〜113に交流信号を印加して
も測定用電極201に対する外乱とならないように工夫
したものである。図19に平行度調整用電極111〜1
13と交流電源130の基本的接続関係を示している。
交流電源130は、いわゆるY形結線の3相交流を発生
する電源であり、等しい線間電圧を有し、かつ、それぞ
れの位相が120゜ずつ異なる3つの交流信号を出力す
る。平行度調整用電極111〜113と測定用電極20
1も、図18の(c)に示すようにY形結線の負荷とし
て表わされる。そして、図19に示すように、交流電源
130の各出力線が各平行度調整用電極111〜113
に接続される。This embodiment takes the above points into consideration,
It is designed so that even if an AC signal is applied to the parallelism adjusting electrodes 111 to 113, it does not cause disturbance to the measuring electrode 201. FIG. 19 shows the parallelism adjusting electrodes 111-1.
13 shows a basic connection relationship between the power supply 13 and the AC power supply 130.
The AC power supply 130 is a power supply that generates a so-called Y-connection three-phase AC, has the same line voltage, and outputs three AC signals whose phases are different by 120 °. Parallelism adjusting electrodes 111-113 and measuring electrode 20
1 is also represented as a Y-connection load as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 19, each output line of the AC power supply 130 is connected to each of the parallelism adjusting electrodes 111 to 113.
Connected to.
【0054】平行度調整用電極111〜113は同じ形
状を有しているので、平行度が保たれている場合には測
定用電極201と各平行度調整用電極111〜113と
の間のインピーダンスは等しくなり、これらの等価回路
は対称Y形負荷となる。したがって、図19のように結
線すれば、平行度が保たれている時には測定用電極20
1の電位は交流電源130の中性点NPと同電位とな
る。この結果、平行度調整用電極111〜113に印加
される交流信号が測定用電極201に外乱として加えら
れることが無い。Since the parallelism adjusting electrodes 111 to 113 have the same shape, the impedance between the measurement electrode 201 and each of the parallelism adjusting electrodes 111 to 113 is maintained when the parallelism is maintained. Are equal, and these equivalent circuits have symmetric Y-type loads. Therefore, if the connection is made as shown in FIG. 19, when the parallelism is maintained, the measurement electrode 20
1 has the same potential as the neutral point NP of the AC power supply 130. As a result, an AC signal applied to the parallelism adjusting electrodes 111 to 113 is not applied to the measuring electrode 201 as a disturbance.
【0055】図20は、平行度調整用電極111〜11
3と交流電源130の実際の接続関係を示す図である。
3相交流電源130の3つの送電線130a〜130c
はそれぞれ抵抗Rを介して平行度調整用電極111〜1
13に接続されている。また、3相交流電源130の中
性点NPと、半導体ウエハの裏面の電極202(図1参
照)とは接地されている。FIG. 20 shows the parallelism adjusting electrodes 111 to 11.
FIG. 3 is a diagram showing an actual connection relationship between the AC power supply 3 and an AC power supply 130.
Three transmission lines 130a to 130c of three-phase AC power supply 130
Are the parallelism adjusting electrodes 111 to 1 via the resistors R, respectively.
13 is connected. Further, neutral point NP of three-phase AC power supply 130 and electrode 202 (see FIG. 1) on the back surface of the semiconductor wafer are grounded.
【0056】各平行度調整用電極111〜113に現わ
れる信号Sm1〜Sm3は、測定信号としてそれぞれ容
量メータ131〜133に与えられる。また、各送電線
130a〜130cの信号Sa1〜Sa3も、印加信号
としてそれぞれ容量メータ131〜133に与えられ
る。容量メータ131〜133は、これらの測定信号と
印加信号とに基づいて、各平行度調整用電極111〜1
13と半導体ウエハとの間の容量をそれぞれ測定する。
なお、各平行度調整用電極111〜113に接続されて
いる抵抗Rは、容量メータ131〜133の構成要素の
一部であるが、図19との対応関係を明確にするために
容量メータとは別に描いている。また、3相交流電源1
30と容量メータ131〜133は、図2に示すインピ
ーダンスメータ24の構成要素の一部である。The signals Sm1 to Sm3 appearing on the parallelism adjusting electrodes 111 to 113 are given to the capacitance meters 131 to 133 as measurement signals, respectively. The signals Sa1 to Sa3 of the transmission lines 130a to 130c are also applied to the capacity meters 131 to 133 as applied signals. The capacitance meters 131 to 133 are connected to the respective parallelism adjusting electrodes 111 to 1 based on these measurement signals and applied signals.
The capacitance between the semiconductor wafer 13 and the semiconductor wafer is measured.
The resistors R connected to the parallelism adjusting electrodes 111 to 113 are a part of the constituent elements of the capacity meters 131 to 133. However, in order to clarify the correspondence with FIG. Is drawn separately. In addition, three-phase AC power supply 1
30 and the capacity meters 131 to 133 are some of the components of the impedance meter 24 shown in FIG.
【0057】図21は、容量メータ131〜133にお
ける容量の測定方法を説明するための概念図である。図
21の(a)は、1つの平行度調整用電極111と半導
体ウエハとを示す断面図である。前述したように、平行
度調整用電極111と半導体ウエハの裏面の電極202
との間の等価回路は(すなわち平行度調整用電極111
−エアギャップ−酸化膜102−空乏層103−基板1
01−電極202の間の等価回路は)、図の(b)に示
すように、平行度調整用電極111と電極202との間
に並列に接続されたキャパシタンスCとコンダクタンス
Gとによって表わすことができる。FIG. 21 is a conceptual diagram for explaining a method of measuring the capacitance in the capacitance meters 131 to 133. FIG. 21A is a cross-sectional view showing one parallelism adjusting electrode 111 and a semiconductor wafer. As described above, the parallelism adjusting electrode 111 and the electrode 202 on the back surface of the semiconductor wafer are used.
(That is, the parallelism adjusting electrode 111)
-Air gap-oxide film 102-depletion layer 103-substrate 1
The equivalent circuit between the 01-electrode 202) can be represented by a capacitance C and a conductance G connected in parallel between the parallelism adjusting electrode 111 and the electrode 202, as shown in FIG. it can.
【0058】なお、図20では電極202と測定用電極
201との間に容量Ctが描かれているが、前述したよ
うに、測定用電極201の電位は交流電源130の中性
点NPと等しい接地電位となっているので、この容量C
tは無視することができる。したがって、図20におけ
る電極111と電極202との間の回路と、図21
(b)の回路とは等価である。図21(b)の回路のア
ドミッタンスYは次の数式1で表わされる。Although the capacitance Ct is drawn between the electrode 202 and the measurement electrode 201 in FIG. 20, the potential of the measurement electrode 201 is equal to the neutral point NP of the AC power supply 130 as described above. Since it is at the ground potential, this capacitance C
t can be ignored. Therefore, the circuit between the electrode 111 and the electrode 202 in FIG.
This is equivalent to the circuit of FIG. The admittance Y of the circuit shown in FIG.
【数1】 また、この回路のインピーダンスZは次の数式2で表わ
される。(Equation 1) The impedance Z of this circuit is represented by the following equation (2).
【数2】 (Equation 2)
【0059】図21(c)は、平行度調整用電極111
と電極202と交流電源130とを含む回路部分を示す
回路図である。平行度調整用電極111に現われる測定
信号Sm1は、次の数式3で表わされる。FIG. 21C shows the parallelism adjusting electrode 111.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a circuit portion including a power supply, an electrode 202, and an AC power supply 130. The measurement signal Sm1 appearing on the parallelism adjusting electrode 111 is expressed by the following equation (3).
【数3】 また、印加信号Sa1は測定信号Sm1によって次の数
式4で表わされる。(Equation 3) Further, the applied signal Sa1 is represented by the following Expression 4 by the measurement signal Sm1.
【数4】 すなわち、印加信号Sa1は測定信号Sm1よりも位相
が進む。この位相角をψとすると、次の数式5が成立す
る。(Equation 4) That is, the phase of the applied signal Sa1 is ahead of the phase of the measurement signal Sm1. Assuming that this phase angle is ψ, the following Expression 5 is established.
【数5】 (Equation 5)
【0060】数式5において、ωCRとRGが十分小さ
ければKの値は1でほぼ一定である。この場合、sin
ψはCに比例し、cosψは(1+RG)に比例する。
例えば、印加信号Sa1の周波数が100kHz、C=
100pF、R=10kΩ、とすると、(ωCR)の2
乗は約0.004となり、また、G=0.1μS(=
0.1μ/Ω)とするとRGの値は0.004以下なの
で、K=1と見なすことができる。In equation (5), if ωCR and RG are sufficiently small, the value of K is almost constant at 1. In this case, sin
ψ is proportional to C, and cos す る is proportional to (1 + RG).
For example, the frequency of the applied signal Sa1 is 100 kHz, and C =
Assuming that 100 pF and R = 10 kΩ, 2 of (ωCR)
The power is about 0.004, and G = 0.1 μS (=
0.1 μ / Ω), the value of RG is 0.004 or less, so that K = 1 can be considered.
【0061】Kの値がほぼ一定であれば、sinψはC
に比例するので、sinψを求めればキャパシタンスC
に依存する測定値を求めることができる。sinψは、
以下のようにして求めることができる。まず、測定信号
Sm1を次の数式6のようにSm0・sin(ωt)で
表わすと、印加信号Sa1は位相角ψを用いて数式7の
ように表わされる。ここで、Sm0、Sa0は定数であ
る。If the value of K is almost constant, sinψ becomes C
Therefore, if sinψ is obtained, the capacitance C
Can be determined. sinψ is
It can be obtained as follows. First, when the measurement signal Sm1 is expressed by Sm0 · sin (ωt) as in the following Expression 6, the applied signal Sa1 is expressed as in Expression 7 using the phase angle ψ. Here, Sm0 and Sa0 are constants.
【数6】 (Equation 6)
【数7】 (Equation 7)
【0062】ここで、sin(ωt+ψ)の項を(ω
t)でπ/2から3π/2まで積分すると、数式8に示
すようにsinψに比例する値を算出することができ
る。Here, the term sin (ωt + ψ) is changed to (ω
By integrating from π / 2 to 3π / 2 in t), a value proportional to sinψ can be calculated as shown in Expression 8.
【数8】 一般には、次のように測定信号Sm1の2つの位相区間
のそれぞれにおいて、印加信号Sa1を積分することに
よってsinψに比例した積分値Inを求めることがで
きる。 a.測定信号Sm1の第1の位相区間[(π/2+2n
π)〜(3π/2+2nπ)]:印加信号Sa1をで積
分(数式9)して積分値Inを求める。(Equation 8) Generally, an integral value In proportional to sins can be obtained by integrating the applied signal Sa1 in each of two phase sections of the measurement signal Sm1 as follows. a. The first phase section [(π / 2 + 2n) of the measurement signal Sm1
π) to (3π / 2 + 2nπ)]: The integral value In is obtained by integrating the applied signal Sa1 (Equation 9).
【数9】 b.測定信号Sm1の第2の位相区間[(3π/2+2
nπ)〜(5π/2+2nπ)]:印加信号Sa1を反
転した信号−Sa1を積分(数式10)して積分値In
を求める。(Equation 9) b. The second phase section of the measurement signal Sm1 [(3π / 2 + 2
nπ) to (5π / 2 + 2nπ)]: Integrate (Equation 10) the signal -Sa1 obtained by inverting the applied signal Sa1, and obtain an integral value In.
Ask for.
【数10】 (Equation 10)
【0063】このように、測定信号Sm1を基準とした
2つの位相区間のそれぞれにおいて、印加信号Sa1を
積分すれば、それぞれの位相区間において位相角ψの正
弦sinψに比例した積分値Inを求めることができ
る。この積分値Inはsinψに比例するので、3つの
平行度調整用電極111〜113について積分値Inの
値が互いに等しければ、各平行度調整用電極に関するs
inψの値も互いに等しい。また、sinψの値は、上
記数式5で説明したように、キャパシタンスCに比例す
るので、各平行度調整用電極に関するsinψの値が互
いに等しければ、各平行度調整用電極と半導体ウエハと
の間のギャップの容量が互いに等しい。ギャップの容量
はギャップの大きさに反比例するので、容量が互いに等
しければギャップの大きさも互いに等しいといえる。従
って、3つの平行度調整用電極111〜113について
積分値Inの値を互いに等しくするように圧電アクチュ
エータ部44〜46を調整すれば、センサヘッド60の
電極形成部64の底面66aと半導体ウエハとの間の平
行度を調整することができる。As described above, by integrating the applied signal Sa1 in each of the two phase sections with reference to the measurement signal Sm1, the integral value In proportional to the sine sin 正弦 of the phase angle に お い て is obtained in each phase section. Can be. Since this integral value In is proportional to sinψ, if the values of the integral values In for the three parallelism adjusting electrodes 111 to 113 are equal to each other, s for each of the parallelism adjusting electrodes.
The values of inψ are also equal to each other. Further, since the value of sin 比例 is proportional to the capacitance C, as described in Equation 5, if the value of sin に 関 す る for each parallelism adjusting electrode is equal to each other, the distance between each parallelism adjusting electrode and the semiconductor wafer is equal. Are equal to each other. Since the capacity of the gap is inversely proportional to the size of the gap, if the capacities are equal to each other, it can be said that the sizes of the gaps are also equal to each other. Therefore, if the piezoelectric actuator units 44 to 46 are adjusted so that the values of the integral values In of the three parallelism adjusting electrodes 111 to 113 are equal to each other, the bottom surface 66 a of the electrode forming unit 64 of the sensor head 60 and the semiconductor wafer are adjusted. Can be adjusted.
【0064】なお、実際には数式5のKの値は一定では
なく、キャパシタンスCにも依存する。したがって、積
分値InとキャパシタンスCとの関係は、図22に実線
で示すように直線的な比例関係からずれている。しか
し、平行度の調整のためにはキャパシタンスCの値を正
確に測定する必要はなく、キャパシタンスCの単調関数
となっている値を測定できれば、各平行度調整用電極に
おける測定値を互いに等しくすることによって、平行度
を調整することができる。従って平行度調整用の容量メ
ータとしては、上述の積分値Inを求めることのできる
装置を用いれば十分である。In practice, the value of K in Equation 5 is not constant but depends on the capacitance C. Therefore, the relationship between the integral value In and the capacitance C deviates from the linear proportional relationship as shown by the solid line in FIG. However, it is not necessary to accurately measure the value of the capacitance C in order to adjust the parallelism, and if the value of the capacitance C as a monotonic function can be measured, the measured values at the respective electrodes for adjusting the parallelism are made equal to each other. Thereby, the parallelism can be adjusted. Therefore, as the capacity meter for adjusting the parallelism, it is sufficient to use a device that can obtain the above-described integral value In.
【0065】図23は、図20に示す容量メータ131
の内部構成を示すブロック図である。また、図24は図
23の回路における主要な信号を示すタイミングチャー
トである。前述した図20において送電線130aと平
行度調整用電極111との間に介挿されていた抵抗R
は、前述したように容量メータ131の内部回路であ
り、図23では2つの入力端子T1、T2の間に介挿さ
れている。この抵抗Rは、前記数式5からも分かるよう
に、第1の入力端子T1に現われる測定信号Sm1の位
相を印加信号Sa1の位相から遅らせる役割を有してい
る。なお、第1の入力端子T1は平行度調整用電極11
1と接続され、第2の入力端子T2は送電線130aと
接続されている。FIG. 23 shows the capacity meter 131 shown in FIG.
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of the device. FIG. 24 is a timing chart showing main signals in the circuit of FIG. The resistance R inserted between the transmission line 130a and the parallelism adjusting electrode 111 in FIG.
Is an internal circuit of the capacity meter 131 as described above, and is inserted between the two input terminals T1 and T2 in FIG. This resistor R has a role of delaying the phase of the measurement signal Sm1 appearing at the first input terminal T1 from the phase of the applied signal Sa1, as can be seen from Equation 5. The first input terminal T1 is connected to the parallelism adjusting electrode 11.
1 and the second input terminal T2 is connected to the transmission line 130a.
【0066】この容量メータ131は、この抵抗Rのほ
かに、第1のバッファアンプ151と、検波部152
と、積分器153と、第2のバッファアンプ154と、
電圧計155とを備えている。なお、他の平行度調整用
電極112、113のための容量メータ132、133
も図23の容量メータ131と等しい構成を有してい
る。The capacitance meter 131 includes a first buffer amplifier 151 and a detector 152 in addition to the resistor R.
, An integrator 153, a second buffer amplifier 154,
A voltmeter 155 is provided. The capacitance meters 132, 133 for the other parallelism adjusting electrodes 112, 113
Also has the same configuration as the capacity meter 131 of FIG.
【0067】第2の入力端子T2に現われる印加信号S
a1は、図24の最上部に示すようにきれいな正弦波で
ある。印加信号Sa1は、この発明における電源信号に
相当する。第1の入力端子T1に現われる測定信号Sm
1はバッファアンプ151で増幅されてα倍され、図2
4に示す信号α・Sm1となる。この信号は、ノイズ成
分を含む正弦波となっており、また、その位相は印加信
号Sa1から上記の位相角ψだけ遅れている。The applied signal S appearing at the second input terminal T2
a1 is a clean sine wave as shown at the top of FIG. The application signal Sa1 corresponds to the power supply signal in the present invention. The measurement signal Sm appearing at the first input terminal T1
1 is amplified by the buffer amplifier 151 and multiplied by α.
The signal α · Sm1 shown in FIG. This signal is a sine wave including a noise component, and its phase is delayed from the applied signal Sa1 by the above-described phase angle ψ.
【0068】バッファアンプ151から出力された信号
α・Sm1は、第2の入力端子に印加された印加信号S
a1とともに検波部152に入力される。検波部152
は、上述の数式9および10の積分を積分器153で行
なえるようにするために、(a)測定信号Sm1の2つ
の位相区間を検出し、(b)2つの位相区間のそれぞれ
に対応した印加信号Sa1、−Sa1の波形を抽出し、
(c)この波形を有する信号SMを出力する。検波部1
52は、90°移相器152aと、切換信号発生器15
2bと、切換器152cと、180°移相器152d
と、を有している。90°移相器152aは、バッファ
アンプ151から与えられた信号α・Sm1の位相を9
0°遅らせることにより、図24に示す信号Smsを生
成する。The signal α · Sm1 output from the buffer amplifier 151 is the signal α · Sm1 applied to the second input terminal.
The signal is input to the detection unit 152 together with a1. Detection unit 152
In order to enable the integrator 153 to perform the integration of the above equations 9 and 10, (a) detects two phase sections of the measurement signal Sm1 and (b) detects two phase sections corresponding to the two phase sections, respectively. Extract the waveforms of the applied signals Sa1 and -Sa1,
(C) The signal SM having this waveform is output. Detector 1
52 is a 90 ° phase shifter 152a and a switching signal generator 15a.
2b, a switch 152c, and a 180 ° phase shifter 152d.
And The 90 ° phase shifter 152a converts the phase of the signal α · Sm1 given from the buffer amplifier 151 by 9
By delaying by 0 °, a signal Sms shown in FIG. 24 is generated.
【0069】この信号Smsは切換信号発生器152b
に与えられ、切換信号発生器152bは、信号Smsに
基づいて2つの切換信号SS1、SS2を発生する。第
1の切換信号SS1は、信号Smsの値が正のときにH
レベルとなり、負のときにLレベルとなる信号である。
一方、第2の切換信号SS2はこれと逆に、信号Sms
の値が正のときにLレベルとなり、負のときにHレベル
となる信号である。信号Smsの位相は測定信号Sm1
の位相から90°(=π/2)遅れているので、図24
に示すように、第1の切換信号SS1は信号Smsの第
1の位相区間[(π/2+2nπ)〜(3π/2+2n
π)]でHレベルとなり、第2の切換信号SS2は信号
Smsの第2の位相区間[(3π/2+2nπ)〜(5
π/2+2nπ)]でHレベルとなる。これらの切換信
号SS1、SS2は切換器152cに与えられる。This signal Sms is supplied to switching signal generator 152b.
, And the switching signal generator 152b generates two switching signals SS1 and SS2 based on the signal Sms. The first switching signal SS1 is H when the value of the signal Sms is positive.
This signal is a signal that becomes L level when the signal is negative.
On the other hand, the second switching signal SS2, on the other hand,
Is a L level when the value is positive, and a H level when the value is negative. The phase of the signal Sms is the measurement signal Sm1
24 is delayed by 90 ° (= π / 2) from the phase of FIG.
As shown in the figure, the first switching signal SS1 has a first phase interval [(π / 2 + 2nπ) to (3π / 2 + 2n) of the signal Sms.
π)], and the second switching signal SS2 becomes the second phase section [(3π / 2 + 2nπ)-(5π)] of the signal Sms.
.pi. / 2 + 2n.pi.)]. These switching signals SS1 and SS2 are provided to a switch 152c.
【0070】なお、上述のように信号Smsのゼロクロ
スポイントで切換信号SS1、SS2のレベルを切り換
えた結果、これらのHレベルとLレベルの期間が等しく
ならない場合がある。この場合には、切換信号発生器1
52bにおいて切換えを行なう信号レベル(スライスレ
ベル)を調整することによって、HレベルとLレベルの
期間が等しくなるように(すなわちデューティが50%
になるように)すればよい。As described above, as a result of switching the levels of the switching signals SS1 and SS2 at the zero cross point of the signal Sms, the periods of the H level and the L level may not be equal. In this case, the switching signal generator 1
By adjusting the signal level (slice level) for switching at 52b, the periods of the H level and the L level are made equal (that is, the duty is 50%).
).
【0071】切換器152cには、これらの切換信号S
S1、SS2とともに、印加信号Sa1とその反転信号
−Sa1(図24の最上部に破線で示す。)とが入力さ
れる。反転信号−Sa1は180°位相器152dによ
って印加信号Sa1の位相を180°遅らせることによ
って生成される。切換器152cは、第1の切換信号S
S1がHレベルになっている期間において印加信号Sa
1を検波部152の出力信号SMとして出力し、また、
第2の切換信号SS2がHレベルになっている期間にお
いて反転信号−Sa1を検波部152の出力信号SMと
して出力する。この結果、出力信号SMは図24に示す
ように、測定信号Sm1の2つの位相区間[(π/2+
2nπ)〜(3π/2+2nπ)]、[(3π/2+2
nπ)〜(5π/2+2nπ)]で互いに等しい波形の
信号となる。The switching signal 152 is supplied to the switch 152c.
Along with S1 and SS2, an applied signal Sa1 and its inverted signal -Sa1 (shown by a broken line at the top of FIG. 24) are input. The inverted signal -Sa1 is generated by delaying the phase of the applied signal Sa1 by 180 ° by the 180 ° phase shifter 152d. The switch 152c outputs the first switch signal S
During the period when S1 is at the H level, the applied signal Sa
1 is output as the output signal SM of the detector 152, and
The inverted signal -Sa1 is output as the output signal SM of the detector 152 during the period when the second switching signal SS2 is at the H level. As a result, as shown in FIG. 24, the output signal SM has two phase sections [(π / 2 +) of the measurement signal Sm1.
2nπ) to (3π / 2 + 2nπ)], [(3π / 2 + 2
nπ) to (5π / 2 + 2nπ)].
【0072】積分器153は、検波部152の出力信号
SMを各位相区間[(π/2+2nπ)〜(3π/2+
2nπ)]、[(3π/2+2nπ)〜(5π/2+2
nπ)]ごとに積分して積分信号SIを生成する。この
積分信号SIはバッファアンプ154でβ倍され、β倍
された信号β・SIが電圧計155に与えられる。な
お、電圧計155の他の端子は接地されている。積分信
号SIのレベルは、数式9および数式10で与えられる
積分値Inに等しいので、電圧計155で測定される電
圧値は平行度調整用電極111と半導体ウエハとの間の
キャパシタンスCの単調関数で表わされる値になってい
る。The integrator 153 converts the output signal SM of the detector 152 into each phase interval [(π / 2 + 2nπ) to (3π / 2 +
2nπ)], [(3π / 2 + 2nπ) to (5π / 2 + 2
nπ)] to generate an integrated signal SI. The integrated signal SI is multiplied by β in the buffer amplifier 154, and the β multiplied signal β · SI is supplied to the voltmeter 155. The other terminal of the voltmeter 155 is grounded. Since the level of the integration signal SI is equal to the integration value In given by Expressions 9 and 10, the voltage value measured by the voltmeter 155 is a monotonic function of the capacitance C between the parallelism adjustment electrode 111 and the semiconductor wafer. The value is represented by
【0073】こうして電圧計155での測定値を示す信
号Sc1は、位置制御装置26(図2参照)に与えら
れ、他の容量メータ132、133の測定値と比較され
ることによって、センサヘッドの底面と半導体ウエハ1
00との間の平行度が調整される。The signal Sc1 indicating the value measured by the voltmeter 155 is supplied to the position controller 26 (see FIG. 2), and is compared with the values measured by the other capacity meters 132 and 133, whereby the signal of the sensor head is obtained. Bottom and semiconductor wafer 1
The parallelism between 00 and 00 is adjusted.
【0074】上述のように、この実施例の容量メータ1
31は測定信号Sm1の所定の位相区間を基準にして印
加信号Sa1を積分することによってキャパシタンスC
に比例した値を求めている。図24にも示したように、
電源信号である印加信号Sa1はきれいな正弦波である
のに対して、測定信号Sm1はノイズ成分を含む歪んだ
波形を有している。上記実施例とは逆に、印加信号Sa
1の位相区間を基準として測定信号Sm1を積分する方
法もあるが、この方法では積分値が測定信号Sm1のノ
イズ成分の影響をうけ易い。これに対して、上記実施例
ではきれいな正弦波の印加信号Sa1を積分しているの
で、その積分値Inが測定信号Sm1のノイズの影響を
受けにくいという利点がある。As described above, the capacity meter 1 of this embodiment
31 integrates the applied signal Sa1 with reference to a predetermined phase section of the measurement signal Sm1 to obtain a capacitance C.
The value proportional to is calculated. As also shown in FIG.
The applied signal Sa1, which is a power signal, is a clean sine wave, whereas the measurement signal Sm1 has a distorted waveform including a noise component. Contrary to the above embodiment, the applied signal Sa
There is also a method of integrating the measurement signal Sm1 with reference to one phase section. However, in this method, the integrated value is easily affected by the noise component of the measurement signal Sm1. On the other hand, in the above embodiment, since the clean sine wave applied signal Sa1 is integrated, there is an advantage that the integrated value In is hardly affected by the noise of the measurement signal Sm1.
【0075】また、上述の容量メータでは、被測定容量
の一方の電極としての電極202を接地し、他方の電極
としての平行度調整用電極に抵抗Rを介して印加信号を
印加する。すなわち、この容量メータを用いればシング
ルエンドモードで被測定容量の容量値に依存する測定値
を求めることができるので、複数の容量値に依存する測
定値を、互いの測定値に影響を与えること無く同時に測
定できるという利点がある。In the above-described capacitance meter, the electrode 202 as one electrode of the capacitance to be measured is grounded, and an application signal is applied to the parallelism adjusting electrode as the other electrode via the resistor R. In other words, if this capacitance meter is used, a measurement value depending on the capacitance value of the capacitance to be measured can be obtained in the single-ended mode, so that the measurement values depending on a plurality of capacitance values affect each other's measurement values. There is an advantage that measurement can be performed at the same time.
【0076】図25は、センサヘッドの底面の傾きと各
平行度調整用電極111〜113の容量Ceとの関係を
示すグラフである。図の(a)に示す平行度調整用電極
111〜113の寸法は、以下の通りである。 内径r0=0.08cm 外径r1=0.12cm 電極間の隙間△g=0.07cmFIG. 25 is a graph showing the relationship between the inclination of the bottom surface of the sensor head and the capacitance Ce of each of the parallelism adjusting electrodes 111 to 113. The dimensions of the parallelism adjusting electrodes 111 to 113 shown in FIG. Inner diameter r0 = 0.08cm Outer diameter r1 = 0.12cm Gap between electrodes Δg = 0.07cm
【0077】図25(b)の結果は、図の(a)および
(c)に示すように、軸αを中心にしてセンサヘッドの
底面を傾けた条件で各電極の容量を算出したものであ
る。軸αは、電極112と113との鏡面対称の軸であ
る。センサヘッドの底面が角度θだけ傾いているとき、
図の(c)に示すように、電極111〜113の表面が
半導体ウエハ100の表面と平行になる位置(図中の破
線の位置)からはずれる。この時、電極111〜113
の端部がその平行位置からずれる距離△dを図25の
(c)の横軸としている。The results of FIG. 25 (b) are obtained by calculating the capacitance of each electrode under the condition that the bottom surface of the sensor head is tilted about the axis α, as shown in FIG. 25 (a) and (c). is there. The axis α is a mirror-symmetric axis of the electrodes 112 and 113. When the bottom of the sensor head is tilted by the angle θ,
As shown in (c) of the figure, the surfaces of the electrodes 111 to 113 deviate from the positions parallel to the surface of the semiconductor wafer 100 (the positions indicated by broken lines in the figure). At this time, the electrodes 111 to 113
Is shifted from the parallel position by the distance △ d on the horizontal axis in FIG.
【0078】平行度調整用電極111〜113の容量C
eは、上述のように、インピーダンスメータ24の容量
メータ131〜133を用いて測定する。インピーダン
スメータ24やホストコントローラ28を含めた容量測
定系の精度を0.1pF程度にすることは、比較的容易
である。容量測定系の精度を0.1pFとすると、図2
5(b)から、距離△dが0.01μm以下となるよう
に平行度を調節できることがわかる。なお、距離△dが
0.01μmの時、センサヘッドの底面の傾き角θは約
0.0005゜であり、無視できる程度である。The capacitance C of the parallelism adjusting electrodes 111 to 113
e is measured using the capacity meters 131 to 133 of the impedance meter 24 as described above. It is relatively easy to make the accuracy of the capacitance measuring system including the impedance meter 24 and the host controller 28 approximately 0.1 pF. Assuming that the accuracy of the capacitance measuring system is 0.1 pF, FIG.
From FIG. 5 (b), it can be seen that the parallelism can be adjusted so that the distance Δd is 0.01 μm or less. When the distance Δd is 0.01 μm, the inclination angle θ of the bottom surface of the sensor head is about 0.0005 °, which is negligible.
【0079】図26は、軸αと直角な軸βを中心にして
センサヘッドが傾いている場合における距離△dと各平
行度調整用電極の容量Ceとの関係を示すグラフであ
る。この場合にも、図25の場合と同様に、容量測定系
の精度を0.1pFとすれば、距離△dが0.01μm
以下となるように平行度を調節することができる。FIG. 26 is a graph showing the relationship between the distance Δd and the capacitance Ce of each parallelism adjusting electrode when the sensor head is inclined about an axis β perpendicular to the axis α. Also in this case, as in the case of FIG. 25, if the accuracy of the capacitance measuring system is 0.1 pF, the distance Δd is 0.01 μm.
The parallelism can be adjusted as follows.
【0080】このように、センサヘッドの底面に平行度
調整用の電極を3つ設けて、それらに3相交流信号を印
加して容量を測定し、それらの容量値が互いにほぼ等し
くなるように3台の圧電アクチュエータ部44〜46を
駆動すれば、センサヘッドの底面(すなわち、測定用電
極201の表面)と半導体ウエハ100の表面との平行
度を精度よく調節することが可能である。なお、このと
き各平行度調整用電極の容量値を正確に求める必要はな
く、それらの値が互いに等しくなるように圧電アクチュ
エータ部を制御すればよい。As described above, three electrodes for adjusting the degree of parallelism are provided on the bottom surface of the sensor head, and the capacitance is measured by applying a three-phase AC signal to them, so that the capacitance values are substantially equal to each other. By driving the three piezoelectric actuator units 44 to 46, it is possible to precisely adjust the parallelism between the bottom surface of the sensor head (that is, the surface of the measurement electrode 201) and the surface of the semiconductor wafer 100. At this time, it is not necessary to accurately determine the capacitance value of each parallelism adjusting electrode, and the piezoelectric actuator section may be controlled so that those values become equal to each other.
【0081】このように、平行度調整用電極111〜1
13に3相交流信号を印加すれば、測定用電極201の
電位が3相交流電源の中性点NPと等しい電位に保たれ
るので、平行度調整用電極に印加する交流信号が測定用
電極に対する外乱になることがない。したがって、平行
度を調整しつつ、C−V測定などの電気測定を正確に行
なうことができるという利点がある。As described above, the parallelism adjusting electrodes 111 to 1
When a three-phase AC signal is applied to the electrode 13, the potential of the measurement electrode 201 is maintained at the same potential as the neutral point NP of the three-phase AC power supply. There is no disturbance to. Therefore, there is an advantage that electrical measurement such as CV measurement can be accurately performed while adjusting the parallelism.
【0082】また、上記実施例では3相交流電源の中性
点NPも半導体ウエハの裏面の電極202も共に接地さ
れているので、平行度が保たれていれば、電極202と
測定用電極201との間を(すなわち、半導体ウエハの
中を)電流が流れることがない。この点も、測定用電極
を用いた電気測定を正確に行なう上の利点となってい
る。In the above embodiment, since the neutral point NP of the three-phase AC power source and the electrode 202 on the back surface of the semiconductor wafer are both grounded, if the parallelism is maintained, the electrode 202 and the measuring electrode 201 are maintained. (That is, through the semiconductor wafer). This is also an advantage in performing accurate electrical measurement using the measurement electrode.
【0083】さらに、電極202と測定用電極201と
の間を電流が流れることがないので、導電性の試料テー
ブル38を電極202として用いる場合に、半導体ウエ
ハ100の裏面と試料テーブル38との間のインピーダ
ンスを小さくしなくても平行度を正確に調整できる。す
なわち、半導体ウエハ100と試料テーブル38との密
着性にあまり注意することなく導電性の試料テーブル3
8を電極202として用いることができるという利点が
ある。Further, since no current flows between the electrode 202 and the measuring electrode 201, when the conductive sample table 38 is used as the electrode 202, the gap between the back surface of the semiconductor wafer 100 and the sample table 38 The parallelism can be adjusted accurately without reducing the impedance. That is, the conductive sample table 3 can be used without paying much attention to the adhesion between the semiconductor wafer 100 and the sample table 38.
There is an advantage that 8 can be used as the electrode 202.
【0084】また、容量メータ131〜133は、ブリ
ッジを用いずにシングルエンドモードで測定できるの
で、複数の平行度調整用電極の容量値に依存する測定値
を、互いの測定値に影響されること無く測定できるとい
う利点がある。さらに、測定信号Sm1〜Sm3の所定
の位相区間において印加信号Sa1〜Sa3を積分する
ことによって容量値に応じた測定値を求めるので、測定
信号Sm1〜Sm3のノイズ成分に影響されること無く
測定値を求めることができるという利点もある。Since the capacitance meters 131 to 133 can measure in the single-end mode without using a bridge, the measurement values depending on the capacitance values of the plurality of parallelism adjusting electrodes are influenced by the mutual measurement values. There is an advantage that measurement can be performed without any problem. Further, since a measured value corresponding to the capacitance value is obtained by integrating the applied signals Sa1 to Sa3 in a predetermined phase section of the measured signals Sm1 to Sm3, the measured values are not affected by noise components of the measured signals Sm1 to Sm3. There is also an advantage that can be obtained.
【0085】なお、平行度調整用電極としては、一般
に、N個(Nは3以上の整数)の互いに等しい形状の電
極を、測定用電極に対して互いに対称な位置に設ければ
よい。この場合に、各電極に印加される交流印加信号
は、周波数と起電力とが互いに等しく位相が2π/Nず
つ異なる対称N相信号とする。As the parallelism adjusting electrodes, generally, N (N is an integer of 3 or more) electrodes having the same shape may be provided at symmetric positions with respect to the measuring electrodes. In this case, the AC applied signal applied to each electrode is a symmetric N-phase signal having the same frequency and electromotive force and different phases by 2π / N.
【0086】電気測定を行なっている間に平行度が崩れ
る心配が無い場合には、位相差の無い(すなわち同位相
の)N個の交流信号をN個の平行度調整用電極に印加し
てもよい。この場合には、まず平行度調整用電極を用い
て平行度を調整し、その平行度を保持したまま、平行度
調整用電極に信号を印加することなく測定用電極を用い
て電気測定を行なう。ただし、上述のように対称N相信
号を用いるようにすれば、測定用電極に外乱を与えるこ
とがなく、かつ、半導体ウエハに平行度調整の印加信号
に起因する電流が流れないので、平行度を調整しつつ電
気測定を高精度で行なうことができるという利点があ
る。If there is no fear that the parallelism will be lost during the electrical measurement, N AC signals having no phase difference (ie, having the same phase) are applied to the N parallelism adjusting electrodes. Is also good. In this case, first, the parallelism is adjusted using the parallelism adjusting electrode, and electrical measurement is performed using the measuring electrode without applying a signal to the parallelism adjusting electrode while maintaining the parallelism. . However, if the symmetrical N-phase signal is used as described above, no disturbance is applied to the measurement electrode, and no current due to the applied signal for the parallelism adjustment flows through the semiconductor wafer. There is an advantage that the electrical measurement can be performed with high accuracy while adjusting the temperature.
【0087】なお、同位相の交流信号を平行度調整用電
極に印加する場合には、測定用電極の形状と平行度調整
用電極の形状とを等しくすれば、平行度調整用電極を測
定用電極としても利用できるので、N個の平行度調整用
電極の内の1つを測定用電極として利用することもでき
る。When an AC signal having the same phase is applied to the parallelism adjusting electrode, if the shape of the measuring electrode and the shape of the parallelism adjusting electrode are made equal, the parallelism adjusting electrode can be used for measurement. Since it can be used as an electrode, one of the N parallelism adjusting electrodes can also be used as a measuring electrode.
【0088】なお、この発明は上記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、例えば次のよ
うな変形も可能である。この発明は、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。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、半導体基板
101と酸化膜102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、半導体基板の洗浄
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。The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be carried out in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is not limited to a sensor head for a CV measuring device, and can be generally applied to a sensor head used for a device for measuring electric characteristics between a measuring electrode and a semiconductor substrate in a non-contact manner. As another electrical measurement, for example, there is a method of evaluating the characteristics near the semiconductor surface by examining the time dependency of the combined capacitance Cta by the Zerubst method. If the conductance is measured by the impedance meter 24, it is also possible to evaluate the interface state at the interface between the semiconductor substrate 101 and the oxide film 102. Further, during the respective processes such as the cleaning process of the semiconductor substrate, the thermal oxidation process, and the heat treatment for stabilizing the oxide film, if the CV measurement is performed in a state where the oxide film is not formed on the semiconductor wafer, each of these processes is performed. The quality of the processing can be determined.
【0089】[0089]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の非接触電
気測定用センサによれば、互いにほぼ平行な第1と第2
の表面を有する透光性部材を用いているので、フォトリ
ソグラフィによって第1の表面上に電極を容易に形成す
ることができる。従って、非接触電気測定に適したセン
サを容易に製作できるという効果がある。また、電極を
第1の表面に設けられた電極用溝の中に配置するように
しているので、透光性部材の反射面と半導体ウエハとの
間のギャップをより小さくすることができ、この結果、
ギャップ測定の精度を向上させることができるという効
果がある。さらに、電極が半導体ウエハと接触するのを
防止することができるので、電極の断線を防止すること
ができるという効果がある。 As described above, according to the sensor for non-contact electric measurement of the present invention, the first and second sensors substantially parallel to each other are provided.
Since the translucent member having the surface described above is used, the electrode can be easily formed on the first surface by photolithography. Therefore, there is an effect that a sensor suitable for non-contact electric measurement can be easily manufactured. Also, connect the electrodes
So that it is arranged in the electrode groove provided on the first surface.
Between the reflective surface of the translucent member and the semiconductor wafer.
The gap between them can be smaller, resulting in
The effect that the accuracy of gap measurement can be improved
There is fruit. In addition, make sure that the electrode contacts the semiconductor wafer.
Prevent electrode breakage as it can be prevented
There is an effect that can be.
【0090】透光性部材に錐面を設け、この錐面に電気
配線を形成するようにすれば、レーザ光の反射面よりも
半導体ウエハから遠い位置で外部のリード線とセンサの
電気配線とを接続することができる。従って、例えば銀
ペーストで接続する場合にも、接続部の盛り上がりが反
射面と半導体ウエハとのギャップに挟まれる心配がない
という効果がある。[0090] translucent member provided conical surface, if so as to form an electrical wire to this conical surface, the outside of the lead wire and the electric wiring of the sensor at the position farther from the semiconductor wafer than the reflecting surface of the laser beam Can be connected. Therefore, for example, even when the connection is made with silver paste, there is an effect that there is no fear that the swelling of the connection portion is caught in the gap between the reflection surface and the semiconductor wafer.
【0091】また、前記第1の表面において、前記電気
測定用電極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N個(Nは3以上の整数)の平行度調整
用電極を備えるようにすれば、N個の平行度調整用電極
の容量が互いに等しくなるようにセンサの第1の表面の
傾きを調整することによって、第1の表面と半導体ウエ
ハの平行度を調整することができるという効果がある。Further, on the first surface, there are provided N (N is an integer of 3 or more) parallelism adjusting electrodes having the same shape and provided at symmetrical positions with respect to the electric measurement electrode. With this configuration, the parallelism between the first surface and the semiconductor wafer can be adjusted by adjusting the inclination of the first surface of the sensor so that the capacitances of the N parallelism adjusting electrodes are equal to each other. There is an effect that can be.
【0092】前記第1の表面の周辺部に、前記第1の表
面とほぼ平行で前記第1の表面よりも前記第2の表面に
近い位置に段状に形成された配線形成面を備えるように
し、該配線形成面に前記電気測定用電極と接続された電
気配線を形成すれば、配線形成面と半導体ウエハとの間
に発生する寄生容量の値を小さくできる。 A peripheral surface of the first surface is provided with a wiring forming surface formed in a step shape at a position substantially parallel to the first surface and closer to the second surface than the first surface. If the electric wiring connected to the electric measurement electrode is formed on the wiring forming surface, the value of the parasitic capacitance generated between the wiring forming surface and the semiconductor wafer can be reduced.
【0093】上記のように、寄生容量を小さくできれ
ば、電気測定の精度を向上させることができるという効
果がある。 As described above, the parasitic capacitance can be reduced.
Can improve the accuracy of electrical measurements.
There is fruit.
【0094】さらに、前記レーザ光を前記透光性部材に
導入するとともに、前記反射面で反射された前記レーザ
光を前記透光性部材の外部に出射する光導波手段を備え
るようにすれば、レーザ光を透光性部材に容易に導入す
ることができるという効果がある。Further, if the laser light guide means for introducing the laser light into the light transmitting member and emitting the laser light reflected by the reflection surface to the outside of the light transmitting member is provided, There is an effect that laser light can be easily introduced into the translucent member.
【0095】前記電気測定用電極と前記平行度調整用電
極との間に、所定の電位が与えられるガードリング電極
を形成するようにすれば、複数の電極の相互の干渉を低
減することができ、これによって平行度調整や電気測定
の精度を向上させることができるという効果がある。さ
らに、前記電気測定用電極の表面と前記第1の表面とを
一致させるようにすれば、電気測定時に第1の表面の反
射面と電気測定用電極との段差を考慮する必要がないと
いう効果がある。 If a guard ring electrode to which a predetermined potential is applied is formed between the electric measurement electrode and the parallelism adjustment electrode, mutual interference of a plurality of electrodes can be reduced. Thus, there is an effect that the parallelism adjustment and the accuracy of electric measurement can be improved. Sa
Further, the surface of the electrode for electrical measurement and the first surface
If they are made to coincide with each other, the resistance of the first surface during electric measurement can be reduced.
It is not necessary to consider the step between the launch surface and the electrode for electrical measurement
This has the effect.
【図1】半導体の電気測定方法の概要を示す概念図。FIG. 1 is a conceptual diagram showing an outline of a method for measuring electricity of a semiconductor.
【図2】この発明の一実施例としての電気測定装置の構
成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an electricity measuring device as one embodiment of the present invention.
【図3】電極形成部の底面とそのB−B断面を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a bottom surface of an electrode forming portion and a BB cross section thereof.
【図4】センサヘッドの配線の接続状態を示す正面図。FIG. 4 is a front view showing a connection state of wiring of a sensor head.
【図5】平坦な底面を有する電極形成部の形状と、非測
定容量および寄生容量を模式的に示す説明図。FIG. 5 is an explanatory view schematically showing a shape of an electrode forming portion having a flat bottom surface, and a non-measurement capacitance and a parasitic capacitance.
【図6】段差のある底面を有する電極形成部の形状と、
非測定容量および寄生容量を模式的に示す説明図。FIG. 6 shows the shape of an electrode forming portion having a stepped bottom surface,
FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing a non-measurement capacitance and a parasitic capacitance.
【図7】ギャップ測定の分解能を示すグラフ。FIG. 7 is a graph showing the resolution of gap measurement.
【図8】段差のある底面を有する電極形成部を示す断面
図。FIG. 8 is a sectional view showing an electrode forming portion having a stepped bottom surface.
【図9】底面に電極パターンを埋め込んだ構造を有する
電極形成部を示す断面図。FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating an electrode forming portion having a structure in which an electrode pattern is embedded in a bottom surface.
【図10】電極パターンを反射面よりも深く埋め込んだ
構造を有する電極形成部を示す断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view showing an electrode forming portion having a structure in which an electrode pattern is buried deeper than a reflection surface.
【図11】コーンガラスの製造工程を示す断面図。FIG. 11 is a sectional view showing a manufacturing process of the cone glass.
【図12】コーンガラスの底面に電極パターンを形成す
る主要な工程を示す断面図。FIG. 12 is a sectional view showing a main step of forming an electrode pattern on the bottom surface of the cone glass.
【図13】電極パターンの形成に用いられるレジストパ
ターン704を示す平面図。FIG. 13 is a plan view showing a resist pattern 704 used for forming an electrode pattern.
【図14】センサヘッドの他の構成を示す断面図。FIG. 14 is a sectional view showing another configuration of the sensor head.
【図15】センサヘッドのさらに他の構成を示す断面
図。FIG. 15 is a sectional view showing still another configuration of the sensor head.
【図16】センサヘッドの他の構成を示す断面図。FIG. 16 is a sectional view showing another configuration of the sensor head.
【図17】センサヘッドのコネクタ構成を示す図。FIG. 17 is a diagram showing a connector configuration of a sensor head.
【図18】電極間の等価回路を示す説明図。FIG. 18 is an explanatory diagram showing an equivalent circuit between electrodes.
【図19】交流電源と平行度調整用電極の基本的接続関
係を示す図。FIG. 19 is a diagram showing a basic connection relationship between an AC power supply and a parallelism adjusting electrode.
【図20】交流電源と平行度調整用電極と容量メータと
の接続関係を示す図。FIG. 20 is a diagram showing a connection relationship between an AC power supply, a parallelism adjusting electrode, and a capacitance meter.
【図21】交流電源と抵抗と平行度調整用電極と半導体
ウエハの電極との間の等価回路を示す説明図。FIG. 21 is an explanatory diagram showing an equivalent circuit between an AC power supply, a resistance and parallelism adjustment electrode, and an electrode of a semiconductor wafer.
【図22】容量メータにおける積分値と被測定容量との
関係を示すグラフ。FIG. 22 is a graph showing a relationship between an integral value and a measured capacity in a capacity meter.
【図23】容量メータの内部構成を示すブロック図。FIG. 23 is a block diagram showing the internal configuration of a capacity meter.
【図24】容量メータ内の主要な信号を示すタイミング
チャート。FIG. 24 is a timing chart showing main signals in the capacity meter.
【図25】プリズムの底面の傾きと平行度調整用電極の
容量との関係を示すグラフ。FIG. 25 is a graph showing the relationship between the inclination of the bottom surface of the prism and the capacitance of the parallelism adjusting electrode.
【図26】プリズムの傾きと各平行度調整用電極の容量
との関係を示すグラフ。FIG. 26 is a graph showing the relationship between the inclination of a prism and the capacitance of each parallelism adjusting electrode.
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 44〜46 圧電アクチュエータ部 50 支持板 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 反射面 70 レーザ発振器 72 受光センサ 100 半導体ウエハ 101 半導体基板 102 酸化膜 103 空乏層 111〜113 平行度調整用電極 116 リード線 120 ガードリング 130 交流電源 131〜133 容量メータ 151 バッファアンプ 152 検波部 153 積分器 154 バッファアンプ 155 電圧計 200 電極パターン 201 電気測定用電極 202 電極 300 電極保持ユニット 400 測定部 500 電極形成部 502 コーンガラス 510 電極形成部 512 コーンガラス 520 電極形成部 521 円盤状ガラス 522 コーンガラス 530 センサヘッド 532 直角プリズム 534 保持具 540 センサヘッド 542 直角プリズム 544 電極形成部 550 センサヘッド 552 直角プリズム 554 電極形成部 556 貫通孔 560 センサヘッド 562 直角プリズム 564 電極形成部 566 貫通孔 702 レジスト 704 レジストパターン 706 金属 Cg 被測定容量 Cp 寄生容量 Ge ギャップ L レーザ光 MD 電気測定装置 Reference Signs List 20 measuring unit 22 light quantity measuring device 24 impedance meter 26 position control device 28 host controller 32 base 34 driving device 34a ball screw unit 36 mount 38 sample table 40 housing 42 flanges 44 to 46 piezoelectric actuator unit 50 support plate 60 sensor head 62 right angle prism 64 Electrode forming part 66 Cone glass 66a Bottom surface 66b Side slope 66c Reflecting surface 70 Laser oscillator 72 Light receiving sensor 100 Semiconductor wafer 101 Semiconductor substrate 102 Oxide film 103 Depletion layer 111-113 Parallelism adjusting electrode 116 Lead wire 120 Guard ring 130 AC power supply 131 To 133 Capacity meter 151 Buffer amplifier 152 Detector 153 Integrator 154 Buffer amplifier 155 Voltmeter 200 Electrode pattern 201 Electrode for electrode 202 Electrode 300 electrode holding unit 400 measuring section 500 electrode forming section 502 cone glass 510 electrode forming section 512 cone glass 520 electrode forming section 521 disc-shaped glass 522 cone glass 530 sensor head 532 right-angle prism 534 holder 540 sensor head 542 right-angle prism 544 electrode Forming part 550 Sensor head 552 Right angle prism 554 Electrode forming part 556 Through hole 560 Sensor head 562 Right angle prism 564 Electrode forming part 566 Through hole 702 Resist 704 Resist pattern 706 Metal Cg Capacitance to be measured Cp Parasitic capacity Ge Gap L Laser light MD Electrical measurement apparatus
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−132236(JP,A) 特開 平4−32704(JP,A) 特開 昭63−111403(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/66 G01N 27/00────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-4-132236 (JP, A) JP-A-4-32704 (JP, A) JP-A-63-111403 (JP, A) (58) Survey Field (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/66 G01N 27/00
Claims (7)
隔ててほぼ平行に保持される反射面を有し、該反射面で
反射されるレーザ光の強度に基づいて前記ギャップを測
定するとともに、前記半導体ウエハ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、 前記反射面を含む第1の表面と、前記第1の表面と対向
するほぼ平行な第2の表面とを有する透光性部材と、 前記第1の表面に形成された電気測定用電極と、 を備え、 前記第2の表面は前記レーザ光の前記透光性部材への入
射面を含み、 前記電気測定用電極は、前記第1の表面に設けられた電
極用溝の中に、前記電気測定用電極の表面が前記第1の
表面から突出していない状態で配置されていることを特
徴とする非接触電気測定用センサ。A reflecting surface that is held substantially parallel to a surface of a semiconductor wafer with a gap therebetween, and the gap is measured based on an intensity of a laser beam reflected by the reflecting surface; A non-contact electric measurement sensor for measuring electric characteristics of the semiconductor wafer, comprising: a first surface including the reflection surface; and a substantially parallel second surface facing the first surface. A light-transmitting member; and an electrode for electric measurement formed on the first surface, wherein the second surface includes an incident surface of the laser light to the light-transmitting member, and the electrode for electric measurement. Wherein the surface of the electrode for electric measurement is arranged in a groove for an electrode provided on the first surface without protruding from the first surface. For sensors.
であって、 前記透光性部材は、前記第1の表面の周辺近傍から前記
第2の表面側に向けて広がる錐面を有し、 該錐面に、前記電気測定用電極と接続された電気配線が
形成されている非接触電気測定用センサ。2. The sensor for non-contact electricity measurement according to claim 1, wherein the light-transmitting member has a conical surface extending from a vicinity of a periphery of the first surface toward the second surface. and, in the conical surface, the non-contact electrical measurement sensor electric wires connected to the test electrode is formed.
定用センサであって、前記第1の表面と前記半導体ウエハとの平行度を調整す
るために、 前記第1の表面において、前記電気測定用電
極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N個(Nは3以上の整数)の平行度調整用電極を
備える非接触電気測定用センサ。3. The sensor for non-contact electric measurement according to claim 1, wherein a degree of parallelism between the first surface and the semiconductor wafer is adjusted.
For this reason, the first surface is provided with N (N is an integer of 3 or more) parallelism adjusting electrodes having the same shape and provided at symmetrical positions with respect to the electrode for electric measurement. Sensor for contact electricity measurement.
接触電気測定用センサであって、 前記透光性部材は、前記第1の表面の周辺部に、前記第
1の表面とほぼ平行で前記第1の表面よりも前記第2の
表面に近い位置に段状に形成された配線形成面を備え、
該配線形成面に前記電気測定用電極と接続された電気配
線が形成されている非接触電気測定用センサ。4. The non-contact electricity measurement sensor according to claim 1, wherein the light-transmissive member is provided at a peripheral portion of the first surface and substantially adjacent to the first surface. A wiring forming surface which is formed in a stepped manner in a position parallel to and closer to the second surface than the first surface;
A non-contact electric measurement sensor in which electric wiring connected to the electric measurement electrode is formed on the wiring forming surface.
接触電気測定用センサであって、さらに、 前記レーザ光を前記第2の表面から前記透光性部材に導
入するとともに、前記反射面で反射された前記レーザ光
を前記第2の表面から前記透光性部材の外部に出射する
光導波手段を備える非接触用電気測定用センサ。5. A non-contact electrical measurement sensor according to any one of claims 1 to 4, further with introducing the laser light into the translucent member from said second surface, said reflective A non-contact electrical measurement sensor including an optical waveguide unit that emits the laser beam reflected by a surface from the second surface to the outside of the translucent member.
接触電気測定用センサであって、さらに、 前記電気測定用電極と前記平行度調整用電極との間に、
所定の電位が与えられるガードリング電極が形成されて
いる非接触電気測定用センサ。6. A non-contact electrical measurement sensor according to any one of claims 1 to 5, further between the parallelism adjustment electrode and the test electrode,
A non-contact electric measurement sensor having a guard ring electrode to which a predetermined potential is applied.
接触電気測定用センサであって、さらに、 前記電気測定用電極の表面と前記第1の表面とを一致さ
せている非接触電気測定用センサ。 7. The non-volatile memory according to claim 1, wherein
A sensor for measuring contact electricity, further comprising: matching a surface of the electrode for electricity measurement with the first surface.
Sensor for non-contact electrical measurement.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4168488A JP2813755B2 (en) | 1992-06-02 | 1992-06-02 | Sensor for non-contact electric measurement of semiconductor wafer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4168488A JP2813755B2 (en) | 1992-06-02 | 1992-06-02 | Sensor for non-contact electric measurement of semiconductor wafer |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05335392A JPH05335392A (en) | 1993-12-17 |
| JP2813755B2 true JP2813755B2 (en) | 1998-10-22 |
Family
ID=15869023
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP4168488A Expired - Lifetime JP2813755B2 (en) | 1992-06-02 | 1992-06-02 | Sensor for non-contact electric measurement of semiconductor wafer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2813755B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2904697B2 (en) | 1993-11-08 | 1999-06-14 | 大日本スクリーン製造株式会社 | Semiconductor wafer CV measurement method and movable ion amount measurement method |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63111403A (en) * | 1986-10-30 | 1988-05-16 | Toshiba Corp | Displacement measuring instrument |
| JP2690908B2 (en) * | 1987-09-25 | 1997-12-17 | 株式会社日立製作所 | Surface measuring device |
| JP2802825B2 (en) * | 1990-09-22 | 1998-09-24 | 大日本スクリーン製造 株式会社 | Semiconductor wafer electrical measurement device |
-
1992
- 1992-06-02 JP JP4168488A patent/JP2813755B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JP2904697B2 (en) | 1993-11-08 | 1999-06-14 | 大日本スクリーン製造株式会社 | Semiconductor wafer CV measurement method and movable ion amount measurement method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05335392A (en) | 1993-12-17 |
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