(57)【要約】  電気的帰還検知システムは、複数ポイントプローブと、電気的に導電材料のテストサンプル表面との間の電気的な接触を検知する。この電気的帰還検知システムは、選択的にサンプル表面に向いている、複数ポイントプローブ内の複数の電極に接続された電気的検知ユニットを有する。その検知ユニットは、複数ポイントテスト装置に電気信号を与え、これは、複数ポイントプローブがトスとサンプル表面に電気的に接触しているかを決定するために用いる。その検知ユニットは、電気信号を発生する電気発生手段を有し、その電気信号は複数ポイントプローブの第１の電極と第２の電極間に印加される。インピーダンス検知エレメントでの電位差が、テストサンプル表面への電気的接触を決定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数ポイントプローブの試料テストサンプル表面への電気的な接触を検出するための電気的帰還制御システムは、
ａ．第１のマルチチュード(種々雑多)の複数ポイントプローブの電極に接続される電気発生手段、
ｂ．前記第１のマルチチュードの前記複数ポイントプローブの電極を接続する第２のマルチチュードの、スイッチ接続のインピーダンス検知エレメント、および
ｃ．第２のマルチチュードの、スイッチ接続のインピーダンス検知エレメントを横切る電気的信号から測定信号を検知するための電気的検知手段、
を備える。
【請求項２】
請求項１に係わる複数ポイントプローブの電気的導電性試料表面への電気的な接触を検出するための電気的帰還検知システムは、更に、前記電気発生手段と前記試料テストサンプル表面との間の電気的接続を有する。
【請求項３】
請求項１または２に係わる複数ポイントプローブの電気的導電性試料表面への電気的な接触を検出するための電気的帰還検知システムにおいて、
電気発生手段は、差動電圧/電流コンバータであり、
ａ．二つの差入力部、一つの出力部および一つの帰還入力部を備える精密アンプと、
ｂ．内部ポートおよび外部ポートを備え、前記内部ポートは、前記精密アンプの出力部に接続される精密な抵抗性エレメントと、
ｃ．入力部と出力部を備え、前記入力部は、前記精密な抵抗性エレメントの外部ポートに接続され、そして前記出力部は、前記精密アンプの前記基準入力部に接続される、電圧フォロワーとを備える。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに係わる複数ポイントプローブの電気的導電性試料表面への電気的な接触を検出するための電気的帰還検知システムは、更に、
前記電気的検出手段の出力をフィルタ処理するためのフィルタを備え、そのフィルタは、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、帯域通過フィルタ、コンパレータのフィルタまたはそれらの結合である。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに係わる複数ポイントプローブの電気的導電性試料表面への電気的な接触を検出するための電気的帰還検知システムにおいて、前記複数ポイントプローブは、
ａ．第１の表面を決定する支持本体と、
ｂ．第１のマルチチュードの導電性プローブアームであり、各々のアームは、基部端および末端を決定し、その末端は、前記支持本体の前記第１の表面と共通の平面を有し、そして、前記導電性プローブアームは、それの前記基部にて、前記支持本体に結合され、前記末端は、前記支持本体から自由に延在し、前記第１の導電性プローブアームに対して個々にフレキシブルな動きを与える、第１のマルチチュードの導電性プローブアームを備え、
ｃ．前記複数ポイントを生産する過程から生じる、前記導電プローブアームは、前記導電性プローブアームを支持用ウエハー本体上に、前記支持ウエハー本体と面接触して、生成することを含み、そして、前記ウエハー本体の一部の除去が前記支持本体を与え、そして、前記支持本体から自由に延在する前記導電性プローブアームを与える。
【請求項６】
テストサンプルの特定の位置での電気的特性をテストするための複数ポイント試験装置であり、
ａ．請求項１〜５のいずれかに基づく電気的帰還検知システムと、
ｂ．前記テストサンプルを受け取り、支持するための手段と、
ｃ．テスト信号を発生するための電気発生手段および測定信号を検出するための電気測定手段を含む電気特性テスト手段を備える。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、物理的な接触および(または)複数ポイントのプローブと、局部的に電気的に導伝な、半導伝な、または超伝導な材料のテストサンプル表面との間の近接の検知のために電気的なフィードバック検知システムに一般に関係し、更に、この発明は、複数ポイントのプローブと試料サンプル表面との相対的な位置を制御する技術に関し、特に、 欧州特許 EP 9861 0023.8 (Petersen), 国際特許出願 PCT/DK99/00391 (Capres ApS et al), 欧州特許出願 EP 99932677.0 (Capres ApS), 欧州特許出願 EP 99610052.5 (petersen その他), 及び国際特許出願 PCT/DKO0/00513 (Oapres Aps その他)に開示された、複数ポイントのプローブと、複数ポイントの試験装置に対する電気的なフィードバック検知システムに関する。
【０００２】
関連技術の説明
導伝サンプル表面への単一のチップ電極の抑制されたアプローチを含む走査型トンネル顕微鏡は、文献で公知であり、例えば、Binnig and Rohrerによる 「Scanning tunneling microscopy」, Helv. Phys. Acta, vol. 55, pg. 355 (1982)がある。図１(a)で示されるように、走査型トンネル顕微鏡は、伝導性サンプルおよびチップから成る。もしチップおよびサンプルが極めて短かい距離ｄによって分離され、それらの間に電位Ｖが存在するなら、チップとサンプルの間に次のトンネル電流が流れる。(φは試料の平均仕事関数)
I ∝ e -φd 
もし距離ｄが約１nmである場合、検知可能な電流が生成される。図１(b)は、異なるテスト位置でのテストサンプルからトンネル距離内にチップを位置決めできる完全な走査トンネリング装置の概略を示し、それにより、テストサンプルのナノメーターの地形図と電気的な特徴のマップを発生する。
【０００３】
図２(a)、(b)は従来の４ポイントプローブの概略を示す。例えば、S.M. Szeによる, 「Semiconductor devices」 - Physics and Technology, Wiley New York (1985), and published international patent application WO 94/11745を参照。 この従来の４ポイントのプローブは、図２(a)で示されるように１列に配列した４つの電極から成る。２つの両端の電極に電流を流すによって、内部の２つの電極間で電圧を測定することができる。これは、テストサンプルの電気的なシート抵抗率が次式によって決定できる。
ｐ＝ｃ・(Ｖ/ｌ) 
Ｖは測定電圧、Ｉは印加電流、 ｃは、４ポイントのプローブの電極分離およびテストサンプルの寸法によって決定された幾何学なファクタである。４ポイントのプローブに接続された電子回路の原理回路は、図２(b)で示される。図３(ａ)、(ｂ)は従来の微視的な複数ポイントプローブ(例えばヨーロッパ特許出願公開 EP 1085327 A1を公開を参照)の概略を示す。図３(ａ)は、支持本体、およびその支持本体のベースから自在に延在している複数の伝導性のプローブアームからなる複数ポイントプローブを示す。図３(ｂ)は、微視的な複数ポイントのプローブを用いて、テストサンプルの電気的な特性を測定するための機械的・電気的な手段を実施する複数ポイントのテスト用装置を示す。
【０００４】
この発明の目的は、複数ポイントプローブとサンプルテスト試料表面との間の物理的、あるいは電気的な接触の検知を許可する、新規な電気的検知機構を提供することである。
【０００５】
この発明の特別の利点は、新規な電気的検知機構が、複数ポイントのプローブ電極間の電気的な接触の検知を許可するという事実に関係し、それにより、複数ポイントプローブの電極の複数の電気的接触の情報を提供する。
【０００６】
この発明の特別の特徴は、新規な電気的検知機構が、肉眼で視認できる導電サンプル表面を要求しないということであり、それにより、複数ポイントプローブの特定位置での複数ポイントプローブのいくつかの電極間の局部的な電気的パスを含む、あらゆる試料表面への電気的な接触の検出を与える。
【０００７】
この発明の好ましい実施例の以下の詳細な記述から明白になる、上述した目的、上記利点および上記特徴は、多数の他の利点および特徴と共に、テストサンプルの特定の位置への電気的接触を検知するための電気的帰還制御システムにより得られたこの発明に基づく。その電気的帰還検知システムは、
(a) 第１のマルチチュードの複数ポイントプローブの電極に接続される電気発生手段、
(b) 前記第１のマルチチュードの前記複数ポイントプローブの電極を接続する第２のマルチチュードの、スイッチ接続のインピーダンス検知エレメント、および
(c) 第２のマルチチュードの、スイッチ接続のインピーダンス検知エレメントを横切る電気的信号から測定する信号を検知するための電気的検知手段、
を備える。
【０００８】
複数ポイントプローブの電極に流れる電気的信号を用いることにより、複数ポイントプローブと、テストサンプルのテスト位置との間での接触を検知する、この発明の技術的特性は、複数ポイントの電極に基づく微視的なカンチレバーの場合に、レーザー偏向検知機構の使用を回避する。これは、原子間力顕微鏡および走査対向顕微鏡のような試験用装置に基づく微視的なカンチレバーのための通常の光学的帰還検知システムを劇的に簡素化する。
【０００９】
この発明に基づく、複数ポイントプローブ電極の第１群に接続された電気発生手段は、テスト位置にて、テストサンプルを通じて発生信号を送出する。その信号は、抵抗、インダクタンス、キャパシタンスまたはそれらの組み合わせに対する感度のような特定の検出要求に基づき、電流、又は電圧、パルス信号または信号、DCまたは、正弦波、方形波、三角波の内容またはそれらの結合で、LF から HFまでの範囲のACである。この発明による第１のマルチチュードの複数ポイントのプローブ電極は、少なくとも２つの電極から６４個の電極まで及び、好ましい実施例では、複数ポイントのプローブの電極として、両側に位置する２つの電極を持つ。複数ポイントプローブの両側に位置する２つの電極への発生信号の適用は、この発明による第２のマルチチュードの、インピーダンス検知エレメントに対して検知信号を提供し、そして、第３のマルチチュードの複数ポイントプローブ電極についての電気的な接触条件情報を推論する。電気的な接触条件は、物理的な接触、トンネル効果が生じる近接、中間の流動性のメニスカスあるいは、複数ポイントのプローブ電極とテストサンプルとの間に電流が流れることを可能にする他の効果を含むことができる。
【００１０】
この発明によるスイッチを有するインピーダンス検知エレメントの第２群は、１〜１０に及び、好ましい実施例として３を持つ。インピーダンス検知エレメントの抵抗性の部分の正規な範囲の値は、１mΩから１０００ＧΩにおよび、好ましい実施例では、１kΩ、１０kΩおよび１００kΩを持つ。
【００１１】
電気的検知手段は、好ましい実施例として位相固定の制限アンプに接続された高感度の電位計を有する、この発明によるインピーダンス検知エレメントの第２群を横切る電気的信号を測定する。
【００１２】
この発明の追加的な目的および特徴は、図面を参照して、次の詳細な記述および付記されたクレームからより容易に明白になるであろう。
【００１３】
発明を実施するための最良の形態
好ましい実施例は、複数ポイントのプローブのための電気的帰還検知システムを製作することに意図されており、図４〜８に関して記述される。図４は、電気的帰還検知システムを採用した、複数ポイントテスト用装置１００の概略図を示す。その装置は、コントローラ１０６を用いてモータステージ１０８により移動できるテストサンプル１０４に近接する複数ポイントのプローブ１０２から成る。複数ポイントプローブの両側に位置した電極は、電気的帰還検知システム１１０に接続される。この電気的帰還検知システム１１０は、複数ポイントプローブ１０２がテストサンプル１０４に電気的に接触しているかを検出できる。テストサンプル１０４上のテスト位置にて、複数ポイントのプローブ１０２に対して、位置決めおよび測定を可能とするために、検出信号１１２は、電気的検知システム１１０からコントローラ１０６に供給される。
【００１４】
図５(ａ)、(ｂ)および６(ａ))(ｂ)は、共にこの発明の好ましい実施例の原理を示す。図５(ａ)、(ｂ)は、この発明による電気的帰還検知システム３００の電気的な配置の原理を示し、この状況では、複数ポイントプローブ３０２とテストサンプル３０４間で電気的な接触はない。電気発生手段は、一定の電流Ｉcを発生し、複数ポイントプローブ３０２の両側の電極３０２ａおよび３０２ｂに接続される。抵抗性検知エレメントＲから成るインピーダンス検知エレメントは、閉のスイッチＳＷを通ってアンプ回路Ａに接続され、そして、抵抗性の検知エレメントＲを横切る電位差Ｖｒはアンプ回路Ａによって測定される。図５(ａ)で示された状況でのこの発明による帰還検知システムの等価な電気回路は、図５(ｂ)で示される。一定電流Ｉcが抵抗性の検知エレメントＲを流れ、そのために、次の電位差を生成する。
Ｖr＝Ｒ・Ｉc
これはアンプＡで測定され、帰還検知システムの出力部に現れる。
【００１５】
図６(ａ)、(ｂ)は、帰還検知システム５００の概略図および等価回路を示し、この場合、複数ポイントプローブ５０２は、テストサンプル５０４の表面に電気的に接触している。電気発生手段は、複数ポイントプローブ５０２の両側に位置する電極５０２ａおよび５０２ｂに接続される。生成された電流Ｉcの一部が、閉じたスイッチＳＷおよび抵抗性の検知エレメントＲを流れ、対応する電位差Ｖrがアンプ回路Ａによって測定され、また、一部が、未知の抵抗性のエレメントＲxで表わされたサンプル５０４を流れる。この場合、電位差Ｖrは次式で与えられる。
Ｖr＝（Ｒ・Ｒx）／（Ｒ＋Ｒx) ・ Ｉc
【００１６】
図５、６を参照すると、従って、複数ポイントプローブとテストサンプルの間の電気的な接触の導入が、帰還検知システムの出力で十分に定義された変化を発生することが確立される。従って、複数ポイントプローブおよびテストサンプル間の接触状態の変化の検知を可能にする。
【００１７】
この発明の好ましい実施例では、電気発生手段によって生成された一定の電流Ｉcは１μAで、抵抗性検知エレメントＲは１００kΩの値を持つ。従って、もし、複数ポイントプローブとテストサンプルとの間で電気的な接触が無い場合、検出信号Ｖr は１０Ｖである。テストサンプルへの電気的な接触が存在する場合、テストサンプルの電気的な特性により、テストサンプルの有効性抵抗Ｒxが生じる。次の表は、テストサンプルに対する、一連の異なる有効性抵抗値Ｒxに対して生じる検知器信号Ｖrを示す。
【表１】
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【００１８】
これは、電気的帰還検知システムは、この発明の特定の好ましい実施例において、１０Ωから１００MΩまでの範囲の有効な電気的な抵抗を有するサンプルへの接触をテストすることを可能にすることを示す。この発明の好ましい実施例では、テストサンプルのテスト位置への複数ポイントプローブへの電気的な接触状態を決定し、かつ、複数ポイントプローブおよびテストサンプルの相対的な位置を定義するために、モータステージへの電気的信号によって積極的に接触状態を変更するために、検知信号は、複数ポイントのテスト装置のコントローラによって使用される。
【００１９】
図７(ａ)、(ｂ) はこの発明の好ましい実施例の詳細を示す。図７(ａ)では、この発明による電気的帰還検知システム７００は、複数ポイントプローブ７０２の両側に位置した電極７０２ａおよび７０２ｂを有し、アンプＧ、抵抗性検知エレメントＲsetおよび電圧フォロワーＡ１からなる差動電圧/電流コンバータに接続される。抵抗性検知エレメントＲはスイッチＳＷを通って、電圧/電流コンバータへの出力部に接続される。電圧/電流コンバータの出力は差電圧(Ｖ１−Ｖ２)に比例する。検知信号ＶrはアンプＡ２によって測定される。電圧/電流コンバータからの電流Ｉcは、閉のスイッチＳＷおよび抵抗性検知エレメントＲを流れ、また、テストサンプル７０４の未知の有効抵抗Ｒxに流れる。図７(ｂ)は、この発明に基づく電気的帰還検知回路８００を示し、これは、テストサンプル８０４に接続された複数ポイントプローブ８０２および、複数ポイントプローブ８０２の両側の電極８０２ａおよび８０２ｂに接続された電気的帰還検知回路を有する。電気的帰還検知回路は、検知エレメントＲ１およびＲ２を含み、それらは電気発生手段の信号経路に、スイッチＳＷ(好ましくは３回路を持つ)により個々にスイッチ接続され、前記抵抗性検知エレメントは公称、１００Ωから１０MΩである。
【００２０】
図８は、この発明に基づく電気的帰還検知システム１０００の別の好ましい実施例を示し、テストサンプル１００４に接続された複数ポイントプローブ１００２、複数部員とプローブ１００２の両側の電極１００２ａおよび１００２ｂとテストサンプル１００４との間に接続された電気的帰還検知回路を備える。発生された電流Ｉcは、テストサンプル１００４を流れ、これが、複数ポイントプローブの一つのみがテストサンプルと電気的に接触している時でも、抵抗性検知エレメントＲの両端の検出信号Ｖrに変化を生じさせる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来の走査型トンネル顕微鏡の全体的な図面であり、(ａ)図は、導電用チップとテストサンプルの間のトンネル領域の概略図、(ｂ)図は、通常の走査トンネル装置の概略図を示す。
【図２】従来の４ポイントのプローブの概要を示し、(ａ)図は、テストサンプルとの電気的に接触した従来の４ポイントのプローブの概略を示し、(ｂ)図は、従来の４ポイントプローブに接続された、電流源および電位計の電気回路図を示す。
【図３】従来の複数ポイントプローブおよびテスト装置の全体を示す概略図であり、(ａ)図は複数ポイントプローブ電極を示し、(ｂ)図は、複数ポイントのテスト装置の概略図を示す。
【図４】この発明による電気的帰還検知システムの概要図を示す。
【図５】この発明(複数ポイントプローブがテストサンプルに電気的に接続されない)による電気的な帰還検知システムの実施例を示し、(ａ)図は、電気的帰還検知システムの詳細な電気的な配置を示し、(ｂ)図はシステムの等価電気回路図を示す。
【図６】この発明(複数ポイントのプローブがテストサンプルと電気的に接触)による電気的帰還検知システムの実施例を示し、(ａ)図は、電気的帰還検知システムの詳細な電気的な配置図を示し、(ｂ)図は、そのシステムの等価回路図を示す。
【図７】この発明(帰還検知システムが一定電流の発生を含む)による電気的な帰還検知システムの実施例を示し、(ａ)図は、制御回路内に１系統がスイッチされるインピーダンス検出エレメントを示し、(ｂ)図は、制御回路内に複数系統がスイッチされるインピーダンス検出エレメントを示す。
【図８】この発明に基づく電気的帰還検出システムの実施例を示し、その帰還検知システムは、一定電流の発生を含み、そして、検出信号は、複数プローブ電極の多数と、サンプル材料との間で測定される。
【符号の説明】
【００２２】
１００  複数ポイントテスト用装置
１０２  複数ポイントのプローブ
１０４  テストサンプル
１０６  コントローラ
１０８  モータステージ
１１０  電気的帰還検知システム
１１２  検出信号
Ｒ  抵抗性検知エレメント
ＳＷ  スイッチ
【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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【国際調査報告】
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