(57)【要約】【課題】キャピラリーチューブの水平度の検査を、高精度かつ短時間で行える水銀プローブ水平度検査方法を提供する。【解決手段】キャピラリーチューブの平坦な先端面を半導体ウェーハの表面に接触させ、先端面から露出した水銀をプローブとして行う半導体ウェーハの電気特性の測定に際して、キャピラリーチューブの先端面の水平度を検査する水銀プローブ水平度検査方法であって、半導体ウェーハの表面に水銀を接触させる前に、キャピラリーチューブの先端面の水平度を、先端面に当接させた水平度検査体を利用して検査する。その結果、従来の作業者が目視する方法に比べて、高精度かつ短時間で、キャピラリーチューブの先端面の水平度の検査を行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水銀が注入されたキャピラリーチューブの平坦な先端面を半導体ウェーハの表面に接触させ、前記先端面から露出した水銀をプローブとして行う前記半導体ウェーハの電気特性の測定に際して、前記キャピラリーチューブの先端面の水平度を検査する水銀プローブ水平度検査方法であって、
前記半導体ウェーハの表面に前記水銀を接触させる前に、前記キャピラリーチューブの先端面の水平度を、該先端面に当接させた水平度検査体を利用して検査する水銀プローブ水平度検査方法。
【請求項２】
前記水平度検査体は、長辺が前記キャピラリーチューブの外径より長い短冊形状の平板片で、
該平板片を前記キャピラリーチューブの先端面に真空吸着し、この吸着状態のまま、変位センサにより前記平板片の水平度を検査することで、前記キャピラリーチューブの先端面の水平度を間接的に検査する請求項１に記載の水銀プローブ水平度検査方法。
【請求項３】
前記水平度検査体は感光紙または感圧紙で、
ウェーハ載置ステージの水平な上面に載置された前記感光紙または裏側に紙が配置された前記感圧紙に、前記キャピラリーチューブの先端面を垂直に押し付け、
この押し付けによる前記感光紙の変色状態または前記感圧紙の裏側の紙の変色状態から、前記先端面の水平度を検査する請求項１に記載の水銀プローブ水平度検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は水銀プローブ水平度検査方法、詳しくは水銀プローブ法に採用される水銀プローブであって、その先端面の水平度を検出する水銀プローブ水平度検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＯＳ−ＬＳＩは高集積化や微細化の競争が激化し、それに伴い薄膜化された信頼性の高いゲート酸化膜に対する要望も厳しくなっている。酸化膜の信頼性の評価としては、ＴＺＤＢ（Ｔｉｍｅ  Ｚｅｒｏ  ＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＢｒｅａｋｄｏｗｎ：酸化膜耐圧）の評価、ＴＤＤＢ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ：経時絶縁破壊特性）の評価などが知られている。
【０００３】
また、ＴＺＤＢやＴＤＤＢの評価は、シリコンウェーハの表面にＣＶＤ法などで堆積された多結晶シリコン電極またはアルミニウム電極を利用して行われる。しかしながら、多結晶シリコンなどを電極として酸化膜耐圧などを評価する際、堆積後の多結晶シリコンなどに、フォトリソグラフィおよびエッチングを施す必要があった。そのため、ゲート酸化膜の酸化膜耐圧などの電気特性を評価するまでの準備に長時間を要していた。しかも、設備コスト高も招いていた。
【０００４】
近年、これを解消する従来技術として、水銀を電極（プローブ）に利用する水銀プローブ法が開発されている（特許文献１）。水銀プローブ法では、ガラス製などのキャピラリーチューブ（水銀保持用ホルダ）の管内に水銀を注入したものが使用される。測定時には、水銀プローブをウェーハ表面のゲート酸化膜に接触させ、この状態で電気ストレスを印加し、酸化膜耐圧などの電気特性を評価する。
ところで、水銀プローブ法では、高抵抗や低ドープ濃度のシリコンウェーハの電気特性を評価する場合、電極面積の変動の影響が大きくなる。そのため、測定時には高い電極面積の精度が要求され、それを実現するには、ウェーハ表面に当接されるキャピラリーチューブの先端面の水平度が重要となる。
【０００５】
従来、水銀プローブ法では、ウェーハ載置ステージに水平に載置されたシリコンウェーハの表面にキャピラリーチューブの先端面（水銀プローブ）を接触させ、この状態のまま、キャピラリーチューブの先端面とウェーハ表面との接触状態を作業者が目視し、前記先端面の水平度を検査していた。先端面が水平でなければ、水銀プローブのウェーハ表面に対する接触角が変化し、接触面積が変わって抵抗値の変動が発生する。そのため、正確な電気特性の評価ができない。検査後は、水平軸を中心にしてキャピラリーチューブを微小角度ずつ回動させ、その先端面の水平出しが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１４０４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のキャピラリーチューブの先端面の水平度の検査方法は、上述したようにキャピラリーチューブの先端面とシリコンウェーハの表面との接触状態を作業者が目視するものであった。そのため、検査精度が低く、検査に要する時間も長くなっていた。
【０００８】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、半導体ウェーハの表面に水銀を接触させる前に、キャピラリーチューブの先端面に水平度検査体を当接させ、この水平度検査体を利用して、前記先端面の傾斜角度を、検査が容易な例えばキャピラリーチューブの先端面に吸着された平板片の傾きなどの別のパラメータに変換して水平度を検査することに想到した。これにより、キャピラリーチューブの先端面の水平度を高精度で検査することができ、しかも検査に要する作業時間も短縮可能であることを知見し、この発明を完成させた。
【０００９】
この発明は、キャピラリーチューブの水平度の検査を、高精度かつ短時間で行うことができる水銀プローブ水平度検査方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、水銀が注入されたキャピラリーチューブの平坦な先端面を半導体ウェーハの表面に接触させ、先端面から露出した水銀をプローブとして行う半導体ウェーハの電気特性の測定に際して、キャピラリーチューブの先端面の水平度を検査する水銀プローブ水平度検査方法であって、前記半導体ウェーハの表面に前記水銀を接触させる前に、前記キャピラリーチューブの先端面の水平度を、該先端面に当接させた水平度検査体を利用して検査する水銀プローブ水平度検査方法である。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、半導体ウェーハの表面に水銀を接触させる前に、キャピラリーチューブの先端面の水平度を、先端面に当接させた水平度検査体を利用して検査する。これにより、従来のキャピラリーチューブの先端面と半導体ウェーハの表面との接触状態を作業者が目視する方法に比べて、高精度かつ短時間で、キャピラリーチューブの先端面の水平度の検査を行うことができる。
検査後は、水平軸を中心にしてキャピラリーチューブを微小角度ずつ回動させ、その先端面の水平出しを行う。
【００１２】
水銀プローブを利用して半導体ウェーハの電気特性を測定する装置としては、例えばＨｇ−ＣＶ測定装置、Ｈｇ−ＩＶ測定装置などを採用することができる。この測定時には、キャピラリーチューブの先端面から水銀を露出させ、この水銀をプローブとして半導体ウェーハの表面に接触させてその電気特性を測定する。
キャピラリーチューブとしては、例えばガラス製の毛細管といった水銀保持用ホルダを採用することができる。キャピラリーチューブの形状としては、例えば円筒の他、断面が四角形や六角形の角筒などを採用することができる。キャピラリーチューブの先端面は、管軸方向（チューブ長さ方向）に直交する面となっている。
半導体ウェーハとしては、例えば単結晶シリコンウェーハ、多結晶シリコンウェーハなどを採用することができる。
【００１３】
電気特性の評価としては、例えばＴＺＤＢ（酸化膜耐圧）の評価、ＴＤＤＢ（経時絶縁破壊特性）の評価、Ｌｏｗ−ｋ材料の誘電率測定、リーク電流測定などが挙げられる。
ここでいう水平度とは、水平面に対するキャピラリーチューブの先端面の平行な度合い（傾斜の度合い）をいう。水平度が高いほど、キャピラリーチューブの先端面が水平面に対して平行（水平）となる。
水平度検査体は、キャピラリーチューブの先端面に当接させることで、この先端面の水平度の検査が可能なものであれば、その構造、材質、形状、使用方法などは任意である。例えば、水平度検査体として、被計測である半導体ウェーハと同等かそれ以下の硬度を有する材質（例えばグラッシーカーボン）の検査体や、圧力を検知することができる圧感センサが埋め込まれた検査体などを採用することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記水平度検査体は、長辺が前記キャピラリーチューブの外径より長い短冊形状の平板片で、該平板片を前記キャピラリーチューブの先端面に真空吸着し、この吸着状態のまま、変位センサにより前記平板片の水平度を検査することで、前記キャピラリーチューブの先端面の水平度を間接的に検査する請求項１に記載の水銀プローブ水平度検査方法である。平板片は、その全域での厚さが均一で、かつその表面（被検査面）は平坦である。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、キャピラリーチューブの管内から水銀を排出し、その後、この管内を負圧化して、平板片の長さ方向の例えば中間部をキャピラリーチューブの先端面に真空吸着する。次に、この吸着状態のまま、変位センサを平板片の長さ方向の一端から他端へ移動させ、その際の平板片の変位量を測定する。このように、平板片を利用してこの先端面上の変位量を増大させるので、キャピラリーチューブの先端面の水平度を、より高精度に検査することができる。
【００１６】
平板片の素材としては、検査される半導体ウェーハと同じ素材の方が、半導体ウェーハと略同じ物性（剛性など）で検査することができるために好ましい。
変位センサの測定方式としては、光、磁界、音波を媒介した非接触式のものを採用することができる。その他、ダイヤルゲージ、差動トランスなどの接触式の変位センサでもよい。特に、反射光の入射角度の変化を利用した非接触式の変位センサの方が、測定精度が高いために好ましい。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、前記水平度検査体は感光紙または感圧紙で、ウェーハ載置ステージの水平な上面に載置された前記感光紙または裏側に紙が配置された前記感圧紙に、前記キャピラリーチューブの先端面を垂直に押し付け、この押し付けによる前記感光紙の変色状態または前記感圧紙の裏側の紙の変色状態から、前記先端面の水平度を検査する請求項１に記載の水銀プローブ水平度検査方法である。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、ウェーハ載置ステージの水平な上面に載置された感光紙または裏側に紙が配置された感圧紙に、キャピラリーチューブの先端面を垂直に押し付ける。このときの感光紙の変色状態または感圧紙の裏側に配置された紙の変色状態を観察する。すなわち、前記先端面が水平面であれば、感光紙または感圧紙の裏側に配置された紙には先端面と同一形状の変色した押し付け痕が残る。一方、前記先端面が水平面でなければ、感光紙または感圧紙の裏側の紙には、先端面とは異なる形状の変色した押し付け痕が残る。この押し付け痕から、キャピラリーチューブの先端面の水平度を簡単かつ低コストで検査することができる。
【００１９】
感光紙とは、感光乳剤が塗布された紙である。感光紙としては、例えばジアゾ感光紙などを採用することができる。
感圧紙とは、紙の裏面に塗った微細な発色剤入りのマイクロカプセルが、紙の表側からの外圧の作用により破れ、下に敷かれた紙に色が付着することで複写が可能な紙をいう。
感圧紙としては、例えば高分子の発色剤を内包したマイクロカプセルや、無機物の発色剤が内包されたマイクロカプセルを有するものなどを採用することができる。
ウェーハ載置ステージとは、上面が水平な金属などの硬質素材からなるステージである。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に記載の発明によれば、半導体ウェーハの表面に水銀を接触させる前に、キャピラリーチューブの先端面の水平度を、先端面に当接させた水平度検査体を利用して検査する。その結果、従来の作業者が目視する方法に比べて、高精度かつ短時間で、キャピラリーチューブの先端面の水平度の検査を行うことができる。
【００２１】
請求項２に記載の発明によれば、キャピラリーチューブの先端面に平板片を真空吸着し、この吸着状態のままで、変位センサを平板片の長さ方向の一端から他端へ移動させ、平板片の変位量を測定する。このように、平板片を利用してこの先端面上の変位量を増大させるので、キャピラリーチューブの先端面の水平度を、より高精度に検査することができる。
【００２２】
請求項３に記載の発明によれば、ウェーハ載置ステージの水平な上面に載置された感光紙または裏側に紙が配置された感圧紙に、キャピラリーチューブの先端面を垂直に押し付け、感光紙の変色状態または感圧紙の裏側に配置された紙の変色状態を観察する。その際の押し付け痕から、キャピラリーチューブの先端面の水平度を簡単かつ低コストで検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の実施例１に係る水銀プローブ水平度検査方法に用いられる水銀プローブ水平度検査装置の正面図である。
【図２】この発明の実施例１に係る水銀プローブ水平度検査方法に用いられる水銀プローブ水平度検査装置の要部拡大平面図である。
【図３】（ａ）は、この発明の実施例２に係る水銀プローブ水平度検査方法による検査開始直前の状態を示す正面図である。（ｂ）は、この発明の実施例２に係る水銀プローブ水平度検査方法による感光紙に現出した水銀プローブの押し付け痕を示す要部拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、この発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例】
【００２５】
図１および図２において、１０はこの発明の実施例１に係る水銀プローブ水平度検査方法に用いられる水銀プローブ水平度検査装置である。この水銀プローブ水平度検査装置１０は、上面が水平なウェーハ載置ステージ１１と、ウェーハ載置ステージ１１の設置床上にウェーハ載置ステージ１１を跨ぐように設けられた門型のガイドレール１２と、ガイドレール１２の水平枠１２ａに沿って自走機構により走行する変位センサ１３とを備えている。ウェーハ載置ステージ１１とガイドレール１２との間には、昇降機構により昇降自在なキャピラリーチューブ１４が配置される。また、水銀プローブ水平度検査時には、キャピラリーチューブ１４の先端面１４ａに平板片（水平度検査体）１５が真空吸着される。
【００２６】
ウェーハ載置ステージ１１は、硬質で厚肉な金属板材である。
変位センサ１３は、レーザ光を照射する発光素子とその反射光を受光する光位置検出素子とを組み合わせたものである。すなわち、レーザ光が投光レンズを通して集光され、目標物に照射される。そして、目標物から反射したレーザ光の一部が受光レンズを通して光位置検出素子上にスポットを結ぶ。しかも、変位センサ１３が自走機構により走行することでスポットが移動する。このとき、スポットの位置を連続的に検出することで、測定対象物までの変位量を測定することができる。
【００２７】
キャピラリーチューブ１４は、ガラス製でかつ管軸方向が垂直な内径約２ｍｍ、外径約４ｍｍで、管軸方向に直交する先端面１４ａが平坦な円筒形状の毛細管である。キャピラリーチューブ１４の管内には、キャピラリーチューブ１４より上方に配置された水銀トラップ３０に貯留された水銀が、途中に第１の開閉弁１６を有する連通管１７を通して注入され、これが水銀柱を構成している。また、第１の開閉弁１６より下流の連通管１７の部分には、途中に第２の開閉弁１８が設けられた負圧管１９の先端部が連通されている。負圧管１９の元部は負圧発生装置２０の負圧発生部に連通されている。
平板片１５は、水銀プローブ水平度検査後、水銀プローブを利用して電気特性が測定されるシリコンウェーハ（半導体ウェーハ）と同じインゴットから切り出された部材である。平板片１５は、その全域にわたって厚さが均一で、かつ表裏面が平坦となっている。平板片１５のサイズは、長辺が３０〜５０ｍｍ、短辺が約１０ｍｍ、厚さが５００〜７００μｍ（均一厚さ）である。
【００２８】
平板片１５の製造方法は、まずチョクラルスキー法により直径１５０ｍｍおよび２００ｍｍ、初期酸素濃度１．０×１０１８／ｃｍ３のシリコン単結晶インゴットを引き上げる。その際、ドーパントとしてボロンを、シリコン単結晶インゴットの比抵抗が１０ｍΩ・ｃｍとなるまで添加する。得られたシリコン単結晶インゴットには、ブロック切断、外径研削およびスライスの各工程が順次施される。これにより、厚さ５００〜７００μｍの単結晶シリコン製の前記シリコンウェーハが作製される。その後、このうちの１枚のシリコンウェーハを前記寸法にカットし、平板片１５が作製される。
【００２９】
次に、図１および図２を参照して、水銀プローブ水平度検査装置１０を使用した実施例１の水銀プローブ水平度検査方法を説明する。
まず、第１の開閉弁１６を閉じ、所定の方法によりキャピラリーチューブ１４の管内の水銀を排出する。その後、第２の開閉弁１８を開き、負圧発生装置２０を作動させる。これにより、キャピラリーチューブ１４の管内が負圧化する。この状態を保持し、ウェーハ載置ステージ１１の上面の数ｍｍ上方で、キャピラリーチューブ１４の先端面１４ａにより、平板片１５の長さ方向の中間部を真空吸着する。
【００３０】
その後、平板片１５が吸着されたまま、変位センサ１３をウェーハ載置ステージ１１の一端部を基点とし、変位センサ１３を、ガイドレール１２の水平枠１２ａに沿って、平板片１５の長さ方向の一端から他端へ向かって水平移動させる。その移動途中、ウェーハ載置ステージ１１の上面の基点の高さと、平板片１５の全長にわたってスキャンされる上面の高さとの差ｈを、変位センサ１３により連続的に測定する。その微小な変位量から、キャピラリーチューブ１４の先端面１４ａの水平度を間接的に検査することができる。
これは、先端面１４ａにキャピラリーチューブ１４の外径より長辺が長い平板片１５を真空吸着させたことで、水平面を基準とした先端面１４ａの傾きの度合い（先端面１４ａの一端と他端との高低差）が、平板片１５の長辺の一端と他端との高低差にまで増大されたことによる。仮に、変位量が０の場合は、キャピラリーチューブ１４の先端面１４ａは水平面であると推定される。
【００３１】
このように、シリコンウェーハの表面に水銀を接触させる前に、キャピラリーチューブ１４の先端面１４ａの水平度を、先端面１４ａに真空吸着された、シリコンウェーハ計測時と同一の部材にて形成された平板片１５を利用して検査するように構成している。そのため、従来のキャピラリーチューブ１４の先端面１４ａとウェーハ表面との接触状態を作業者が目視する方法と比較して、接触状態も、シリコンウェーハ計測時と同一の状態で、変位量を調整できる。その結果、キャピラリーチューブ１４の先端面１４ａの水平度の検査を行うことができる。
また、キャピラリーチューブ１４の先端面１４ａに平板片１５を真空吸着し、この吸着状態で、変位センサ１３を、平板片１５の長さ方向の一端から他端へ移動させる。このように平板片１５を利用し、キャピラリーチューブ１４の先端面１４ａ上の変位量を増大させることで、先端面１４ａの水平度を、より高精度に検査することができる。
【００３２】
次に、図３を参照して、この発明の実施例２に係る水銀プローブ水平度検査方法を説明する。
図３（ａ）に示すように、実施例２の水銀プローブ水平度検査方法の特徴は、水平度検査体として平板片１５に代えてシリコンウェーハの硬度より若干やわらかい材質である感光紙４０を採用し、水銀プローブ水平度検査装置１０を省略した点である。
感光紙４０には、厚さ約０．１ｍｍのジアゾ感光紙が採用されている。感光紙４０に代えて感圧紙を用いてもよい。感圧紙の場合、その裏側に転写用の紙を配置して使用する。すなわち、キャピラリーチューブの先端面を、水平配置された感圧紙に垂直に押し付けることで、紙の裏面に塗られた微細な発色剤入りのマイクロカプセルが破れ、下に敷かれた紙に色が付着する。その後、この紙の変色状態を、後述する感光紙４０の場合と同じような方法で観察する。
【００３３】
図３（ａ）に示すように、水銀プローブ水平度検査時には、まず感光紙４０をウェーハ載置ステージ１１の水平な上面に載置する。次に、キャピラリーチューブ１４を昇降機構により徐々に下降し、先端面１４ａを感光紙４０の中央部の上面に約１ｋｇ／ｃｍ２で垂直に押し付ける。その後、キャピラリーチューブ１４を上昇させ、感光紙４０の変色状態を観察する。
例えば、キャピラリーチューブ１４の先端面１４ａが水平面であれば、感光紙４０の上面には先端面１４ａと同一形状に変色した押し付け痕４１が残る（変色部分の明度も均一）。一方、先端面１４ａが水平でなければ、感光紙４０には、先端面１４ａとは異なる形状（例えば半円形状）の変色した押し付け痕４１が残る（変色部分の明度も不均一、図３（ｂ））。すなわち、押し付け痕４１を視認することで、キャピラリーチューブ１４の先端面１４ａの水平度を簡単かつ低コストで検査することができる。
その他の構成、作用および効果は、実施例１と略同じであるので説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
この発明は、水銀を電極とした酸化膜耐圧、経時絶縁破壊特性などの半導体ウェーハの電気特性の評価に有用である。
【符号の説明】
【００３５】
１１  ウェーハ載置ステージ、
１３  変位センサ、
１４  キャピラリーチューブ、
１４ａ  先端面、
１５  平板片（水平度検査体）、
４０  感光紙（水平度検査体）。
【図１】
2010164390.tif 000003
【図２】
2010164390.tif 000004
【図３】
2010164390.tif 000005