JP3386641B2 - Non-contact electric measurement sensor and method of manufacturing the sensor - Google Patents
Non-contact electric measurement sensor and method of manufacturing the sensorInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体ウエハ,
ポリシリコンやアモルファス等の半導体薄膜などを含む
広義の半導体について、C−V曲線などに代表される電
気特性の測定を非接触に行なう非接触電気測定に利用さ
れる非接触電気測定用センサ、および、そのセンサの製
造方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor wafer,
For a semiconductor in a broad sense including semiconductor thin films such as polysilicon and amorphous, a non-contact electrical measurement sensor used for non-contact electrical measurement in which non-contact measurement of electrical characteristics represented by a CV curve and the like is performed, and , A method of manufacturing the 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。2. Description of the Related Art As one of methods for evaluating a semiconductor process having a MIS structure, an evaluation method by CV measurement is used. In the conventional CV measurement, it was necessary to form an electrode for electrical measurement on the surface of the oxide film on the semiconductor substrate, but the process of forming the electrode not only affects the electrical characteristics of the semiconductor itself. . There is a problem that the electrode formation itself takes time and effort.
【0003】そこで、本出願人は、図1の概念図に示す
ように、半導体の表面上に電極を形成することなく、非
接触でC−V測定やC−t法などの電気特性評価を行な
うことのできる非接触電気測定装置を提供している。図
1(a)において、半導体ウエハ1の表面上には酸化膜
2が形成されており、裏面上には電極3が形成されてい
る。酸化膜2の上方には、ギャップGeを隔てて測定用
電極5が電極保持ユニット7によって保持されている。
酸化膜2と測定用電極3とのギャップGeは、約1μm
以下になるように電極保持ユニット7によって制御され
ている。Therefore, as shown in the conceptual diagram of FIG. 1, the applicant of the present invention does not form an electrode on the surface of a semiconductor and evaluates electrical characteristics such as CV measurement and Ct method without contact. Provided is a non-contact electrical measurement device that can be performed. In FIG. 1A, an oxide film 2 is formed on the front surface of a semiconductor wafer 1, and an electrode 3 is formed on the back surface. Above the oxide film 2, a measurement electrode 5 is held by an electrode holding unit 7 with a gap Ge therebetween.
The gap Ge between the oxide film 2 and the measuring electrode 3 is about 1 μm.
It is controlled by the electrode holding unit 7 as follows.
【0004】2つの電極3、5の間の静電容量Ctは、
図1の(b)に示すように、半導体ウエハ1の静電容量
Csと、酸化膜2の静電容量Ciと、ギャップGeの静
電容量Cgとの直列接続で表わされる。C−V曲線は、
半導体ウエハ1の容量Csと、酸化膜2の容量Ciとの
合成容量Ctaの電圧依存性である。ギャップGeの値
は、電極保持ユニット7によって正確に測定され、この
ギャップGeの値に基づいてギャップの静電容量Cgが
計算により求められる。合成容量Ctは測定部9で測定
され、この合成容量Ctからギャップの静電容量Cgを
減算して容量Ctaを求めることにより図1(c)に示
す破線のようなC−V曲線が決定される。The capacitance Ct between the two electrodes 3, 5 is
As shown in FIG. 1B, the capacitance Cs of the semiconductor wafer 1, the capacitance Ci of the oxide film 2, and the capacitance Cg of the gap Ge are connected in series. The C-V curve is
It is the voltage dependence of the combined capacitance Cta of the capacitance Cs of the semiconductor wafer 1 and the capacitance Ci of the oxide film 2. The value of the gap Ge is accurately measured by the electrode holding unit 7, 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 9, and the electrostatic capacitance Cg of the gap is subtracted from the combined capacitance Ct to obtain the capacitance Cta, whereby the CV curve as shown by the broken line in FIG. 1C is determined. It
【0005】また、本出願人は、上記非接触電気測定装
置に最適な非接触電気測定用センサとして、特開平5−
335392号公報に示す技術を提供している。この非
接触電気測定用センサは、図2(a)の底面図及び図2
(b)に示したそのA−A断面図に明らかなように、コ
ーンガラスCGの底面中央部に円形の電気測定用電極S
P、この電気測定用電極SPに対して互いに対称な位置
に設けられた互いに等しい形状の3個の平行度調整用電
極HP、そしてこれら2種類の電極の間に円環状に設け
られたガードリング電極GPとを有している。Further, the applicant of the present invention has disclosed a sensor for non-contact electric measurement, which is the most suitable for the non-contact electric measuring device, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No.
The technology disclosed in Japanese Patent No. 335392 is provided. This non-contact electrical measurement sensor has a bottom view of FIG.
As is clear from the AA cross-sectional view shown in (b), a circular electrical measurement electrode S is formed in the center of the bottom surface of the cone glass CG.
P, three parallelism adjusting electrodes HP of the same shape provided at positions symmetrical to each other with respect to the electric measurement electrode SP, and a guard ring provided in an annular shape between these two types of electrodes. It has an electrode GP.
【0006】この非接触電気測定用センサと被測定対象
である半導体は、コーンガラスCGを光導波路とした光
学系により1μm以下のギャップ長に制御され、3個の
平行度調整用電極HPにより検出される容量がそれぞれ
一致するように平行度が保たれる。また、常に一定電位
に保たれるガードリング電極GPにより3個の平行度調
整用電極HPと電気測定用電極SPとは容量的には遮断
されている。従って、この条件下において、電気測定用
電極SPに導通している電気配線に所望の電気測定器を
接続すれば、被測定対象である半導体の電気特性を被接
触に測定することができるのである。The non-contact electrical measurement sensor and the semiconductor to be measured are controlled to have a gap length of 1 μm or less by an optical system using a cone glass CG as an optical waveguide and detected by three parallelism adjusting electrodes HP. The parallelism is maintained so that the capacitances to be matched are the same. In addition, the three parallelism adjusting electrodes HP and the electric measuring electrode SP are capacitively cut off by the guard ring electrode GP which is always kept at a constant potential. Therefore, under this condition, if a desired electrical measuring device is connected to the electrical wiring that is conducted to the electrical measuring electrode SP, the electrical characteristics of the semiconductor to be measured can be measured in contact. .
【0007】[0007]
【0008】ところで、前記従来の非接触電気測定用セ
ンサでは、電気測定用電極SPと外部の測定器とを接続
する電気配線SPaを設ける必要があるが、この電気配
線SPaのために次のような問題が生じた。By the way, in the above-mentioned conventional non-contact electrical measurement sensor, it is necessary to provide an electrical wiring SPa for connecting the electrical measurement electrode SP and an external measuring device. The electrical wiring SPa is as follows. Problem occurred.
【0009】この非接触電気測定用センサでは、コーン
ガラスCGの表面に沿わして電気配線SPaが貼着され
ていることから、この電気配線SPaが、ガードリング
電極GPを切り欠いていた。このため、電気測定用電極
SPと3個の平行度調整用電極HPとの静電遮蔽を完全
に行なうことができなかった。In this non-contact electrical measurement sensor, the electrical wiring SPa is attached along the surface of the cone glass CG, so that the electrical wiring SPa cuts out the guard ring electrode GP. For this reason, the electrostatic shield between the electric measurement electrode SP and the three parallelism adjusting electrodes HP could not be completely performed.
【0010】さらには、電気配線SPaは、図2(b)
に示すように、寄生容量を極力小さくするために、約2
μmの段差部や傾斜部によって外部と接続されている
が、それでも、これらの部分により被測定対象である半
導体表面に発生する電界は、電気測定用電極SPによる
平行電界を乱し、少なからずの寄生容量を生じさせた。
しかも、電気測定用電極SPに印加する電圧を走査する
必要があるとき、この寄生容量に内包される印加電圧に
対して非線形性の容量分による影響は単純な減算処理に
より除去することができず、上記寄生容量をなくすこと
はできなかった。Further, the electric wiring SPa is shown in FIG.
As shown in, to reduce the parasitic capacitance as much as possible,
Although it is connected to the outside by the step portion and the inclined portion of μm, the electric field generated on the semiconductor surface as the measurement target by these portions disturbs the parallel electric field by the electrode SP for electric measurement, and not a little. Induced parasitic capacitance.
Moreover, when it is necessary to scan the voltage applied to the electrical measurement electrode SP, the influence of the nonlinear capacitance on the applied voltage contained in the parasitic capacitance cannot be removed by a simple subtraction process. However, the above parasitic capacitance could not be eliminated.
【0011】この発明は、上述の課題を解決するために
なされたものであり、電気測定用電極のガードリング効
果を十分なものとするとともに、電気配線に生じる電気
的な寄生容量を除去することで、非接触で行う半導体の
電気特性の測定をより高精度に行なうことを目的として
いる。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and makes the guard ring effect of the electrode for electric measurement sufficient and eliminates the electric parasitic capacitance generated in the electric wiring. The purpose is to measure the electrical characteristics of the semiconductor in a non-contact manner with higher accuracy.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題を解決するための手段として、以下に示す構成を
とった。[Means for Solving the Problems and Their Actions / Effects] As means for solving the above problems, the following constitution is adopted.
【0013】第1の発明の非接触電気測定用センサは、
半導体の表面との間に所定ギャップを隔ててほぼ平行に
配置された電気測定用電極によって、前記半導体の電気
特性の測定を行なう非接触電気測定センサであって、第
1の表面と、前記第1の表面と略平行な第2の表面とを
有し、前記第1の表面上に前記電気測定用電極を保持す
るとともに、光学ガラスで形成され光導波路となる電極
保持手段と、前記電気測定用電極と外部の測定器とを接
続するための電気配線と、を備えるとともに、前記電気
配線は、前記電気測定用電極の前記第1の表面と接する
側の面に導通し、かつ前記電極保持手段の前記第1の表
面から前記第2の表面まで貫通して形成されたことを特
徴とする。The sensor for non-contact electrical measurement of the first invention comprises:
Almost parallel to the surface of the semiconductor with a gap
The arrangement electrical measurement electrode, a non-contact electrical measurement sensor for measuring the electrical characteristics of the semiconductor, the
1 surface and a second surface substantially parallel to the first surface
And holding the electric measurement electrode on the first surface and connecting the electric measurement electrode and an external measuring device with an electrode holding means formed of optical glass and serving as an optical waveguide.
Electrical wiring for connection, and
The wiring contacts the first surface of the electrode for electrical measurement.
Conducting a surface of the side, and the first table of the electrode holding means
It is characterized in that it is formed so as to penetrate from the surface to the second surface .
【0014】この非接触電気測定用センサによれば、電
気配線が電気測定用電極の電極保持手段と接する側の面
から、光学ガラスからなる電極保持手段を貫通して延出
することになり、非接触電気測定用センサの外部の測定
器と接続される。このため、この電気配線は、被測定対
象となる半導体との間に電気測定用電極が介在すること
になるため、半導体と容量的に完全に遮蔽される。従っ
て、電気配線の寄生容量による測定誤差を確実に排除す
ることができる。また、電気測定用電極に、前述した配
線引出用の段差部などが形成されることがないことか
ら、この部分から生じる寄生容量を抑えることもでき
る。これらの結果、非接触で行う半導体の電気特性の測
定をより高精度に行なうことができる。According to this non-contact electrical measurement sensor, from the side of the surface on which the electric wiring is in contact with the electrode holding means of the electrical measurement electrode, it will be extending through the electrode holding means formed of the optical glass, It is connected to a measuring device outside the non-contact electrical measurement sensor. Therefore, the electrical wiring of this, the electrical measurement electrode is to become the intervention, it is semiconductor and capacitively completely shielded between the semiconductor to be measured. Therefore, the measurement error due to the parasitic capacitance of the electric wiring can be surely eliminated. In addition, the above-mentioned electrode
Doesn't a step part for wire drawing be formed?
It is also possible to suppress the parasitic capacitance generated from this part.
It As a result, it is possible to measure the electrical characteristics of the semiconductor in a non-contact manner with higher accuracy.
【0015】上記構成の非接触電気測定用センサにおい
て、前記電極保持手段の前記第1の表面上に保持される
とともに、前記電気測定用電極の周囲のすべてを非接触
で取り囲むガードリング電極を備える構成とすることが
好ましい。この構成によれば、電気測定用電極の周囲に
おいて電極保持手段に保持されている静電遮蔽用のガー
ドリング電極との干渉が回避される。従って、電気測定
用電極の静電遮蔽を確実に行なうことができる。さらに
は、静電遮蔽用のガードリング電極以外に、電気測定用
電極と同一平面に形成する必要があるその他の電極との
干渉も回避される。このため、それら電極の設計の自由
度を確保し、所望形状の電極を形成することができると
いう効果も奏する。In the sensor for non-contact electric measurement having the above structure
And is held on the first surface of the electrode holding means.
In addition, non-contact all around the electrode for electrical measurement
It may be configured to include a guard ring electrode surrounded by
preferable. According to this configuration, the area around the electrode for electrical measurement is
The electrostatic shield gar held by the electrode holding means
Interference with the drain electrode is avoided. Therefore, electrical measurements
It is possible to surely shield the electrodes for electrostatic discharge. Further, in addition to the electrostatic shield guard ring electrode, interference with other electrodes that need to be formed on the same plane as the electrical measurement electrode can be avoided. Therefore, there is an effect that the degree of freedom in designing these electrodes can be secured and the electrodes having a desired shape can be formed.
【0016】上記構成の非接触電気測定用センサにおい
て、前記電気配線は、前記電気測定用電極と導通してい
る導通部の導通面が幅Wの環状となる中空円筒形の導電
体であり、前記幅Wは、電気測定用電極と半導体との所
定ギャップDの2倍以下とすることができる。この要求
が満足されるならば、その導通部が電気測定用電極の平
面度を乱して形成されようとも、それに起因する電気測
定用電極と半導体との間の平行電界の乱れは無視できる
程に微少となる効果がある。この原理の詳細については
後述する。また、この様な環状の導通面によれば、接触
面積S(W×L)を大きく設計することができ、その部
分の接触抵抗を小さく抑制するという効果もある。In the non-contact electrical measurement sensor having the above structure, the electrical wiring is electrically connected to the electrical measurement electrode.
Hollow-cylindrical conductivity whose conduction surface is a ring with a width W
The width W can be less than or equal to twice the predetermined gap D between the electrode for electrical measurement and the semiconductor . If this requirement is satisfied, even if the conducting part is formed by disturbing the flatness of the electrode for electrical measurement, the resulting disturbance of the parallel electric field between the electrode for electrical measurement and the semiconductor is negligible. Has a slight effect. The details of this principle will be described later. Further, according to the conductive surface of such ring-shaped, the contact area S (W × L) can be increased design, there is also an effect that smaller suppressing the contact resistance of the part.
【0017】また、前記電気配線は、前記電気測定用電
極と導通している導通部の導通面が幅W、長さL(>
W)の細線状となる板形の導電体であり、前記幅Wは、
前記電気測定用電極と前記半導体との所定ギャップDの
2倍以下とすることができる。この要求が満足されるな
らば、その導通部が電気測定用電極の平面度を乱して形
成されようとも、それに起因する電気測定用電極と半導
体との間の平行電界の乱れは無視できる程に微少となる
効果がある。また、この様な細線状の導通面によれば、
接触面積S(W×L)を大きく設計することができ、そ
の部分の接触抵抗を小さく抑制するという効果がある。Further, the electrical wiring is the electrical measurement battery.
The conductive surface of the conductive portion that is conductive with the pole has a width W and a length L (>
W) is a thin-line plate-shaped conductor, and the width W is
Of the predetermined gap D between the electrical measurement electrode and the semiconductor
It can be double or less. Do not satisfy this request
Shape, the conducting part disturbs the flatness of the electrode for electrical measurement.
Even if it is made, the resulting electrode and the semi-conducting electrode for electrical measurement
The disturbance of the parallel electric field with the body is negligible
effective. Moreover, according to such a thin conductive surface,
The contact area S (W × L) can be designed to be large, and the contact resistance at that portion can be suppressed small.
【0018】第2の発明の非接触電気測定用センサの製
造方法は、電気測定用電極と、前記電気測定用電極を保
持する電極保持手段と、前記電気測定用電極と外部の測
定器とを接続するための電気配線と、を備え、半導体の
表面との間に所定ギャップを隔ててほぼ平行に配置され
た前記電気測定用電極によって、前記半導体の電気特性
の測定を行なう非接触電気測定用センサの製造方法にお
いて、前記電極保持手段を貫通して導電性の電気配線を
形成し、該電気配線が露出している前記電極保持手段の
少なくとも一面を所定平滑度に研磨し、該研磨した前記
電極保持手段の一面の所定箇所に電気測定用電極を形成
することを特徴としている。The method of manufacturing a non-contact electrical measurement sensor of the second invention, a test electrode, and the electrode holding means for holding a pre-Symbol test electrode, measured in the test electrode and the external
Electrical wiring for connecting to the
It is placed almost parallel to the surface with a certain gap.
In the method for manufacturing a non-contact electrical measurement sensor for measuring the electrical characteristics of the semiconductor with the electrical measurement electrode, a conductive electrical wiring is formed through the electrode holding means, and the electrical wiring is exposed. At least one surface of the electrode holding means is polished to a predetermined smoothness, and an electrode for electrical measurement is formed at a predetermined location on the one surface of the polished electrode holding means.
【0019】この構成によれば、電気回路の製造方法と
して確立されたいわゆるスルーホール製作と同一の各種
加工法を利用し、電気配線を製作することができる。従
って、各種形状、任意の幅、長さの電気配線を製作する
に当たり、最適なスルーホール製作法を適用することが
可能となり、かつ、技術的に確立されたスルーホール製
作法を適用することで電気測定用電極との確実な導通を
確保できる効果がある。また、電気配線の形成工程の後
に研磨工程が行われるため、電気配線の形成工程で面の
平滑度が乱されたとしてもこれを修正し、所望平滑度の
面を形成することができる。ここで、研磨工程における
面の平滑度は、面起伏を少なくともλ/20以下(但
し、λは光の波長である)に抑えることが好ましい。こ
の条件が満足されるならば、非接触電気測定用センサの
電気測定用電極の幅として1mmを確保できる効果があ
る。According to this structure, it is possible to manufacture the electric wiring by using various processing methods which are the same as the so-called through-hole manufacturing established as the method for manufacturing the electric circuit. Therefore, it becomes possible to apply the optimum through-hole manufacturing method when manufacturing electrical wiring of various shapes, arbitrary widths and lengths, and by applying the technically established through-hole manufacturing method. This has the effect of ensuring reliable conduction with the electrode for electrical measurement. Further, since the polishing step is performed after the step of forming the electric wiring, even if the smoothness of the surface is disturbed in the step of forming the electric wiring, this can be corrected and a surface having a desired smoothness can be formed. Here, the surface smoothness in the polishing step is preferably such that the surface undulation is suppressed to at least λ / 20 or less (where λ is the wavelength of light). If this condition is satisfied, there is an effect that 1 mm can be secured as the width of the electric measurement electrode of the non-contact electric measurement sensor.
【0020】上記構成の製造方法における導電性の電気
配線の形成工程は、非接触電気測定用センサの電極保持
手段に対して同一もしくは低い硬度の導電性の物質によ
り行われることが好ましい。この工程にて電極保持手段
と同一もしくは低い硬度の導電性の物質を採用すれば、
その後工程である研磨工程が容易となる効果がある。ま
た、導電性の物質と電極保持手段との硬度の差が小さい
ほど、その後工程である研磨工程にて所定平滑度に仕上
げることが容易となり、最終的に得られる電気測定用電
極の平面度を高くすることができる。また、その硬度の
差が大きい場合であっても、硬度の低い電気配線部は研
磨工程で電極保持手段に比べて大きく研磨される。従っ
て、こうした工程により得られた所定平滑度の電極保持
手段の一面に電気測定用電極を形成するならば、電気配
線と電気測定用電極とが導通する接触部を凹状とするこ
とができ、その接触部による平行電界への影響を無視で
きるほどに抑制することができる。この凹状の接触部に
よる平行電界への影響は、後で詳細に説明する。The step of forming the conductive electric wiring in the manufacturing method having the above-mentioned structure is preferably performed by using the same or a low-hardness conductive material for the electrode holding means of the non-contact electrical measurement sensor. If a conductive substance having the same hardness or a low hardness as the electrode holding means is adopted in this step,
This has the effect of facilitating the subsequent polishing step. Further, the smaller the difference in hardness between the conductive substance and the electrode holding means, the easier it is to finish to a predetermined smoothness in the subsequent polishing step, and the flatness of the finally obtained electrode for electrical measurement can be improved. Can be higher. Even if the difference in hardness is large, the electric wiring portion having a low hardness is polished more greatly than the electrode holding means in the polishing process. Therefore, if the electrode for electric measurement is formed on one surface of the electrode holding means having the predetermined smoothness obtained by such a step, the contact portion where the electric wiring and the electrode for electric measurement are conducted can be formed into a concave shape. The influence of the contact portion on the parallel electric field can be suppressed to a negligible level. The influence of the concave contact portion on the parallel electric field will be described later in detail.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】図3は、この発明の実施例として
のセンサを含む電気測定装置MDの構成を示す説明図で
ある。この電気測定装置MDは、半導体ウエハ10を収
納する測定部20と、光量測定器22と、インピーダン
スメータ24と、位置制御装置26と、ホストコントロ
ーラ28とを備えている。光量測定器22とインピーダ
ンスメータ24と位置制御装置26とは、ホストコント
ローラ28に接続されており、このホストコントローラ
28によって測定装置全体の制御や、得られたデータの
処理が行なわれる。なお、ホストコントローラ28とし
ては、例えばパーソナルコンピュータが用いられる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 3 is an explanatory diagram showing the configuration of an electric measuring device MD including a sensor as an embodiment of the present invention. The electric measuring device MD includes a measuring unit 20 that houses the semiconductor wafer 10, a light quantity measuring device 22, an impedance meter 24, a position control device 26, and a host controller 28. The light quantity measuring device 22, the impedance meter 24, and the position control device 26 are connected to a host controller 28, and the host controller 28 controls the entire measuring device and processes the obtained data. A personal computer, for example, is used as the host controller 28.
【0022】測定部20は、ベース32と、ベース32
上に設けられた駆動装置34と、駆動装置のボールネジ
部34aに連結された架台36と、架台36の上に載置
され試料テーブル38とを備えている。試料テーブル3
8は、供試体としての半導体ウエハ10を載置するテー
ブルであり、図示しないモータに駆動されてX−Y平面
内で回転する。The measuring unit 20 includes a base 32 and a base 32.
The drive device 34 provided on the top, a mount 36 connected to the ball screw portion 34a of the drive device, and a sample table 38 placed on the mount 36 are provided. Sample table 3
Reference numeral 8 denotes a table on which the semiconductor wafer 10 as a test piece is placed, which is driven by a motor (not shown) to rotate in the XY plane.
【0023】測定部20の筺体40の上部の開口にはフ
ランジ42がボルトで固定されており、フランジ42か
ら下方にはピエゾ素子を利用した3つの圧電アクチュエ
ータ部44、45、46が設けられている。さらに、圧
電アクチュエータ部44、45、46の下方には支持板
48が設けられ、さらに、支持板48の下側に伸びる支
持筒50の先にはセンサヘッド60が固定されている。
支持板48は、図示しない複数のスプリングでフランジ
42に連結されており、圧電アクチュエータ部44、4
5、46をフランジ42側に押し上げている。センサヘ
ッド60は、レーザ光導入用の直角プリズム62と、直
角プリズム62の底面に光学接着剤によって接着された
透光性の電極形成部64とで構成されている。A flange 42 is fixed by a bolt to the opening at the top of the housing 40 of the measuring section 20, and three piezoelectric actuator sections 44, 45, 46 using piezo elements are provided below the flange 42. There is. Further, a support plate 48 is provided below the piezoelectric actuator portions 44, 45, 46, and a sensor head 60 is fixed to the 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), and the piezoelectric actuator parts 44, 4
5, 46 are pushed up to the flange 42 side. The sensor head 60 includes a right-angle prism 62 for introducing laser light, and a translucent electrode forming portion 64 adhered to the bottom surface of the right-angle prism 62 with an optical adhesive.
【0024】支持筒50にはGaAlAsレーザなどの
レーザ発振器70とフォトダイオードなどの受光センサ
72とが固定されている。レーザ発振器70から出射さ
れたレーザ光は直角プリズム62を通って電極形成部6
4に導入され、電極形成部64の底面において幾何光学
的な全反射条件で反射される。そして、反射したレーザ
光は直角プリズム62から出射されて受光センサ72で
受光される。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 rectangular prism 62 and the electrode forming portion 6
4 and is reflected on the bottom surface of the electrode forming portion 64 under the condition of total reflection of geometrical optics. Then, the reflected laser light is emitted from the rectangular prism 62 and received by the light receiving sensor 72.
【0025】半導体ウエハ10の電気測定を行なう際に
は、センサヘッド60の底面と半導体ウエハ10の表面
とのギャップが約1μm以下に保たれる。レーザ発振器
70とセンサヘッド60と受光センサ72とで構成され
る光学系は、このギャップを精密に測定するための光学
測定系である。この光学測定系は、レーザ発振器70か
ら発振されたレーザ光がセンサヘッド60の底面で幾何
学的な全反射条件で反射する際の、レーザ光のトンネリ
ング現象を利用しており、受光センサ72と光量測定器
22で測定される光量に基づいてギャップの値を測定し
ている。When the electric measurement of the semiconductor wafer 10 is performed, the gap between the bottom surface of the sensor head 60 and the surface of the semiconductor wafer 10 is maintained 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 measuring system for precisely measuring this gap. This optical measurement system utilizes a tunneling phenomenon of laser light when the laser light oscillated from the laser oscillator 70 is reflected on the bottom surface of the sensor head 60 under a geometrical total reflection condition. The value of the gap is measured based on the light quantity measured by the light quantity measuring device 22.
【0026】圧電アクチュエータ部44、45、46は
位置制御装置26と電気的に接続されており、また、受
光センサ72は光量測定器22と接続され、センサヘッ
ド60の底面に形成された電極と金属製の試料テーブル
38にはインピーダンスメータ24が接続されている。
インピーダンスメータ24は、各電極と試料テーブル3
8との間の容量やコンダクタンスを測定する機器であ
る。The piezoelectric actuators 44, 45 and 46 are electrically connected to the position control device 26, the light receiving sensor 72 is connected to the light quantity measuring device 22 and electrodes 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 includes the electrodes and the sample table 3
8 is a device for measuring the capacitance and conductance between
【0027】これら光量測定器22、位置制御装置26
及びホストコントローラ28により実行されるギャップ
や平行度の調整方法、またインピーダンスメータ24と
ホストコントローラ28による半導体ウエハ10の電気
特性の測定方法及び測定結果の処理方法等については、
本出願人により開示された特開平4−32704号公報
あるいは特開平5−335392号公報に詳述されてい
るので、ここではその詳細は省略する。These light quantity measuring device 22 and position control device 26
And a method of adjusting the gap and parallelism executed by the host controller 28, a method of measuring the electrical characteristics of the semiconductor wafer 10 by the impedance meter 24 and the host controller 28, a method of processing the measurement results, and the like,
The details are described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-32704 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-335392, which is disclosed by the applicant of the present invention, and the details thereof are omitted here.
【0028】次に、本実施例の測定部20に採用される
センサヘッド60について詳細に説明する。Next, the sensor head 60 employed in the measuring section 20 of this embodiment will be described in detail.
【0029】図4は、このセンサヘッド60の電極形成
部64を斜め下から見た斜視図であり、さらに、その内
部及び裏面に隠れた電気配線201aを点線にて描いて
いる。電極形成部64は、光学ガラスで形成されたコー
ンガラス66と、コーンガラス66の底面66a上に形
成された電極パターン200とで構成されている。電極
パターン200は、電気測定用電極201と、3つの平
行度調整用電極111、112、113と、ガードリン
グ電極120とを含んでおり、また、電極111〜11
3、120には、それぞれ接続された配線111a、1
12a、113a、120aを含んでいる。これらの配
線は、コーンガラス66の底面66aから側斜面66b
に渡って形成されている。本実施例において、電気測定
用電極201は円形の電極であり、その直径は1.0m
mφである。FIG. 4 is a perspective view of the electrode forming portion 64 of the sensor head 60 as seen obliquely from below, and further, the electric wiring 201a hidden inside and on the back surface thereof is drawn by dotted lines. The electrode forming portion 64 includes a cone glass 66 formed of optical glass and an electrode pattern 200 formed on the bottom surface 66 a of the cone glass 66. The electrode pattern 200 includes an electric measurement electrode 201, three parallelism adjusting electrodes 111, 112 and 113, and a guard ring electrode 120, and the electrodes 111 to 11 are included.
The wirings 111a and 1 connected to the wirings 3 and 120, respectively.
12a, 113a, 120a are included. These wirings extend from the bottom surface 66a of the cone glass 66 to the side sloped surface 66b.
Is formed across. In the present embodiment, the electric measurement electrode 201 is a circular electrode, and its diameter is 1.0 m.
mφ.
【0030】3つの平行度調整用電極111〜113
は、3つに等分割されたリング状の形状をそれぞれ有し
ている。平行度調整用電極111〜113のリングの内
径は1.6mmφ、外径は2.4mmφである。また、
各電極111〜113の間隔は0.7mmである。これ
らの電極の形状は、それぞれ円形としてもよいが、本実
施例のように分割したリング状にすることで、より小さ
な領域内に、より面積の大きな電極を形成することがで
きるという利点がある。Three parallelism adjusting electrodes 111 to 113
Has a ring-like shape that is equally divided into three. The inner diameters of the rings of the parallelism adjusting electrodes 111 to 113 are 1.6 mmφ and the outer diameters are 2.4 mmφ. Also,
The distance between the electrodes 111 to 113 is 0.7 mm. The shape of each of these electrodes may be circular, but by forming a split ring shape as in this embodiment, there is an advantage that an electrode having a larger area can be formed in a smaller area. .
【0031】この平行度調整用電極111〜113は、
コーンガラス66の底面66aと半導体ウエハ10の表
面との平行度を調整する際に利用される。すなわち、圧
電アクチュエータ部44、45、46のピエゾ素子の伸
び量を調整してコーンガラス66の底面66aの傾きを
調整し、各電極111〜113の容量値を互いに等しく
するようにすれば、コーンガラス66の底面66aと半
導体ウエハ10の表面とを平行にすることができる。The parallelism adjusting electrodes 111 to 113 are
It is used when adjusting the parallelism between the bottom surface 66 a of the cone glass 66 and the surface of the semiconductor wafer 10. That is, if the expansion amount of the piezo elements of the piezoelectric actuators 44, 45, 46 is adjusted to adjust the inclination of the bottom surface 66a of the cone glass 66 and the capacitance values of the electrodes 111 to 113 are made equal to each other, the cone The bottom surface 66a of the glass 66 and the surface of the semiconductor wafer 10 can be made parallel to each other.
【0032】ガードリング電極120は、電気測定用電
極201と平行度調整用電極111〜113との間に設
けられたリング状の電極であり、その内径は1.2mm
φ、外径は1.4mmφである。ガードリング電極12
0は所定の電位(例えば接地電位)に保たれており、4
つの電極201、111〜113の間の相互作用を防止
する役割を有する。The guard ring electrode 120 is a ring-shaped electrode provided between the electrical measurement electrode 201 and the parallelism adjusting electrodes 111 to 113, and its inner diameter is 1.2 mm.
φ, the outer diameter is 1.4 mmφ. Guard ring electrode 12
0 is maintained at a predetermined potential (for example, ground potential) and 4
It has a role of preventing an interaction between the two electrodes 201 and 111 to 113.
【0033】なお、各電極201、111〜113、1
20の間のギャップは0.1mmに設定されており、ま
た、底面66a上における配線111a〜113aの幅
は0.1mmに設定されている。The electrodes 201, 111 to 113, 1
The gap between the 20 is set to 0.1 mm, and the width of the wirings 111a to 113a on the bottom surface 66a is set to 0.1 mm.
【0034】コーンガラス66は、円盤状のガラスを研
磨して側面をテーパ状に削ったものである。コーンガラ
ス66の底面66aは表面66cに対して平行なので、
フォトリソグラフィによってその底面66aに形成され
る上記電極パターン200を容易に形成することができ
る。また、電極形成部64の底面の所定箇所には、レー
ザ発振器70から出射されたレーザ光を幾何光学的な全
反射条件で反射する図示しない反射部が形成されてお
り、反射したレーザ光は直角プリズム62から出射され
て受光センサ72で受光される。これらの光学測定系に
より、電気測定用電極201と半導体ウエハ10とのギ
ャップは約1μm以下に保たれる。The cone glass 66 is obtained by polishing a disk-shaped glass and cutting the side surface into a tapered shape. Since the bottom surface 66a of the cone glass 66 is parallel to the surface 66c,
The electrode pattern 200 formed on the bottom surface 66a can be easily formed by photolithography. Further, at a predetermined position on the bottom surface of the electrode forming portion 64, a reflecting portion (not shown) that reflects the laser light emitted from the laser oscillator 70 under the condition of geometrical optical total reflection is formed, and the reflected laser light is at a right angle. The light is emitted from the prism 62 and received by the light receiving sensor 72. With these optical measurement systems, the gap between the electric measurement electrode 201 and the semiconductor wafer 10 is maintained at about 1 μm or less.
【0035】一方、電気測定用電極201の電気配線2
01aは、その他の配線111a〜113a、120a
と異なって電気測定用電極201の裏面に導通してお
り、コーンガラス66の底面66aと対向する表面66
cまで貫通して埋設された中空円筒状の導電体と、表面
66cに現れるこの中空円筒状の導電体と導通してコー
ンガラス66の環状側面66dにまで至る帯状の導電体
とにより構成されている。この中空円筒状の導電体の外
形寸法は、外径300μm、外径と内径との差、すなわ
ち配線幅Wが0.8μmである。On the other hand, the electrical wiring 2 of the electrode 201 for electrical measurement
01a is other wiring 111a-113a, 120a
The surface 66 facing the bottom surface 66a of the cone glass 66 is electrically connected to the back surface of the electric measurement electrode 201 unlike
It is composed of a hollow-cylindrical conductor that is embedded to penetrate to c and a strip-shaped conductor that is electrically connected to the hollow-cylindrical conductor that appears on the surface 66c and reaches the annular side surface 66d of the cone glass 66. There is. The hollow cylindrical conductor has an outer diameter of 300 μm and a difference between the outer diameter and the inner diameter, that is, a wiring width W of 0.8 μm.
【0036】この様に電気配線201aを形成したた
め、半導体ウエハ10と対向する電気測定用電極201
に配線引出用の段差部などが皆無となり、電気測定用電
極201に印加する測定電圧に非線形な寄生容量を完全
に除去することができ、単純な一定値をとる配線容量の
みを示すようになる効果がある。Since the electric wiring 201a is formed in this manner, the electric measurement electrode 201 facing the semiconductor wafer 10 is formed.
In addition, since there is no step portion for drawing out the wiring, it is possible to completely eliminate the non-linear parasitic capacitance to the measurement voltage applied to the electric measurement electrode 201, and only show the wiring capacitance having a simple constant value. effective.
【0037】また、以下に説明するような原理から明ら
かなように、電気配線201aの配線幅Wを0.8μm
としているため、電気測定用電極201の裏面に導通す
る電気配線201aのために電気測定用電極201の平
滑度が低下したとしても、電気測定精度を低下させるこ
とがない。すなわち、電気測定精度を保つためには、半
導体ウエハ10上に解析容易な理想的な電界である平行
電界を発生させる必要がある。As is clear from the principle described below, the wiring width W of the electric wiring 201a is 0.8 μm.
Therefore, even if the smoothness of the electrical measurement electrode 201 is reduced due to the electrical wiring 201a that is electrically connected to the back surface of the electrical measurement electrode 201, the electrical measurement accuracy is not reduced. That is, in order to maintain the electrical measurement accuracy, it is necessary to generate a parallel electric field on the semiconductor wafer 10, which is an ideal electric field that can be easily analyzed.
【0038】図5は、この電気配線201aの導通する
電気測定用電極201の平滑度が乱されたと想定したと
き、半導体ウエハ10と電気測定用電極201との間に
発生する電界を電気力線により表した説明図である。図
からも理解されるように、半導体ウエハ10上の電界が
平行電界となる条件は、電気測定用電極201と半導体
ウエハ10とのギャップDと電気配線201aの幅Wと
の相互関係が重要となる。なお、前述のように、本実施
例においてギャップDは、約1μm以下である。FIG. 5 shows the electric field generated between the semiconductor wafer 10 and the electrode for electric measurement 201 when the smoothness of the electrode for electric measurement 201 in which the electric wiring 201a is conducted is disturbed. It is an explanatory view represented by. As can be understood from the figure, the mutual relationship between the gap D between the electric measurement electrode 201 and the semiconductor wafer 10 and the width W of the electric wiring 201a is important for the condition that the electric field on the semiconductor wafer 10 becomes a parallel electric field. Become. As described above, the gap D in this embodiment is about 1 μm or less.
【0039】電気配線201aに起因して電気測定用電
極201に発生する凹状部201bは、その形状を特定
形状に合わせて正確に製作することは困難でもある。換
言するならば、いかような凹状部201bが電気測定用
電極201に形成されようとも、半導体ウエハ10上の
電界が平行電界を保つことを必須の条件として電気配線
201aの幅Wを設計しなければならない。従って、こ
の凹状部201bが半導体ウエハ10上の電界に最も悪
影響を及ぼす条件、すなわち電気配線201aの幅Wの
両端に電気力線が集中して分布する条件を設定する必要
がある。It is difficult to accurately manufacture the concave portion 201b generated in the electric measurement electrode 201 due to the electric wiring 201a so as to match its shape with a specific shape. In other words, the width W of the electric wiring 201a must be designed under the condition that the electric field on the semiconductor wafer 10 keeps a parallel electric field, no matter what the concave portion 201b is formed in the electric measurement electrode 201. I have to. Therefore, it is necessary to set conditions under which the concave portions 201b most adversely affect the electric field on the semiconductor wafer 10, that is, conditions under which electric lines of force are concentrated and distributed at both ends of the width W of the electric wiring 201a.
【0040】上記条件を満足するために、幅Wを隔てて
2つの点電荷が存在するときの同一ポテンシャル面(等
電位面)をMoonとSpencer(プリッツ著「電
界計算法」朝倉書店(1974)参照)が見い出した次
式(1)の写像関数に解析する。In order to satisfy the above conditions, the same potential surface (equipotential surface) when there are two point charges separated by a width W is defined by Moon and Spencer ("Electric field calculation method" by Pretz, Asakura Shoten (1974)). (See) to find the mapping function of the following equation (1).
【0041】 Z=(W/2)(ea+1)1/2 但し、a=X+iY …(1)Z = (W / 2) (e a +1) 1/2 where a = X + iY (1)
【0042】この複素関数の実数部が等電位面を表す関
数群となる。そこで、この関数群のうち必要な2象限の
みを具体的にプロットしたのが図6である。図6から明
らかなように、幅Wを隔てて2つの点電荷q,q′が存
在したとしても、この点電荷q,q′からW/2以上離
れた点での等電位面は略水平となっている。すなわち、
点電荷q,q′からW/2以上離れた点での電界は、こ
の等電位面に直交するので幅Wの平面に対して略垂直と
なるのである。The real part of this complex function is a function group representing the equipotential surface. Therefore, FIG. 6 specifically plots only the necessary two quadrants of this function group. As is clear from FIG. 6, even if there are two point charges q and q ′ across the width W, the equipotential surface at a point W / 2 or more away from the point charges q and q ′ is substantially horizontal. Has become. That is,
The electric field at a point separated by W / 2 or more from the point charges q and q'is orthogonal to this equipotential surface, and therefore is substantially perpendicular to the plane of width W.
【0043】従って、図5に示すように半導体ウエハ1
0上の電界が幅Wの点電荷によっても乱されることなく
平行電界であるための条件は、半導体ウエハ10と電気
測定用電極201との距離Dが幅Wの1/2以上であれ
ば十分であることが解かる。距離Dを約1μm以下とし
ている本実施例にあっては、幅Wが0.8μmである電
気配線201aはこの条件を完全に充足する。Therefore, as shown in FIG.
The condition for the electric field on 0 to be a parallel electric field without being disturbed by the point charges having the width W is that the distance D between the semiconductor wafer 10 and the electrode for electrical measurement 201 is 1/2 or more of the width W. It turns out to be sufficient. In the present embodiment in which the distance D is about 1 μm or less, the electrical wiring 201a having the width W of 0.8 μm completely satisfies this condition.
【0044】また、本実施例の電気配線201aは、電
気測定用電極201に対して幅Wの0.8μmよりも長
い軌跡の外径300μmの中空円筒形状で導通してい
る。このため、上述した幅Wに課せられる制約を満足し
つつも、約238μm2 という大きな面積で電気測定用
電極201と導通し、その接触抵抗を小さく抑制するこ
とができる。Further, the electric wiring 201a of this embodiment is electrically connected to the electric measurement electrode 201 in the shape of a hollow cylinder having an outer diameter of 300 μm, which is a locus longer than 0.8 μm having a width W. Therefore, while satisfying the constraint imposed on the width W described above, it is possible to conduct electricity to the electrical measurement electrode 201 over a large area of about 238 μm 2 and suppress the contact resistance thereof to be small.
【0045】さらに、電極パターン200の中央部に位
置することが望ましい電気測定用電極201の電気配線
201aをコーンガラス66を貫通して設けたため、電
気測定用電極201の外周に設けられるガードリング電
極120を完全に閉じた閉曲面の電極とすることが可能
となる。このような閉曲面のガードリング電極120を
設けることによって、平行度調整用電極111〜113
からの影響を完全に遮断して電気測定用電極201の容
量値を測定できるので、電気測定の測定精度を向上させ
ることができるという効果を奏する。Further, since the electrical wiring 201a of the electrode for electric measurement 201, which is preferably located in the center of the electrode pattern 200, is provided through the cone glass 66, the guard ring electrode provided on the outer periphery of the electrode for electric measurement 201 is provided. It becomes possible to make 120 a closed curved surface electrode which is completely closed. By providing the guard ring electrode 120 having such a closed curved surface, the parallelism adjusting electrodes 111 to 113 are formed.
Since the capacitance value of the electrode 201 for electric measurement can be measured by completely shutting off the influence from, the measurement accuracy of electric measurement can be improved.
【0046】以上のようにしてコーンガラス66の最外
周部にまで引き出された配線111a〜113a、12
0a、201aは、コーンガラス66の側斜面66bの
端部において、外部のリード線と接続される。この配線
の接続は、ワイヤボンディングや硬化性の銀ペーストで
行なわれ、その接続部は数百μm盛り上がることもあ
る。コーンガラス66の底面66aから上方に離れた位
置において配線を接続するようにしたのは、コーンガラ
ス66の底面66aと半導体ウエハ10の表面との間に
接続部の盛り上がりが挟まれないようにするためであ
る。電気測定時には、底面66aと半導体ウエハ10の
表面とのギャップが約1μm以下に設定されるので、数
百μm程度の配線の接続部の盛り上がりが底面66a近
くにあると、接続部の盛り上がりが半導体ウエハ10と
接触してしまうという問題を生じる。本実施例では円錐
台状のコーンガラス66を用いたため、この様に底面6
6aから離れたところで電極形成部64上の配線と外部
のリード線とを接続できる。The wirings 111a to 113a and 12 drawn out to the outermost peripheral portion of the cone glass 66 as described above.
0a and 201a are connected to external lead wires at the ends of the side slopes 66b of the cone glass 66. The wiring is connected by wire bonding or a curable silver paste, and the connecting portion may rise by several hundreds of μm. The wiring is connected at a position separated upward from the bottom surface 66a of the cone glass 66 so that the bulge of the connection portion is not sandwiched between the bottom surface 66a of the cone glass 66 and the surface of the semiconductor wafer 10. This is because. At the time of electrical measurement, the gap between the bottom surface 66a and the surface of the semiconductor wafer 10 is set to about 1 μm or less. The problem of contact with the wafer 10 arises. In this embodiment, since the truncated cone cone glass 66 is used, the bottom surface 6 is formed in this way.
The wiring on the electrode forming portion 64 can be connected to an external lead wire at a position separated from 6a.
【0047】以上、詳細に説明したように優れた効果を
奏するセンサヘッド60は、次の様な工程順序にて製造
される。As described above in detail, the sensor head 60 having excellent effects is manufactured in the following process sequence.
【0048】まず、コーンガラス66の材料として用い
るBK7などの光学ガラスを研磨して図4の斜視図に示
すような形状とする。このコーンガラス66の底面が上
述した電極を形成する面となる。次に、コーンガラス6
6の中央部にリング状の貫通孔を穿設し、ここに電気配
線201aとなる白金をスルーホール製作と同様の工程
により埋設する。そして、電極パターン200を形成す
るコーンガラス66の底面66aを研磨し、必要な平滑
度に仕上げた後に、エッチングや蒸着などの技法により
上記形状の電極パターン200を形成するのである。First, an optical glass such as BK7 used as a material for the cone glass 66 is polished into a shape as shown in the perspective view of FIG. The bottom surface of this cone glass 66 becomes the surface forming the above-mentioned electrode. Next, cone glass 6
A ring-shaped through hole is formed at the center of 6, and platinum to be the electric wiring 201a is buried in the through hole by the same process as the through hole fabrication. Then, the bottom surface 66a of the cone glass 66 forming the electrode pattern 200 is polished and finished to have a required smoothness, and then the electrode pattern 200 having the above-mentioned shape is formed by a technique such as etching or vapor deposition.
【0049】この様な製造方法によれば、いかような形
状、幅W、長さの電気配線201aを製作するとして
も、その製作に最適なスルーホール製作法を適用するこ
とが可能となり、また技術的に確立されたスルーホール
製作法を適用することで断線などに強い長寿命のセンサ
ヘッド60を製造することができる。According to such a manufacturing method, no matter what shape, width W, and length the electric wiring 201a is manufactured, it is possible to apply the through-hole manufacturing method most suitable for the manufacturing. By applying the technically established through-hole manufacturing method, it is possible to manufacture the sensor head 60 having a long life which is resistant to disconnection and the like.
【0050】さらに、電気配線201aの形成工程の後
に研磨工程が行われるため、電気配線201aの製作工
程で底面66aの平滑度が乱されたとしてもこれを修正
し、所望平滑度の面を形成することができる。また、光
学ガラスを材料とするコーンガラス66に比較して白金
からなる電気配線201aの硬度は低いため、上記研磨
工程にて底面66aに露出する電気配線201aはコー
ンガラス66に比べて大きく研磨され、図5に示したよ
うな凹状部201bを形成することができる。Further, since the polishing step is performed after the step of forming the electric wiring 201a, even if the smoothness of the bottom surface 66a is disturbed in the manufacturing step of the electric wiring 201a, this is corrected to form a surface having a desired smoothness. can do. Further, since the hardness of the electric wiring 201a made of platinum is lower than that of the cone glass 66 made of optical glass, the electric wiring 201a exposed on the bottom surface 66a in the above polishing step is polished much more than the cone glass 66. The concave portion 201b as shown in FIG. 5 can be formed.
【0051】以上、実施例のセンサヘッド60について
説明したが、電気配線201aの形状等は上記実施例に
限られるものではなく、電気測定装置MDの全体構成に
応じて最適に設計することができる。すなわち、電気配
線201aは、その幅Wが電気測定用電極201と被測
定対象である半導体ウエハ10との距離Dの2倍以下で
ある条件さえ満足するならばその形状は任意であり、例
えば、図7の電気配線201aaに示すように直線状と
しても何ら差し支えない。また、図8に示すように、コ
ーンガラス66を貫通した電気配線201abをその側
斜面66bにまで引き回し、外部測定器との接続箇所も
変更してもよい。さらには、接触抵抗の問題を無視すれ
ば、電気配線201aを単なる線条の導線から構成した
ものであってもよい。Although the sensor head 60 of the embodiment has been described above, the shape and the like of the electric wiring 201a are not limited to those in the above embodiment, and can be optimally designed according to the overall configuration of the electric measuring device MD. . That is, the electric wiring 201a may have any shape as long as the width W satisfies the condition that the width W is equal to or less than twice the distance D between the electric measurement electrode 201 and the semiconductor wafer 10 to be measured. As shown in the electric wiring 201aa in FIG. 7, it may be straight. Further, as shown in FIG. 8, the electric wiring 201ab penetrating the cone glass 66 may be routed to the side sloped surface 66b, and the connection point with the external measuring instrument may be changed. Further, if the problem of contact resistance is ignored, the electric wiring 201a may be configured by a simple wire conductor.
【0052】また、電気配線201aに限らず、その他
の電極パターン200の形状なども任意に設計すること
ができる。図9は、電気配線201acを詳述した実施
例と同じく中空円筒形状とし、この電気配線201ac
と導通している電気測定用電極201xをリング状とし
て例である。この様に電気測定用電極201xをリング
状とするならば、コーンガラス66の底面66aの中央
部にレーザ光の反射面66eを設けることができ、光学
測定系による半導体ウエハ10とのギャップ測定を簡略
に行える効果がある。Further, the shape of the electrode pattern 200 other than the electric wiring 201a can be designed arbitrarily. In FIG. 9, the electric wiring 201ac has a hollow cylindrical shape as in the detailed embodiment, and the electric wiring 201ac is
This is an example in which the electrode for electrical measurement 201x that is in conduction with is formed in a ring shape. If the electrical measurement electrode 201x is formed in a ring shape in this way, a laser light reflection surface 66e can be provided at the center of the bottom surface 66a of the cone glass 66, and the gap measurement with the semiconductor wafer 10 by the optical measurement system can be performed. The effect is simple.
【0053】また、電気測定用電極201の配線である
電気配線201aに限らず、その他の電極パターン20
0の配線をコーンガラス66を貫通して形成することも
できる。図10は、その他の電極パターンである平行度
調整用電極111b〜113b、ガードリング電極12
0bの配線111c〜113c、120cを電気測定用
電極201yの電気配線201adと同様にスルーホー
ル状とした実施例である。この実施例によれば、底面6
6aに形成される電極パターン200が必要最低限とな
ってその占有面積が最小となり、かつ、それぞれの電極
パターンが完全に独立するために電極形状の設計の自由
度が大きくなるという効果がある。Further, the electrode pattern 20 is not limited to the electric wiring 201a, which is the wiring of the electric measurement electrode 201, and other electrode patterns 20.
It is also possible to form a wiring of 0 through the cone glass 66. FIG. 10 shows other electrode patterns, ie, parallelism adjusting electrodes 111b to 113b and a guard ring electrode 12.
This is an example in which the wirings 111c to 113c and 120c of 0b are formed in through holes like the electrical wiring 201ad of the electrode 201y for electric measurement. According to this embodiment, the bottom surface 6
There is an effect that the electrode pattern 200 formed on 6a becomes the minimum necessary and the occupied area thereof becomes the minimum, and the electrode patterns are completely independent, so that the degree of freedom in designing the electrode shape is increased.
【0054】なお、この発明は記述の実施例に限られる
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々
の態様において実施することが可能であり、C−V測定
装置用のセンサヘッドに限らず、一般に、測定用電極と
半導体基板との間の電気特性を非接触で測定する装置に
利用されるセンサヘッドに適用できる。The present invention is not limited to the embodiments described above, but can be implemented in various forms without departing from the scope of the invention, and is not limited to a sensor head for a CV measuring device. Generally, it can be applied to a sensor head used in an apparatus for measuring the electrical characteristics between a measuring electrode and a semiconductor substrate in a non-contact manner.
【0055】他の電気測定としては、例えば、ゼルブス
ト法によって合成容量Ctaの時間依存性を調べること
により、半導体表面近傍の特性を評価するものなどがあ
る。また、インピーダンスメータ24によってコンダク
タンスを測定すれば、半導体ウエハと酸化膜との界面に
おける界面準位などを評価することも可能である。さら
に、半導体ウエハの洗浄処理、熱酸化処理、酸化膜の安
定化熱処理等の各処理の間に、半導体ウエハに酸化膜が
形成されていない状態でC−V測定を実行すれば、これ
らの各処理の良否を判定することができる。Other electrical measurements include, for example, the evaluation of the characteristics near the semiconductor surface by examining the time dependence of the combined capacitance Cta by the Zerubst method. Further, if the conductance is measured by the impedance meter 24, it is possible to evaluate the interface state and the like at the interface between the semiconductor wafer and the oxide film. Furthermore, if CV measurement is performed in the state where no oxide film is formed on the semiconductor wafer during each process such as the cleaning process of the semiconductor wafer, the thermal oxidation process, and the heat treatment for stabilizing the oxide film, each of these processes is performed. The quality of processing can be determined.
【図1】半導体の電気測定方法の概要を示す説明図であ
る。FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of an electric measurement method for a semiconductor.
【図2】従来の非接触電気測定用センサの構造説明図で
ある。FIG. 2 is a structural explanatory view of a conventional sensor for non-contact electrical measurement.
【図3】この発明の第1実施例としての電気測定装置の
構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an electric measuring device as a first embodiment of the present invention.
【図4】その電気測定装置のセンサヘッドの底面斜視図
である。FIG. 4 is a bottom perspective view of a sensor head of the electric measuring device.
【図5】そのセンサヘッドにより半導体ウエハ上に発生
する電界の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of an electric field generated on a semiconductor wafer by the sensor head.
【図6】2つの点電荷により発生する等電位面の説明図
である。FIG. 6 is an explanatory diagram of an equipotential surface generated by two point charges.
【図7】第2実施例のセンサヘッドの底面斜視図であ
る。FIG. 7 is a bottom perspective view of the sensor head of the second embodiment.
【図8】第3実施例のセンサヘッドの底面斜視図であ
る。FIG. 8 is a bottom perspective view of the sensor head of the third embodiment.
【図9】第4実施例のセンサヘッドの底面斜視図であ
る。FIG. 9 is a bottom perspective view of the sensor head of the fourth embodiment.
【図10】第5実施例のセンサヘッドの底面斜視図であ
る。FIG. 10 is a bottom perspective view of the sensor head of the fifth embodiment.
10…半導体ウエハ 20…測定部 22…光量測定器 24…インピーダンスメータ 26…位置制御装置 28…ホストコントローラ 32…ベース 34…駆動装置 34a…ボールネジ部 36…架台 38…試料テーブル 40…筺体 42…フランジ 44…圧電アクチュエータ部 48…支持板 50…支持筒 60…センサヘッド 62…直角プリズム 64…電極形成部 66…コーンガラス 66a…底面 66b…側斜面 66c…表面 66d…環状側面 66e…反射面 70…レーザ発振器 72…受光センサ 111〜113…平行度調整用電極 111a〜113a…配線 120…ガードリング電極 200…電極パターン 201…電気測定用電極 201a…電気配線 201aa…電気配線 201ab…電気配線 201ac…電気配線 201ad…電気配線 10 ... Semiconductor wafer 20 ... Measuring unit 22 ... Light quantity measuring device 24 ... Impedance meter 26 ... Position control device 28 ... Host controller 32 ... Base 34 ... Drive device 34a ... Ball screw part 36 ... Stand 38 ... Sample table 40 ... Housing 42 ... Flange 44 ... Piezoelectric actuator 48 ... Support plate 50 ... Support tube 60 ... Sensor head 62 ... Right angle prism 64 ... Electrode forming part 66 ... Corn glass 66a ... bottom 66b ... Side slope 66c ... surface 66d ... annular side surface 66e ... Reflective surface 70 ... Laser oscillator 72 ... Light receiving sensor 111 to 113 ... Electrodes for adjusting parallelism 111a to 113a ... Wiring 120 ... Guard ring electrode 200 ... Electrode pattern 201 ... Electrode for electrical measurement 201a ... electrical wiring 201aa ... electrical wiring 201ab ... electrical wiring 201ac ... electrical wiring 201ad ... electrical wiring
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−82541(JP,A) 特開 平1−199172(JP,A) 実開 平2−118274(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 1/06 - 1/073 G01R 31/28 - 31/3193 Continuation of the front page (56) References JP-A 64-82541 (JP, A) JP-A 1-199172 (JP, A) Actual development 2-118274 (JP, U) (58) Fields investigated (Int .Cl. 7 , DB name) G01R 1/06-1/073 G01R 31/28-31/3193
Claims (6)
ててほぼ平行に配置された電気測定用電極によって、前
記半導体の電気特性の測定を行なう非接触電気測定セン
サであって、第1の表面と、前記第1の表面と略平行な第2の表面と
を有し、前記第1の表面上に 前記電気測定用電極を保持
するとともに、光学ガラスで形成され光導波路となる電
極保持手段と、前記電気測定用電極と外部の測定器とを接続するための
電気配線と、 を備えるとともに、 前記電気配線は、 前記電気測定用電極の前記第1の表面と接する側の 面に
導通し、かつ前記電極保持手段の前記第1の表面から前
記第2の表面まで貫通して形成されたことを特徴とする
非接触電気測定用センサ。1. A predetermined gap is formed between the semiconductor surface and the semiconductor surface.
The electrodes for electrical measurement placed almost parallel to each other
A contactless electrical measurement sensor for measuring electrical characteristics of a semiconductor , comprising: a first surface; and a second surface substantially parallel to the first surface.
And an electrode holding means for holding the electric measurement electrode on the first surface and forming an optical waveguide formed of optical glass, the electric measurement electrode and an external measuring device. For connecting with
Electrical wiring is provided, the electrical wiring is electrically connected to a surface of the electrical measurement electrode that is in contact with the first surface, and the electrical wiring is provided in front of the first surface of the electrode holding means.
A sensor for non-contact electrical measurement, which is formed so as to penetrate to the second surface .
であって、 前記電極保持手段の前記第1の表面上に保持されるとと
もに、前記電気測定用電極の周囲のすべてを非接触で取
り囲むガードリング電極を備える非接触電気測定用セン
サ。 2. A sensor for non-contact electrical measurement according to claim 1.
And when held on the first surface of the electrode holding means:
However, the entire circumference of the electrical measurement electrode is removed without contact.
Non-contact electrical measurement sensor with a surrounding guard ring electrode
Sa.
導通している導通部の導通面が幅Wの環状となる中空円
筒形の導電体であり、前記幅Wは、前記電気測定用電極
と前記半導体との所定ギャップDの2倍以下であること
を特徴とする請求項1または2記載の非接触電気測定用
センサ。3. A hollow circle in which the conductive surface of a conductive portion of the electrical wiring, which is in electrical communication with the electrical measurement electrode, is an annular shape having a width W.
A conductor of the tubular, wherein the width W is, non-contact electrical measurement sensor according to claim 1, wherein a is less than twice the predetermined gap D between the semiconductor and the test electrode .
導通している導通部の導通面が幅W、長さL(>W)の
細線状となる板形の導電体であり、前記幅Wは、前記電
気測定用電極と前記半導体との所定ギャップDの2倍以
下であることを特徴とする請求項1または2記載の非接
触電気測定用センサ。4. The electric wiring has a conductive surface of a conductive portion, which has a width W and a length L (> W), which is conductive with the electrode for electrical measurement .
3. A non-contact plate-shaped conductor having a thin wire shape, wherein the width W is equal to or less than twice a predetermined gap D between the electrode for electrical measurement and the semiconductor. Electrical measurement sensor.
電気配線と、 を備え、半導体の表面との間に所定ギャップを隔ててほ
ぼ平行に配置された前 記電気測定用電極によって、前記
半導体の電気特性の測定を行なう非接触電気測定用セン
サの製造方法において、 前記電極保持手段を貫通して導電性の電気配線を形成
し、 該電気配線が露出している前記電極保持手段の少なくと
も一面を所定平滑度に研磨し、 該研磨した前記電極保持手段の一面の所定箇所に電気測
定用電極を形成することを特徴とする非接触電気測定用
センサの製造方法。5. A test electrode, and the electrode holding means for holding a pre-Symbol test electrode, and a <br/> electrical wiring for connecting the test electrode and the external measuring instrument And a predetermined gap from the surface of the semiconductor.
The previous SL for electric measurement electrodes arranged parallel to pot, in the manufacturing method of non-contact electrical measurement sensor for measuring the electrical characteristics of the semiconductor to form an electrical wiring of the conductive through said electrode holding means A surface of the electrode holding means where the electrical wiring is exposed is polished to a predetermined smoothness, and an electrode for electrical measurement is formed at a predetermined location on the one surface of the polished electrode holding means. Manufacturing method of sensor for contact electric measurement.
接触電気測定用センサの電極保持手段に対して同一もし
くは低い硬度の導電性の物質により行われることを特徴
とする請求項5記載の非接触電気測定用センサの製造方
法。6. The method according to claim 5, wherein the step of forming the electric wiring is performed with respect to the electrode holding means of the sensor for non-contact electrical measurement using the same or a conductive material having a low hardness. Manufacturing method of sensor for non-contact electric measurement.
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