(57)【要約】【課題】半導体ウェーハの抵抗率を正確に且つ容易に測定ができる半導体評価装置を提供する。【解決手段】半導体ウェーハＷの表面に水銀プローブ２を接触させて、半導体ウェーハＷの電気的特性の評価を行う半導体評価装置であって、水銀プローブ２は、半導体ウェーハＷの表面と垂直な方向に自由に移動可能な状態で、半導体ウェーハＷの表面に載置可能に構成されている。【選択図】図５
2010153611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハの表面に水銀プローブを接触させて、前記半導体ウェーハの電気的特性の評価を行う半導体評価装置であって、
前記水銀プローブは、前記半導体ウェーハの表面と垂直な方向に自由に移動可能な状態で、前記半導体ウェーハの表面に載置可能に構成されている半導体評価装置。
【請求項２】
前記水銀プローブは、前記半導体ウェーハの表面に対して平行な方向の移動が拘束されている請求項１に記載の半導体評価装置。
【請求項３】
前記水銀プローブは、前記半導体ウェーハの表面の傾斜に従って傾くことが許容されている請求項１又は２に記載の半導体評価装置。
【請求項４】
前記水銀プローブを下方から支持する支持部を有するプローブ支持具をさらに備え、
前記水銀プローブは、前記支持部に下方から掛止される掛止部を備え、
前記掛止部が前記支持部に下方から掛止された状態で、前記水銀プローブの先端は、前記支持部よりも下方に位置する請求項１から３のいずれかに記載の半導体評価装置。
【請求項５】
前記半導体ウェーハは、表面にエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルウェーハである請求項１から４のいずれかに記載の半導体評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハの表面に水銀プローブを接触させて、半導体ウェーハの電気的特性の評価を行う半導体評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン等からなる半導体デバイスの高集積化が著しく進んでおり、半導体デバイスとなる半導体ウェーハ自体の高品質化が一層厳しく要求されている。即ち、高集積化とともに回路パターンがますます微細化されるため、半導体ウェーハにおけるデバイスが形成されるデバイス活性領域では、リーク電流の増大やキャリアのライフタイムの低下原因となる転位等の結晶欠陥及び金属系不純物の低減及び除去等が従来に増して厳しく求められている。かかる要請から結晶欠陥をほぼ完全に含まないエピタキシャル層を半導体ウェーハ上に成長させたエピタキシャルウェーハが開発され、高集積化デバイスの製造に多く使用されている。
【０００３】
エピタキシャルウェーハの品質管理項目には、エピタキシャル層の抵抗率、エピタキシャル層の平坦度、エピタキシャルウェーハの反り、エピタキシャル層における表面のヘイズ等がある。これらの中でもエピタキシャル層の抵抗率については、エピタキシャルウェーハにおいて最も基本的な特性であるため、正確な測定が要求されている。
【０００４】
従来から、エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の抵抗率の測定方法として、容量−電圧法の一種であるＨｇ−ＣＶ法が広く用いられている。このＨｇ−ＣＶ法は、まず、エピタキシャル層の表面に酸化膜を形成させ、この酸化膜上に水銀プローブの先端を接触させることによっていわゆるショットキー接合を形成させる。次に、このショットキー接合を挟んで容量（Ｃ）−逆方向電圧（Ｖ）特性を測定し、このＣ−Ｖ特性結果、ドナー濃度等から抵抗率を計測する。このようなＨｇ−ＣＶ法を原理としたエピタキシャル層の抵抗率測定装置として、下記特許文献１に記載された装置が知られている。
【特許文献１】特開平６−１４０４７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の装置は、半導体ウェーハの抵抗率の測定の際に、水銀プローブの先端の位置を、半導体ウェーハの表面の所望の測定位置に合わせることで、水銀プローブの先端と半導体ウェーハの表面とを接触させる。より具体的には、水銀プローブを支持するプローブ支持具を気圧的に上昇又は下降させることで、水銀プローブの先端を半導体ウェーハの表面に近づけて、水銀プローブの先端が、半導体ウェーハの表面に接触するように試みる。接触しなかった場合には、水銀プローブの先端と、半導体ウェーハの表面とを接触させるための微調整手段により、水銀プローブの先端と半導体ウェーハの表面とを接触させる。通常、微調整を行わずに水銀プローブと半導体ウェーハの表面とを接触させるのは困難である。このように、特許文献１に記載の装置では、位置合わせを２回行う必要があり、特に微調整手段による位置合わせでは厳密な位置合わせが要求される。その結果、半導体ウェーハの抵抗率の測定には、位置合わせに多大な時間と労力が必要になり、改善が求められている。
【０００６】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、半導体ウェーハの抵抗率を正確に且つ容易に測定ができる半導体評価装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）半導体ウェーハの表面に水銀プローブを接触させて、前記半導体ウェーハの電気的特性の評価を行う半導体評価装置であって、前記水銀プローブは、前記半導体ウェーハの表面と垂直な方向に自由に移動可能な状態で、前記半導体ウェーハの表面に載置可能に構成されていることを特徴とする。
【０００８】
（２）また、前記水銀プローブは、前記半導体ウェーハの表面に対して平行な方向の移動が拘束されていることが好ましい。
【０００９】
（３）また、前記水銀プローブは、前記半導体ウェーハの表面の傾斜に従って傾くことが許容されていることが好ましい。
【００１０】
（４）また、前記水銀プローブを下方から支持する支持部を有するプローブ支持具をさらに備え、前記水銀プローブは、前記支持部に下方から掛止される掛止部を備え、前記掛止部が前記支持部に下方から掛止された状態で、前記水銀プローブの先端は、前記支持部よりも下方に位置することが好ましい。
【００１１】
（５）また、前記半導体ウェーハは、表面にエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルウェーハであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、半導体ウェーハの表面に水銀プローブを接触させて、半導体ウェーハの電気的特性の評価を行う半導体評価装置において、半導体ウェーハの抵抗率を正確に且つ容易に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の半導体評価装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の半導体評価装置の構成を示す模式図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は斜視図である。図２は、プローブ支持具に、水銀プローブが支持された状態を示す部分拡大側面図である。図３は、水銀プローブを示す模式図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は底面図である。図４は、プローブ支持具を示す模式図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図である。図５（Ａ）から図５（Ｃ）は、水銀プローブの移動を順次示す側面図である。図６は、水銀電極と半導体ウェーハの表面との接触面積の変化を示す図である。図７（Ａ）から図７（Ｃ）は、それぞれ水銀プローブの先端と半導体ウェーハの表面との接触部分を示す図である。
【００１４】
図１から図５に示すように、本実施形態の半導体評価装置１は、水銀プローブ２の先端面２５を半導体ウェーハ３の表面に接触させて、半導体ウェーハＷの抵抗率を測定する半導体評価装置である。
【００１５】
本実施形態の半導体評価装置１について説明する。図１から図６に示すように、本実施形態の半導体評価装置１は、水銀プローブ２と、プローブ支持具３と、電極４と、第一配線５と、第二配線６と、抵抗率測定部７と、ステージ８と、気圧調整部９とを備える。本実施形態の半導体評価装置１によれば、先ず、プローブ支持具３に支持された水銀プローブ２を半導体ウェーハＷに向けて移動させ、水銀プローブ２の先端面２５を半導体ウェーハＷに接触させる（図５（Ｃ）参照）。次いで、抵抗率測定部７から第二配線６を通して、半導体ウェーハＷに対して与えられる電気的刺激による半導体ウェーハＷの反応を、水銀プローブ２から第一配線５を通して抵抗率測定部７で観測する。なお、本実施形態において、プローブ支持具３が延びる水平方向を「Ｘ方向」とし、Ｘ方向と直交する水平方向を「Ｙ方向」とし、Ｘ方向及びＹ方向と直交する上下方向を「Ｚ方向」とする。
【００１６】
水銀プローブ２は、半導体ウェーハＷの表面に接触させる水銀電極２２を備えた部材である。図３に示すように、水銀プローブ２は、プローブ本体２１と、水銀電極２２と、毛細管２３と、電極端子２４と、先端面２５と、圧縮ガス供給管２６とを備える。毛細管２３は、プローブ本体２１の上端から先端面２５に亘って上下方向（Ｚ方向）に貫通している。水銀電極２２は、毛細管２３の先端部分に配置される。電極端子２４は、プローブ本体２１の上端に設けられる。水銀プローブ２の詳細については後述する。
【００１７】
プローブ支持具３は、水銀プローブ２を下方から支持するためのＸ方向に棒状に延びた部材である。図４に示すように、プローブ支持具３は、支持部３１と、開口部３２とを備える。支持部３１及び開口部３２は、プローブ支持具３の一端に設けられている。プローブ支持具３の他端は、プローブ支持具３を移動するための移動機構（図示せず）に接続されている。プローブ支持具３の詳細については後述する。
【００１８】
抵抗率測定部７は、半導体ウェーハＷに電気的刺激を与えて、半導体ウェーハＷの抵抗率を測定するための部位である。抵抗率測定部７は、第一配線５の一端と第二配線６の一端がそれぞれ接続されている。上述の通り、抵抗率測定部７から送られた電気的刺激は、第二配線６、電極４の順で送られ、その後、半導体ウェーハＷに到達する。この電気的刺激による半導体ウェーハＷの反応が、水銀電極２２、金属ワイヤ２４１、金属端子２４、第一配線５の順で抵抗率測定部７まで伝達される。その結果、半導体ウェーハＷの抵抗率が測定される。
【００１９】
第二配線６は、電極４と抵抗率測定部７とを電気的に接続する部位である。第二配線６の一端は、抵抗率測定部７と接続し、第二配線６の他端は、電極４と接続する。第二配線６は、抵抗率測定部７から送られる電気的刺激を電極４に伝達する。
【００２０】
電極４は、第二配線６と半導体ウェーハＷとを電気的に接続する部位である。半導体ウェーハＷと第二配線６とが電気的に接続することで、抵抗率測定部７から送られた電気的刺激は、半導体ウェーハＷに到達する。
【００２１】
第一配線５は、抵抗率測定部７と電極端子２４とを電気的に接続する部位である。第一配線５の一端は、抵抗率測定部７と接続し、第一配線５の他端は、電極端子２４と接続する。第一配線５は、電気的刺激による半導体ウェーハＷの反応を電極端子２４から抵抗率測定部７まで伝達する。
【００２２】
ステージ８は、半導体ウェーハＷを載置するための部位である。ステージ８は、ウェーハ移動部８１を備える。
ウェーハ移動部８１は、ステージ８に載置された半導体ウェーハＷをＸＹ平面の面方向に移動させるための部位である。ウェーハ移動部８１は、ステージ８において、半導体ウェーハＷと接する側の上端部に位置する。ウェーハ移動部８１により、半導体ウェーハＷをステージ８上でＸＹ平面の面方向に移動させることにより、水銀プローブ２の先端面２５と対向する位置に、半導体ウェーハＷ上の所望の測定位置を合わせることができる。
【００２３】
気圧調整部９は、毛細管２３内の内圧を調整するための部位である。気圧調整部９は、圧縮ガス供給管２６を介して、毛細管２３と繋がっている。
【００２４】
半導体ウェーハＷは、本実施形態の半導体評価装置１の評価対象となる部位である。半導体ウェーハＷは、半導体ウェーハＷの表面の所定の位置で電極４と接する。電極４は、第二配線６の他端と接し、第二配線６の一端は抵抗率測定部７に接続されている。
【００２５】
図１に示すように、評価対象となる半導体ウェーハＷは、ステージ８上に載置される。ステージ８は、半導体ウェーハＷを移動させるためのウェーハ移動部８１を備える。このウェーハ移動部８１により、半導体ウェーハＷは、ステージ８上をＸＹ平面の面方向に移動できる。
【００２６】
評価対象となる半導体ウェーハＷの種類は特に限定されず、従来公知の半導体ウェーハを評価対象とすることができる。従来公知の半導体ウェーハとしては、例えば、エピタキシャルウェーハ、ポリッシュドウェーハ、ＳＯＩウェーハ、ゲルマニウムウェーハ、ＳｉＣウェーハ等が挙げられる。ここで、エピタキシャルウェーハとは、シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）の表面に、エピタキシャル成長により、エピタキシャル層を形成させたものをいう。
【００２７】
本発明の半導体評価装置は、これらの従来公知の半導体ウェーハの中でも、特にエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層を評価対象に好ましく適用できる。エピタキシャルウェーハは、高集積化デバイスの製造に多く使用されており、高集積化による微細化のため、その品質管理には、より正確な評価が求められるからである。
【００２８】
水銀プローブ２について詳細に説明する。図３に示すように、プローブ本体２１は、プローブ支持具３の支持部３１（詳細は後述する）に下方から掛止される部位である。プローブ本体２１は、掛止部２１１と、中腹部２１２と、先端部２１３とを備える。中腹部２１２は、掛止部２１１の下に連結し、先端部２１３は、中腹部２１２の下に連結する。
【００２９】
図３に示すように、掛止部２１１は、プローブ支持具３の支持部３１と当接する部位である。掛止部２１１は、プローブ本体２１の上端に位置する。掛止部２１１は、円柱状であり、掛止部２１１の上端の半径及び下端の半径は共にＲ１である。掛止部２１１の下端の中央部は、中腹部２１２の上端の中央部と連結する。
【００３０】
図３に示すように、中腹部２１２は、中腹部２１２の上端から下端に向かう間の所定の位置までテーパー状に縮径している。中腹部２１２がこのような形状を有することで、半導体ウェーハＷの抵抗率の測定時に、水銀プローブ２は、必要に応じて傾くことができる。中腹部２１２は、プローブ本体２１の中央部に位置する。中腹部２１２は、上部が下に窄まる円錐台状であり、下部が円柱状である。中腹部２１２の上端の半径は、Ｒ２である（Ｒ１＞Ｒ２）。その結果、掛止部２１１の下端には円環状の掛止面２１１Ａが形成される。図２に示すように、掛止面２１１Ａの少なくとも一部が、プローブ支持具３における支持部３１の上端面と当接することで、水銀プローブ２は、プローブ支持具３に支持される。また、中腹部２１２の縮径が終わる所定の位置（Ｚ１）において、水銀プローブ本体２１の短手方向に切断したときの切断面の半径はＲ３である（Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３）。中腹部２１２の下端の半径もＲ３である。そして、中腹部２１２の上端から位置Ｚ１までの面と、中腹部２１２の下端から位置Ｚ１までの面とが成す角度はφである。角度φは、１３５から１６０°であることが好ましい。
【００３１】
先端部２１３は、水銀プローブ２の先端に位置する先端面２５を備える部位である。先端部２１３も円柱状である。そして、先端部２１３は、上端が中腹部２１２の下端の中央部と連結する。
【００３２】
水銀電極２２は、半導体ウェーハＷの抵抗率の測定の際に半導体ウェーハＷの表面に接触させる部位である。したがって、半導体ウェーハＷの抵抗率の測定時には、水銀電極２２は、毛細管２３の先端側に配置される。そして、水銀電極２２の先端は、先端面２５と同一の平面上又は水銀プローブ２の先端面２５から突出する位置に配置される。
【００３３】
毛細管２３は、水銀電極２２を充填する部位である。毛細管２３は、その上部に分岐路２３１を備える。毛細管２３は、プローブ本体２１の長手方向（Ｚ方向）に沿ってプローブ本体２１の先端部２１３の先端から掛止部２１１の上端の間を貫通するように設けられている。上記の通り、毛細管２３の先端部（下端部）には、水銀を充填してなる水銀電極２２が設けられており、この水銀電極２２によって、毛細管２３の先端部が閉塞されている。
【００３４】
分岐路２３１は、毛細管２３の中間部分と圧縮ガス供給管２６とを繋ぐための部位である。この分岐路２３１の先端は、圧縮ガス供給管２６の一端と接続される。この圧縮ガス供給管２６の他端は、気圧調整部９と接続される。
【００３５】
電極端子２４は、プローブ本体２１の掛止部２１１の上端に設けられる。電極端子２４の上端は、第一配線５と接続されている。また、電極端子２４は、毛細管２３の上端を閉塞している。
【００３６】
上記気圧調整部９は、圧縮ガス供給管２６を介して毛細管２３の内圧を調整できるように構成されている。上記の通り、毛細管２３の先端は水銀電極２２によって閉塞され、毛細管２３の上端は電極端子２４によって閉塞されている。このため、上記気圧調整部９により毛細管２３の内圧を変動させることによって、水銀電極２２は、その内圧に応じて毛細管２３の長手方向（±Ｚ方向）に沿って移動する。
【００３７】
金属ワイヤ２４１は、水銀電極２２と電極端子２４とを電気的に接続する部位である。金属ワイヤ２４１は、水銀電極２２から電極端子２４まで、電気的刺激による半導体ウェーハＷの反応を伝達する。金属ワイヤ２４１は、毛細管２３の内部に挿入され、一端が電極端子２４の下端に取り付けられ、他端が水銀電極２２に接している。
【００３８】
先端面２５は、半導体ウェーハＷの抵抗率の測定の際に、半導体ウェーハＷの表面に接触する部位である。先端面２５の中央に位置する水銀電極２２の先端を、半導体ウェーハＷの表面に接触させて、半導体ウェーハＷの抵抗率を抵抗率測定部７により測定する。
【００３９】
圧縮ガス供給管２６は、毛細管２３の内圧を調整するための上記気圧調整部９と毛細管２３の分岐路２３１とを繋ぐ部位である。圧縮ガス供給管２６の一端は、毛細管２３の分岐路２３１の端部と連結し、圧縮ガス供給管２６の他端は、気圧調整部９と連結する。
【００４０】
プローブ支持具３について詳細に説明する。プローブ支持具３は、上記移動機構に連結された他端から一端に向けて延びている。支持部３１は、プローブ支持具３の一端に位置する。支持部３１は、図２に示すように、プローブ本体２１の掛止部２１１の下端面を当接させる上端面を備えている。このように、支持部３１の上端面と掛止部２１１の下端面とが当接することで、水銀プローブ２は、プローブ支持具３に下方から支持される。
【００４１】
開口部３２は、プローブ本体２１の中腹部２１２及び先端部２１３を貫通させるための部位である。開口部３２は、平面視で円形であり、支持部３１の中央付近に存在する。水銀プローブ２は、水銀プローブ２の先端部２１３の先端から開口部３２に挿通され、掛止部２１１が支持部３１に掛止されることで、プローブ支持具３に下方から支持される。
【００４２】
また、水銀プローブ２がプローブ支持具３に支持された状態で、水銀プローブ２の先端面２５は、支持部３１より下方に位置する。この状態で、水銀プローブ２は、半導体ウェーハＷの表面に対して垂直な方向（＋Ｚ方向）に自由に移動可能な状態となっている。「自由に移動可能」とは、水銀プローブ２の自重分の力以下で、水銀プローブ２をプローブ支持具３から引き離せる状態を指す。したがって、「自由に移動可能」には、プローブ本体２１の上端面から−Ｚ方向に荷重が掛かる場合は含まれない。ただし、プローブ本体２１の表面と、開口部３２の開口縁又は内側面とが接することによる摩擦力によって水銀プローブ２に−Ｚ方向の力が加わるような場合は「自由に移動可能」に含まれる。即ち、水銀プローブ２の自重による抗力が原因となって、水銀プローブ２に−Ｚ方向に力が掛かる場合は含まれる。
【００４３】
また、図４（Ｂ）に示すように、開口部３２の内径はＲ２である。開口部３２の内径（Ｒ２）と、プローブ本体２１の中腹部２１２の上端の半径（Ｒ２）とを合わせることで、プローブ支持具３に支持された状態において、水銀プローブ２が半導体ウェーハＷの表面に対して平行な方向（ＸＹ平面の面方向）に移動することを抑制する。
【００４４】
移動機構は、プローブ支持具３を半導体ウェーハＷの表面に対して垂直方向（±Ｚ方向）に移動自在に構成されている。なお、上記移動機構により、プローブ支持具３は、半導体ウェーハＷの表面に対して平行な方向（ＸＹ平面の面方向）に移動することはない。プローブ支持具３が水銀プローブ２を支持した状態で、上記移動機構により、プローブ支持具３を半導体ウェーハＷの表面に対して垂直方向に移動させることで、半導体ウェーハＷの表面に対して垂直方向に水銀プローブ２を移動させることができる。
【００４５】
上述の通り、水銀プローブ２がプローブ支持具３に支持された状態で、水銀プローブ２の先端面２５は、支持部３１より下方に位置する。このため、図５（Ａ）から図５（Ｃ）に示すように、水銀プローブ２を支持した状態のプローブ支持具３を半導体ウェーハＷに向かう下方向（−Ｚ方向）に移動させ、水銀プローブ２の先端面２５が半導体ウェーハＷの表面に接触した後もさらに下方向に移動させることで、掛止部２１１の下面と支持部３１の上面とが離れるようになっている。ここで、掛止部２１１の下端面と支持部３１の上端面とが離れるのは、水銀プローブ２が、半導体ウェーハＷの表面に対して垂直な上方向（＋Ｚ方向）に自由に移動可能な状態になっているからである。
【００４６】
次に、本実施形態の半導体評価装置１の使用方法の一例について説明する。
先ず、図１及び図２に示すように、水銀プローブ２をプローブ支持具３の支持部３１に支持させる。また、半導体ウェーハＷをステージ８のウェーハ移動部８１の上に載置する。次に、半導体ウェーハＷの表面における所望の測定位置が水銀プローブ２の先端面２５と対向する位置になるように、ウェーハ移動部８１により、半導体ウェーハＷは移動する。
【００４７】
図３に示すように、圧縮ガス供給管２６を介して水銀プローブ２と接続された気圧調整部９により、毛細管２３内の内圧を変化させ、水銀電極２２の下端を水銀プローブ２の先端面２５の位置又は水銀プローブ２の先端面２５から突出する位置まで移動させる。
【００４８】
その後、図５（Ａ）に示すように、水銀プローブ２を支持したプローブ支持具３を、図示しない移動機構により、矢印方向（−Ｚ方向）に下降させる。
【００４９】
水銀プローブ２と共にプローブ支持具３をさらに矢印方向（−Ｚ方向）に下降させていくと、図５（Ｂ）に示すように、水銀プローブ２の先端面２５と、半導体ウェーハＷの表面とが接触する。ここで、水銀プローブ２の先端面２５と、半導体ウェーハＷの表面との接触面積をＳ１とする。さらに、プローブ支持具３を下降させると、プローブ支持具３の支持部３１の上端面と、プローブ本体２における掛止部２１１の下端面とが離れる。ここで、水銀プローブ２の先端面２５と、半導体ウェーハＷにおける表面の水銀プローブ２との接触面とが平行でない場合には、水銀プローブ２は、半導体ウェーハＷの表面の接触箇所の傾斜にしたがって傾く。図６に示すように、水銀プローブ２が傾くと、水銀プローブ２の先端面２５と、半導体ウェーハＷとの接触面積はＳ２からＳ１に変化する。
【００５０】
さらにプローブ支持具３を矢印方向（−Ｚ方向）に下降させ、図５（Ｃ）に示す中腹部２１２のΔＺの範囲で、図５（Ｃ）に示すように、プローブ支持具３の下降を停止する。ΔＺの範囲は、水銀プローブ２の先端面２５と、半導体ウェーハＷの表面との接触面積Ｓ１を保持した状態で、プローブ支持具３が矢印方向（−Ｚ方向）に下降可能な範囲である。
【００５１】
電極４を半導体ウェーハＷに接触させた状態で、抵抗率測定部７から送られる電気的刺激を、第二配線６、電極４の順に伝達し、半導体ウェーハＷに与える。そして、この電気的刺激に対する半導体ウェーハＷの反応を、水銀電極２２、金属ワイヤ２４１、電極端子２４、第一配線５の順で抵抗率測定部７に伝達することで検出して、この検出結果をＣ−Ｖ特性に変換する。このＣ−Ｖ特性と、エピタキシャル層にドープさせたドーパント濃度等から、エピタキシャル層の抵抗率を測定する。
【００５２】
上記エピタキシャル層の抵抗率の測定を、複数個所で繰り返し行い、半導体ウェーハＷの品質を評価する。
【００５３】
本実施形態の半導体評価装置１によれば以下の効果が奏される。
本実施形態の半導体評価装置１においては、水銀プローブ２が半導体ウェーハＷの表面に対して垂直な方向（＋Ｚ方向）に自由に移動可能な状態となっている。その結果、従来必要とされていた、水銀プローブ２の先端面２５と半導体ウェーハＷの表面とを接触させる際の厳密な位置合わせが不要になり、半導体ウェーハの抵抗率を正確に且つ容易に測定することができる。
【００５４】
より具体的には、水銀プローブ２がプローブ支持具３に支持された状態で、水銀プローブ２の先端面２５は、支持部３１より下方に位置する。このため、水銀プローブ２を支持した状態でプローブ支持具３を半導体ウェーハＷに向かう方向（−Ｚ方向）に移動させ、水銀プローブ２の先端面２５が半導体ウェーハＷの表面に接触した後もさらに移動させることで、掛止部２１１の下端面と支持部３１の上端面とが離れるようになっている。このように、水銀プローブ２の先端面２５が半導体ウェーハＷの表面と接触した後にも、プローブ支持具３をさらに−Ｚ方向に移動させることができる。その結果、水銀プローブ２の先端面２５と半導体ウェーハＷの表面とを接触させると共に、その後、水銀プローブ２からプローブ支持具３を引き離すことを容易に実現することができる。
【００５５】
従来の装置は、半導体ウェーハＷの抵抗率の測定の際に、水銀プローブ２の先端面２５の位置を、半導体ウェーハＷの表面の所望の測定位置に合わせた後に、水銀プローブ２の先端面２５と半導体ウェーハＷの表面とを接触させる。ここで、従来の装置を用いて上記位置合わせを行う際に、半導体ウェーハＷの位置を高く見積もり過ぎ、図５（Ｃ）に示す位置Ｚ２の位置に合わせたとすると、水銀プローブ２の先端面２５が、半導体ウェーハＷの表面に接触せず、半導体ウェーハＷの抵抗率を測定することができない。そして、水銀プローブ２の先端面２５から、水銀が漏れ出すおそれもある。さらに、半導体ウェーハＷの位置を低く見積もり過ぎ、図５（Ｃ）に示す位置Ｚ３の位置に合わせたとすると、水銀プローブ２の先端面２５と半導体ウェーハＷの表面とは接触するものの、正確に半導体ウェーハＷの抵抗率が測定できないことに加えて、水銀プローブ２から半導体ウェーハＷの表面に対して非常に強い力が掛かり、半導体ウェーハＷの表面を傷つけてしまうおそれがある。これに対して、本実施形態の半導体評価装置１を用いれば、図５（Ｃ）に示すΔＺの範囲にプローブ支持具３を移動させれば、正確に半導体ウェーハＷの抵抗率を測定することができる。なお、ΔＺの範囲が狭い場合には、プローブ本体２１の中腹部２１２の上端からＺ１までの面と、中腹部２１２の下端からＺ１までの面とが成す角度φを大きくすることで、ΔＺの範囲を広げることができる。
【００５６】
また、上述の通り、プローブ本体２１の中腹部２１２は、中腹部２１２の上端から下端までの間の所定の位置Ｚ１までテーパー状に縮径している。その結果、図５に示すような水銀プローブ２の下降の際に、掛止部２１１の下端面と支持部３１の上端面とが離れると、開口部３２の上面の一部が開放されるため、水銀プローブ２は半導体ウェーハＷの表面に従って傾くことができる。即ち、水銀プローブ２は、プローブ本体２１が開口部３２の上面の開口縁又は開口部３２の内側面に支持されることで傾く。又は、水銀プローブ２が半導体ウェーハＷの表面に自立することで傾く。その結果、接触前に水銀プローブ２の先端面２５と半導体ウェーハＷの表面とが平行でない場合には、図７（Ｂ）に示すように、水銀プローブ２の先端面２５に位置する水銀電極２２と半導体ウェーハＷとの接触面積がＳ１になるように水銀プローブ２が半導体ウェーハＷの表面の傾斜θに従って傾く。なお、接触前に水銀プローブ２の先端面２５と半導体ウェーハＷの表面とが平行な場合には、図７（Ａ）に示すように、水銀プローブ２は、半導体ウェーハＷの表面と接触面積Ｓ１で接触する。
【００５７】
従来の装置では、図７（Ｂ）に示すような水銀プローブ２の先端面２５と半導体ウェーハＷの表面とが平行でない場合、図７（Ｃ）のように水銀電極２２と半導体ウェーハＷの表面との接触面積はＳ２になる。このように、従来の装置を用いると、半導体ウェーハＷの表面の微小な傾斜により、水銀電極２２の先端と半導体ウェーハＷの表面との接触面積が変動する。半導体ウェーハＷの抵抗率の測定毎に水銀電極２２の先端と半導体ウェーハＷの表面との接触面積が異なると、正確に半導体ウェーハＷの抵抗率を測定することができない。本発明によれば、水銀プローブ２が半導体ウェーハＷの表面の傾斜に従って傾くことができるため、半導体ウェーハＷの抵抗率の測定毎に水銀プローブ２の先端面２５に位置する水銀電極２２と半導体ウェーハＷの表面との接触面積が変動しないので、正確に半導体ウェーハＷの抵抗率を測定することができる。
【００５８】
以上、本発明の半導体評価装置１について説明したが、本発明は前述した実施形態に制限されるものではない。図８は、図４に示す形態とは別形態のプローブ支持具を示す平面図である。図９は、図３に示す形態とは別形態の水銀プローブを示す側面図である。図１０は、図２に示す形態とは別形態の水銀プローブ及びプローブ支持具を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）はプローブ本体の底面図である。図１１は、図１０に示す形態とは別形態の水銀プローブを示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）はプローブ本体の底面図である。
例えば、図８に示すように、プローブ支持具３の開口部３２は、環状になっておらず、その一部が開放されていてもよい。
【００５９】
また、図９に示すように、水銀プローブ２には、さらに載置部２７を設けてもよい。載置部２７は、水銀プローブ２を半導体ウェーハＷの表面に自立させやすくするための部位である。載置部２７は、プローブ本体２１の先端部２１３の側面を包囲するように設けられる。載置部２７の下端面は円環状であり、先端部２１３の下端面と同一面上に位置する。載置部２７の外径は、先端部２１３の下端部の半径よりも大きくなる。その結果、水銀プローブ２と半導体ウェーハＷの表面との接触面積が大きくなり、水銀プローブ２は、半導体ウェーハＷの表面に自立しやすくなる。また、載置部２７を設けることで、水銀プローブ２の重心が−Ｚ方向に変位するため、水銀プローブ２は、半導体ウェーハＷの表面に自立しやすくなる。
【００６０】
また、図１０に示すように、プローブ本体２１の中腹部２１２は、円柱状であってもよい。そして、図１０に示すように、支持部３１の上端面に突起部３３を設け、掛止部２１１の下端の掛止面２１１Ａに突起部３３を挿入可能な挿入凹部２１１Ｂを設けてもよい。
【００６１】
詳述すると、突起部３３は、支持部３１の上端面に設けられており、底面の半径がＲ４の円錐状である。挿入凹部２１１Ｂは、底面の半径がＲ４の円錐状の凹部である。その理由は、プローブ本体２１がプローブ支持具３に支持された状態で、突起部３３を挿入凹部２１１Ｂに挿入可能にするためである。プローブ本体２１がプローブ支持具３に支持された状態において、突起部３３は、挿入凹部２１１Ｂに挿入される。このため、プローブ本体２１がプローブ支持具３に支持された状態で、プローブ本体２１が、半導体ウェーハＷの表面に対して平行な方向（ＸＹ平面の面方向）に移動することを抑えることができる。さらに、プローブ本体２１がプローブ支持具３に支持された状態で、プローブ本体２１が、ＸＹ平面状を回転移動することも抑えることができる。
【００６２】
なお、突起部３３の形状は、特に限定されないが、円錐状であることが好ましい。円錐の傾斜する角度αは、４５から７０°が好ましい。また、突起部３３の数は、特に限定されないが、２以上であることが好ましい。プローブ支持具３に支持された状態でのプローブ本体２１の動きを抑制しやすいからである。また、挿入凹部２１１Ｂは、図１１に示すように、円周状に溝を切るようにして設けてもよい。挿入凹部２１１Ｂを円周状に溝を切るようにして設けることで、突起部３３と挿入凹部２１１Ｂの位置合わせが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本実施形態の半導体評価装置の構成を示す模式図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は斜視図である。
【図２】プローブ支持具に、水銀プローブが支持された状態を示す部分拡大側面図である。
【図３】（Ａ）は水銀プローブを示す側面図である。（Ｂ）は水銀プローブを示す底面図である。
【図４】プローブ支持具を示す模式図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図である。
【図５】（Ａ）から（Ｃ）は、水銀プローブの移動を順次示す側面図である。
【図６】水銀電極と半導体ウェーハの表面との接触面積の変化を示す図である。
【図７】（Ａ）から（Ｃ）は、それぞれ水銀プローブの先端と半導体ウェーハの表面との接触部分を示す図である。
【図８】図４に示す形態とは別形態のプローブ支持具を示す平面図である。
【図９】図３に示す形態とは別形態の水銀プローブを示す側面図である。
【図１０】図２に示す形態とは別形態の水銀プローブ及びプローブ支持具を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）プローブ本体の底面図である。
【図１１】図１０に示す形態とは別形態の水銀プローブを示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）はプローブ本体の底面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１      半導体評価装置
２      水銀プローブ
２１    プローブ本体
２１１  掛止部
２１２  中腹部
２１３  先端部
３      プローブ支持具
３１    支持部
４      電極
５      第一配線
６      第二配線
７      抵抗率測定部
８      ステージ
９      気圧調整部
Ｗ      半導体ウェーハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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