JP2002156409A - 集積回路における電気信号の検出のための測定ゾンデ及びこの測定ゾンデの使用法及びこの測定ゾンデの製造方法及びこの測定ゾンデによる測定システム - Google Patents
集積回路における電気信号の検出のための測定ゾンデ及びこの測定ゾンデの使用法及びこの測定ゾンデの製造方法及びこの測定ゾンデによる測定システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 極度に精度の高い分解能で集積回路における
電気信号がほぼ何ものにも影響されずに測定される、半
導体チップ上の集積回路の機能解析のための測定ゾンデ
による測定システムを提供することである。 【解決手段】 上記課題は、測定ゾンデは、請求項１記
載のように、レバーアーム及びレバーアームに配置され
たゾンデ先端部は高導電性材料から成り、高導電性材料
は極端に薄い絶縁層により被覆されており、ゾンデ先端
部はその頂点において絶縁層に窓を有し、レバーアーム
は絶縁層を貫通して接続されていることによって解決さ
れる。
電気信号がほぼ何ものにも影響されずに測定される、半
導体チップ上の集積回路の機能解析のための測定ゾンデ
による測定システムを提供することである。 【解決手段】 上記課題は、測定ゾンデは、請求項１記
載のように、レバーアーム及びレバーアームに配置され
たゾンデ先端部は高導電性材料から成り、高導電性材料
は極端に薄い絶縁層により被覆されており、ゾンデ先端
部はその頂点において絶縁層に窓を有し、レバーアーム
は絶縁層を貫通して接続されていることによって解決さ
れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レバーアーム及び
このレバーアームに配置されたゾンデ先端部を有する半
導体チップ上の集積回路における電気信号の検出のため
の測定ゾンデ及びこの測定ゾンデの使用法及びこの測定
ゾンデの製造方法及びこの測定ゾンデによる測定システ
ムに関する。
このレバーアームに配置されたゾンデ先端部を有する半
導体チップ上の集積回路における電気信号の検出のため
の測定ゾンデ及びこの測定ゾンデの使用法及びこの測定
ゾンデの製造方法及びこの測定ゾンデによる測定システ
ムに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体技術の分野における最近の２０年
間の大きな進歩は、ますます複雑な集積回路を半導体に
おけるますます小さくなる空間に実現することをもたら
した。しかし、回路素子の増大する集積密度及びこれら
の回路素子の接続によって、半導体チップ上の集積回路
の機能解析のためのテスト装置に対する要求がはるかに
厳しくなった。半導体チップ上の集積回路の充分に効率
的な機能解析を例えばこのチップの最終検査の枠内で実
施するためには、チップ上の異なる箇所、例えば異なる
導体線路又はトランジスタ入力側における電気信号を測
定することが必要である。これは、きわめて高い位置分
解能を有する測定装置を必要とする。さらに、集積回路
における非常に弱い電気信号も検出でき、非常に小さい
容量を有する測定ゾンデを使用することが必要であり、
この測定ゾンデは電圧変動を雑音なしで追跡することが
できなければならない。
間の大きな進歩は、ますます複雑な集積回路を半導体に
おけるますます小さくなる空間に実現することをもたら
した。しかし、回路素子の増大する集積密度及びこれら
の回路素子の接続によって、半導体チップ上の集積回路
の機能解析のためのテスト装置に対する要求がはるかに
厳しくなった。半導体チップ上の集積回路の充分に効率
的な機能解析を例えばこのチップの最終検査の枠内で実
施するためには、チップ上の異なる箇所、例えば異なる
導体線路又はトランジスタ入力側における電気信号を測
定することが必要である。これは、きわめて高い位置分
解能を有する測定装置を必要とする。さらに、集積回路
における非常に弱い電気信号も検出でき、非常に小さい
容量を有する測定ゾンデを使用することが必要であり、
この測定ゾンデは電圧変動を雑音なしで追跡することが
できなければならない。
【０００３】半導体チップ上の集積回路のテストのため
に従来では高い精度の測定先端部を有する測定ゾンデに
よる測定システムが使用される。この測定先端部はコン
ピュータ支援された移動システムによって試料表面の上
方で移動され、この結果、次いでこの集積回路の所望の
測定個所に設置される。最も精密な周知の測定先端部の
場合、この先端部の半径はほぼ０．２μｍしかなく、こ
の結果、導体線路はこのような幅に至るまで測定され
る。従来の測定システムはこの場合ほぼ２０〜４０ｆＦ
の容量を有し、この容量によって通常は集積回路に使用
される電子的な信号が測定される。
に従来では高い精度の測定先端部を有する測定ゾンデに
よる測定システムが使用される。この測定先端部はコン
ピュータ支援された移動システムによって試料表面の上
方で移動され、この結果、次いでこの集積回路の所望の
測定個所に設置される。最も精密な周知の測定先端部の
場合、この先端部の半径はほぼ０．２μｍしかなく、こ
の結果、導体線路はこのような幅に至るまで測定され
る。従来の測定システムはこの場合ほぼ２０〜４０ｆＦ
の容量を有し、この容量によって通常は集積回路に使用
される電子的な信号が測定される。
【０００４】しかし、半導体技術、とりわけＭＯＳ技術
における進歩は、その間に０．２μｍより下の領域の構
成素子の製造を可能にした。さらに、ますます小さい電
流が構成素子のスイッチングのために使用される。それ
ゆえ、これは、半導体チップ上の集積回路における電気
信号を極めて高い位置分解能でほとんど容量なしで測定
することができる機能解析のための測定システムを必要
とする。
における進歩は、その間に０．２μｍより下の領域の構
成素子の製造を可能にした。さらに、ますます小さい電
流が構成素子のスイッチングのために使用される。それ
ゆえ、これは、半導体チップ上の集積回路における電気
信号を極めて高い位置分解能でほとんど容量なしで測定
することができる機能解析のための測定システムを必要
とする。
【０００５】半導体チップのトポグラフィー又は構造の
破壊なしのイメージング及び測定のために、ごく最近は
走査センサ顕微鏡法が使用される。この場合、最も周知
の走査センサ顕微鏡は走査型トンネル顕微鏡及び走査型
原子間力顕微鏡である。走査型トンネル顕微鏡（ＳＴ
Ｍ）によって導電性固体の表面が走査される。このため
に極度に精密な金属先端部が試料表面の上方にほぼ１ｎ
ｍの間隔でコンピュータ支援された圧電式移動システム
によって導かれる。試料表面と金属先端部との間にはこ
の場合トンネル電流が発生する。最も外側の先端部電子
と表面電子とのオーバーラップする軌道によって生じる
このトンネル電流は、金属先端部のこの表面に対する間
隔がごく僅か変化するだけでも、そのオーダで変化す
る。それゆえ、間隔変化に対するこのシステムのこの敏
感性によって、この測定先端部がこの表面を走査する間
に、圧電式移動システムはこの間隔を非常に高い精度で
一定保持することが可能となる。これによって、導電性
試料の表面トポグラフィーが原子の規模の分解能で測定
される。
破壊なしのイメージング及び測定のために、ごく最近は
走査センサ顕微鏡法が使用される。この場合、最も周知
の走査センサ顕微鏡は走査型トンネル顕微鏡及び走査型
原子間力顕微鏡である。走査型トンネル顕微鏡（ＳＴ
Ｍ）によって導電性固体の表面が走査される。このため
に極度に精密な金属先端部が試料表面の上方にほぼ１ｎ
ｍの間隔でコンピュータ支援された圧電式移動システム
によって導かれる。試料表面と金属先端部との間にはこ
の場合トンネル電流が発生する。最も外側の先端部電子
と表面電子とのオーバーラップする軌道によって生じる
このトンネル電流は、金属先端部のこの表面に対する間
隔がごく僅か変化するだけでも、そのオーダで変化す
る。それゆえ、間隔変化に対するこのシステムのこの敏
感性によって、この測定先端部がこの表面を走査する間
に、圧電式移動システムはこの間隔を非常に高い精度で
一定保持することが可能となる。これによって、導電性
試料の表面トポグラフィーが原子の規模の分解能で測定
される。
【０００６】導電性ではない試料表面においても原子の
規模の位置及び深度分解能によってトポグラフィー又は
構造をイメージング又は測定することができるために、
走査型原子間力顕微鏡が開発された。走査型原子間力顕
微鏡でも同様に試料表面が、極めて薄いレバーアームに
固定された非常に精密な先端部によって圧電式移動部に
よって走査される。この場合、その先端部を有するレバ
ーアームはこの試料表面の近傍にもたらされ、ゾンデ先
端部の最も外側の原子と試料表面の最も外側の原子の間
の原子的な相互作用が用いられる。次いで、コンピュー
タが圧電式移動システムを制御して、このゾンデ先端部
と試料表面との間の原子間力が一定に保持される。この
原子間力は大抵の場合１０−５〜１０−１１Ｎである。
試料の走査によってこの場合ゾンデ先端部は試料表面の
トポグラフィーを模写する。レバーアームの変位は、例
えば光ポインタを用いてフォトダイオードによって記録
される。次いで、プローブ先端部の定められた移動か
ら、コンピュータ支援されて原子の規模の分解能で表面
の幾何学的構造の３次元イメージが作成される。走査セ
ンサ顕微鏡は、上記のように、確かに既に半導体チップ
のトポグラフィーの測定のために使用されているが、工
業的製品製造の枠内で半導体チップの集積回路の機能検
査のために使用される走査センサ顕微鏡は公知ではな
い。
規模の位置及び深度分解能によってトポグラフィー又は
構造をイメージング又は測定することができるために、
走査型原子間力顕微鏡が開発された。走査型原子間力顕
微鏡でも同様に試料表面が、極めて薄いレバーアームに
固定された非常に精密な先端部によって圧電式移動部に
よって走査される。この場合、その先端部を有するレバ
ーアームはこの試料表面の近傍にもたらされ、ゾンデ先
端部の最も外側の原子と試料表面の最も外側の原子の間
の原子的な相互作用が用いられる。次いで、コンピュー
タが圧電式移動システムを制御して、このゾンデ先端部
と試料表面との間の原子間力が一定に保持される。この
原子間力は大抵の場合１０−５〜１０−１１Ｎである。
試料の走査によってこの場合ゾンデ先端部は試料表面の
トポグラフィーを模写する。レバーアームの変位は、例
えば光ポインタを用いてフォトダイオードによって記録
される。次いで、プローブ先端部の定められた移動か
ら、コンピュータ支援されて原子の規模の分解能で表面
の幾何学的構造の３次元イメージが作成される。走査セ
ンサ顕微鏡は、上記のように、確かに既に半導体チップ
のトポグラフィーの測定のために使用されているが、工
業的製品製造の枠内で半導体チップの集積回路の機能検
査のために使用される走査センサ顕微鏡は公知ではな
い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、極度
に精度の高い分解能で集積回路における電気信号がほぼ
何ものにも影響されずに測定される、半導体チップ上の
集積回路の機能解析のための測定ゾンデによる測定シス
テムを提供することである。
に精度の高い分解能で集積回路における電気信号がほぼ
何ものにも影響されずに測定される、半導体チップ上の
集積回路の機能解析のための測定ゾンデによる測定シス
テムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題は、測定ゾンデ
は、請求項１記載のように、レバーアーム及びレバーア
ームに配置されたゾンデ先端部は高導電性材料から成
り、高導電性材料は極端に薄い絶縁層により被覆されて
おり、ゾンデ先端部はその頂点において絶縁層に窓を有
し、レバーアームは絶縁層を貫通して接続されているこ
とによって解決される。
は、請求項１記載のように、レバーアーム及びレバーア
ームに配置されたゾンデ先端部は高導電性材料から成
り、高導電性材料は極端に薄い絶縁層により被覆されて
おり、ゾンデ先端部はその頂点において絶縁層に窓を有
し、レバーアームは絶縁層を貫通して接続されているこ
とによって解決される。
【０００９】上記課題は、請求項５記載のように、測定
ゾンデはまず最初に原子間力モードで動作され、この結
果、集積回路の表面の走査によって回路のトポロジを検
出し、ゾンデ先端部を所望の測定個所の上方に配置し、
次いで測定ゾンデはトンネルモードにおいて動作され、
この結果、測定個所とゾンデ先端部との間のトンネル電
流の測定によって測定個所における集積回路の電気信号
を検出する、半導体チップ上の集積回路における電圧の
測定のための測定ゾンデの使用法によって解決される。
ゾンデはまず最初に原子間力モードで動作され、この結
果、集積回路の表面の走査によって回路のトポロジを検
出し、ゾンデ先端部を所望の測定個所の上方に配置し、
次いで測定ゾンデはトンネルモードにおいて動作され、
この結果、測定個所とゾンデ先端部との間のトンネル電
流の測定によって測定個所における集積回路の電気信号
を検出する、半導体チップ上の集積回路における電圧の
測定のための測定ゾンデの使用法によって解決される。
【００１０】上記課題は、請求項６記載のように、高導
電性材料から微細加工によってゾンデ先端部を有するレ
バーアームが作られ、次いで高導電性材料は薄い絶縁層
によって被覆され、次いでゾンデ先端部の頂点において
窓が絶縁層に形成され、レバーアームは絶縁層を貫通し
て接続される、測定ゾンデを製造するための方法によっ
て解決される。
電性材料から微細加工によってゾンデ先端部を有するレ
バーアームが作られ、次いで高導電性材料は薄い絶縁層
によって被覆され、次いでゾンデ先端部の頂点において
窓が絶縁層に形成され、レバーアームは絶縁層を貫通し
て接続される、測定ゾンデを製造するための方法によっ
て解決される。
【００１１】上記課題は、請求項８記載のように、原子
間力モードにおける測定ゾンデの動作のためにさらに光
ポインタ検出器システムが設けられ、この結果、測定ゾ
ンデのレバーアームを曲がりを検出し、さらに、Ｘ‐Ｙ
‐Ｚ座標調整テーブルが設けられ、この結果、集積回路
を有する測定すべき半導体チップをゾンデ先端部の下で
Ｘ‐Ｙ方向に移動し、光ポインタ検出器システムの測定
信号に基づいてゾンデ先端部と試料との間の間隔を一定
に保持し、トンネルモードにおける測定ゾンデの動作の
ために、レバーアームの接続部に接続されている電圧供
給部が設けられ、この結果、電位の印可によって前記半
導体チップ上の集積回路とゾンデ先端部との間のトンネ
ル電流を作り、トンネル電流を検出するために電流測定
装置が設けられている、測定ゾンデによる測定システム
によって解決される。
間力モードにおける測定ゾンデの動作のためにさらに光
ポインタ検出器システムが設けられ、この結果、測定ゾ
ンデのレバーアームを曲がりを検出し、さらに、Ｘ‐Ｙ
‐Ｚ座標調整テーブルが設けられ、この結果、集積回路
を有する測定すべき半導体チップをゾンデ先端部の下で
Ｘ‐Ｙ方向に移動し、光ポインタ検出器システムの測定
信号に基づいてゾンデ先端部と試料との間の間隔を一定
に保持し、トンネルモードにおける測定ゾンデの動作の
ために、レバーアームの接続部に接続されている電圧供
給部が設けられ、この結果、電位の印可によって前記半
導体チップ上の集積回路とゾンデ先端部との間のトンネ
ル電流を作り、トンネル電流を検出するために電流測定
装置が設けられている、測定ゾンデによる測定システム
によって解決される。
【００１２】
【発明の実施の形態】半導体チップ上の集積回路におけ
る電気信号を検出するための本発明の測定ゾンデでは、
レバーアームに配置されたゾンデ先端部を有するレバー
アームが設けられている。レバーアーム及びゾンデ先端
部は高導電性材料から成り、この高導電性材料は極めて
薄い絶縁層によって被覆されている。ゾンデ先端部はそ
の先端半径において絶縁層に窓を有する。レバーアーム
はこの絶縁層を貫通して接続されている。このような測
定ゾンデはまず最初に原子間力モードで動作され、この
結果、集積回路の表面の走査によって回路のトポロジを
検出し、ゾンデ先端部を所望の測定個所の上方に固定
し、次いでトンネルモードで動作され、この結果、測定
個所とゾンデ先端部との間のトンネル電流の検出によっ
て測定個所における集積回路における電圧を決定する。
る電気信号を検出するための本発明の測定ゾンデでは、
レバーアームに配置されたゾンデ先端部を有するレバー
アームが設けられている。レバーアーム及びゾンデ先端
部は高導電性材料から成り、この高導電性材料は極めて
薄い絶縁層によって被覆されている。ゾンデ先端部はそ
の先端半径において絶縁層に窓を有する。レバーアーム
はこの絶縁層を貫通して接続されている。このような測
定ゾンデはまず最初に原子間力モードで動作され、この
結果、集積回路の表面の走査によって回路のトポロジを
検出し、ゾンデ先端部を所望の測定個所の上方に固定
し、次いでトンネルモードで動作され、この結果、測定
個所とゾンデ先端部との間のトンネル電流の検出によっ
て測定個所における集積回路における電圧を決定する。
【００１３】従って、集積回路における電気信号を検出
するための本発明の測定ゾンデは走査型原子間力顕微鏡
と走査型トンネル顕微鏡とを組み合わせたものであり、
走査型原子間力モードでは原子の規模の領域に至るまで
極めて精度の高い位置分解能が可能である。それゆえ、
この測定ゾンデは精確に集積回路の測定個所、例えば導
体線路の中心に移動される。次いで、トンネルモードに
おいて電気信号がこの測定個所において非常に精確に測
定され、この際、この信号は何物にも影響をうけない。
このゾンデ先端部の容量はこの場合従来の測定先端部の
容量の約１/１０〜１/１００しかない。
するための本発明の測定ゾンデは走査型原子間力顕微鏡
と走査型トンネル顕微鏡とを組み合わせたものであり、
走査型原子間力モードでは原子の規模の領域に至るまで
極めて精度の高い位置分解能が可能である。それゆえ、
この測定ゾンデは精確に集積回路の測定個所、例えば導
体線路の中心に移動される。次いで、トンネルモードに
おいて電気信号がこの測定個所において非常に精確に測
定され、この際、この信号は何物にも影響をうけない。
このゾンデ先端部の容量はこの場合従来の測定先端部の
容量の約１/１０〜１/１００しかない。
【００１４】有利な実施形態では、測定ゾンデは高濃度
ドープされた単結晶シリコンから製造される。このシリ
コンは熱的に酸化され、この結果、せいぜい３ｎｍ、有
利には２ｎｍの厚さを有する酸化層が作られ、ゾンデ先
端部の先端半径において窓がこの酸化層に開口され、レ
バーアームはこの酸化層を貫通して電気的に接続され
る。このように製造される測定ゾンデによって確実に２
０ｎｍより小さい曲率半径を有するゾンデ先端部が作ら
れ、このゾンデは原子間力モードでもトンネルモードで
も動作される。この場合、原子間力モードでもトンネル
モードでも実施することができるために、熱的な酸化物
形成は機械的に安定した酸化層をもたらす。
ドープされた単結晶シリコンから製造される。このシリ
コンは熱的に酸化され、この結果、せいぜい３ｎｍ、有
利には２ｎｍの厚さを有する酸化層が作られ、ゾンデ先
端部の先端半径において窓がこの酸化層に開口され、レ
バーアームはこの酸化層を貫通して電気的に接続され
る。このように製造される測定ゾンデによって確実に２
０ｎｍより小さい曲率半径を有するゾンデ先端部が作ら
れ、このゾンデは原子間力モードでもトンネルモードで
も動作される。この場合、原子間力モードでもトンネル
モードでも実施することができるために、熱的な酸化物
形成は機械的に安定した酸化層をもたらす。
【００１５】他の有利な実施形態は従属請求項から得ら
れる。
れる。
【００１６】
【実施例】本発明を添付した図面に基づいて詳しく説明
する。
する。
【００１７】図１に示されている本発明の測定システム
は走査センサ顕微鏡のタイプであり、走査型原子間力モ
ードとトンネルモードが組み合わされている。この測定
システムは基本的な素子として測定ゾンデ１を有し、こ
の測定ゾンデ１は軟らかいプレートスプリング、いわゆ
るカンチレバー１１及びこのカンチレバー１１に設けら
れたセンサ先端部１２から構成されている。図２の断面
図に示されているように、この測定ゾンデは有利には単
結晶シリコン１４から製造される。この単結晶シリコン
１４は極めて高い濃度でドープされており、この結果、
０．０２Ω/ｃｍより小さい比抵抗が得られる。
は走査センサ顕微鏡のタイプであり、走査型原子間力モ
ードとトンネルモードが組み合わされている。この測定
システムは基本的な素子として測定ゾンデ１を有し、こ
の測定ゾンデ１は軟らかいプレートスプリング、いわゆ
るカンチレバー１１及びこのカンチレバー１１に設けら
れたセンサ先端部１２から構成されている。図２の断面
図に示されているように、この測定ゾンデは有利には単
結晶シリコン１４から製造される。この単結晶シリコン
１４は極めて高い濃度でドープされており、この結果、
０．０２Ω/ｃｍより小さい比抵抗が得られる。
【００１８】測定ゾンデ１はこの場合微細加工によって
有利には形成され、ゾンデ先端部１２は底面として多角
形を有するピラミッドの形状を有する。この場合、ゾン
デ先端部の高さは１０〜１５μｍの範囲にあり、この先
端部の円錐角度は４０°〜６０°である。さらにこの先
端領域ではゾンデ先端部１２が丸くされている。この場
合、半径は極めて小さく２０ｎｍより小さい値を有す
る。
有利には形成され、ゾンデ先端部１２は底面として多角
形を有するピラミッドの形状を有する。この場合、ゾン
デ先端部の高さは１０〜１５μｍの範囲にあり、この先
端部の円錐角度は４０°〜６０°である。さらにこの先
端領域ではゾンデ先端部１２が丸くされている。この場
合、半径は極めて小さく２０ｎｍより小さい値を有す
る。
【００１９】ゾンデ先端部１２を支承するカンチレバー
１１は基本的に面状プレートの形状を有する。単結晶の
高濃度ドープされたシリコンから成る測定ゾンデ１の基
本形式１４は、図２に断面図が示されているように、酸
化層１５によって被覆されており、この酸化層１５の厚
さはせいぜい３ｎｍ、有利には２ｎｍである。この酸化
層１５は有利には熱的に生成され、これによって機械的
に安定な酸化物が形成される。先端部１２の先端の丸い
頂点には窓１６が酸化物１５に設けられる。この窓１６
はリトグラフィー技術によって形成される。酸化物１５
におけるこの窓１６は有利にはせいぜい１０ｎｍの直径
を有する丸い形状を有する。カンチレバー１１の上側に
は酸化物に更に別の開口部が設けられており、この開口
部を貫いて金属層１７はこのゾンデの高濃度ドープされ
た単結晶シリコン基本形状１４に接続している。
１１は基本的に面状プレートの形状を有する。単結晶の
高濃度ドープされたシリコンから成る測定ゾンデ１の基
本形式１４は、図２に断面図が示されているように、酸
化層１５によって被覆されており、この酸化層１５の厚
さはせいぜい３ｎｍ、有利には２ｎｍである。この酸化
層１５は有利には熱的に生成され、これによって機械的
に安定な酸化物が形成される。先端部１２の先端の丸い
頂点には窓１６が酸化物１５に設けられる。この窓１６
はリトグラフィー技術によって形成される。酸化物１５
におけるこの窓１６は有利にはせいぜい１０ｎｍの直径
を有する丸い形状を有する。カンチレバー１１の上側に
は酸化物に更に別の開口部が設けられており、この開口
部を貫いて金属層１７はこのゾンデの高濃度ドープされ
た単結晶シリコン基本形状１４に接続している。
【００２０】測定システムは測定ゾンデ１の他にレーザ
２１及びフォトダイオード２２から成る光ポインタ検出
器システム２を有する。このレーザ２１及びフォトダイ
オード２２は、この場合レーザ２１のビームがゾンデ先
端部の領域のカンチレバー背面からフォトダイオード２
２へと反射されるように配置されている。この配置によ
って、カンチレバー１１の曲がりが精確に検出できる。
フォトダイオード２２の測定信号は制御電子装置３に伝
送され、この調整電子装置３はＸ-Ｙ-Ｚ座標調整テーブ
ル４を制御する。このＸ-Ｙ-Ｚ座標調整テーブルには測
定すべき半導体チップ１００が載置されている。
２１及びフォトダイオード２２から成る光ポインタ検出
器システム２を有する。このレーザ２１及びフォトダイ
オード２２は、この場合レーザ２１のビームがゾンデ先
端部の領域のカンチレバー背面からフォトダイオード２
２へと反射されるように配置されている。この配置によ
って、カンチレバー１１の曲がりが精確に検出できる。
フォトダイオード２２の測定信号は制御電子装置３に伝
送され、この調整電子装置３はＸ-Ｙ-Ｚ座標調整テーブ
ル４を制御する。このＸ-Ｙ-Ｚ座標調整テーブルには測
定すべき半導体チップ１００が載置されている。
【００２１】測定ゾンデ１のカンチレバー１１の背面の
金属層１７はさらに電圧供給部５に接続されている。こ
の電圧供給部５は同時に測定すべき半導体チップ１００
上ｎ集積回路に接続されている。さらに、この電圧供給
部５は高感度電流測定器５１を有し、この高感度電流測
定器５１によって測定ゾンデ１と集積回路との間に流れ
る電流が測定され得る。
金属層１７はさらに電圧供給部５に接続されている。こ
の電圧供給部５は同時に測定すべき半導体チップ１００
上ｎ集積回路に接続されている。さらに、この電圧供給
部５は高感度電流測定器５１を有し、この高感度電流測
定器５１によって測定ゾンデ１と集積回路との間に流れ
る電流が測定され得る。
【００２２】図１に示された測定システムによって、半
導体チップ上の集積回路の機能解析を実施することが可
能となる。この機能解析ではきわめて精密な測定個所の
位置分解能が達成され、電気信号がほぼ何物にも影響さ
れずに測定できる。このために、検査すべき半導体チッ
プ１００は第１のステップにおいてＸ-Ｙ-Ｚ座標調整テ
ーブル４に載置される。次いで、第２のステップにおい
て原子間力モードでこの半導体チップ上の集積回路のト
ポロジが検出され、測定ゾンデ１は所望の測定個所の上
方に移動される。この原子間力モードでは測定ゾンデ１
はそのゾンデ先端部１２によって半導体チップ１００の
表面の近傍にもたらされ、このゾンデ先端部の最も外側
の原子と半導体チップ１００の表面上の原子との間の原
子的な相互作用が用いられる。ゾンデ先端部１２と半導
体チップ１００との間に作用する力はこの場合測定ゾン
デ１のカンチレバー１１の曲がりにあらわれる。カンチ
レバー１１のこの曲がりはカンチレバー１１の背面にお
けるレーザ２１のビームの偏向によってフォトダイオー
ド２２を介して測定される。測定された変位はフォトダ
イオード２２から測定信号として制御電子装置３に転送
される。この制御電子装置３はＸ-Ｙ-Ｚ座標調整テーブ
ルの高さ位置（Ｚ方向）を圧電アクチュエータによって
調整し、原子間力、すなわちゾンデ先端部１２と半導体
チップ１００の表面との間の間隔を一定に保持する。
導体チップ上の集積回路の機能解析を実施することが可
能となる。この機能解析ではきわめて精密な測定個所の
位置分解能が達成され、電気信号がほぼ何物にも影響さ
れずに測定できる。このために、検査すべき半導体チッ
プ１００は第１のステップにおいてＸ-Ｙ-Ｚ座標調整テ
ーブル４に載置される。次いで、第２のステップにおい
て原子間力モードでこの半導体チップ上の集積回路のト
ポロジが検出され、測定ゾンデ１は所望の測定個所の上
方に移動される。この原子間力モードでは測定ゾンデ１
はそのゾンデ先端部１２によって半導体チップ１００の
表面の近傍にもたらされ、このゾンデ先端部の最も外側
の原子と半導体チップ１００の表面上の原子との間の原
子的な相互作用が用いられる。ゾンデ先端部１２と半導
体チップ１００との間に作用する力はこの場合測定ゾン
デ１のカンチレバー１１の曲がりにあらわれる。カンチ
レバー１１のこの曲がりはカンチレバー１１の背面にお
けるレーザ２１のビームの偏向によってフォトダイオー
ド２２を介して測定される。測定された変位はフォトダ
イオード２２から測定信号として制御電子装置３に転送
される。この制御電子装置３はＸ-Ｙ-Ｚ座標調整テーブ
ルの高さ位置（Ｚ方向）を圧電アクチュエータによって
調整し、原子間力、すなわちゾンデ先端部１２と半導体
チップ１００の表面との間の間隔を一定に保持する。
【００２３】集積回路を有する半導体チップ１００が調
整テーブル４の圧電アクチュエータによってＸ-Ｙ平面
において走査され、この場合にゾンデ先端部と試料との
一定の間隔を再現する調整テーブルのＺ位置が制御電子
装置３によって記録されると、原子の規模の領域に至る
までの位置分解能でこのチップ表面の３次元イメージ
が、従ってこの集積回路の３次元イメージが得られる。
この測定システムによって検出された集積回路のトポグ
ラフィーはこの場合制御電子装置３において集積回路の
所定の回路設計図と連続的に比較される。次いで、集積
回路の所望の測定個所に到達すると、調整テーブル４の
スキャンフィールドパラメータは０にセットされ、ゾン
デ先端部１２が集積回路の所望の測定個所の上方に固定
される。この場合、原子間力モードにおけるきわめて精
度の高い位置分解能に基づいて、センサ先端部１２を例
えばミクロンより下の領域の幅を有する導体線路の中心
に精確に移動させることが可能である。
整テーブル４の圧電アクチュエータによってＸ-Ｙ平面
において走査され、この場合にゾンデ先端部と試料との
一定の間隔を再現する調整テーブルのＺ位置が制御電子
装置３によって記録されると、原子の規模の領域に至る
までの位置分解能でこのチップ表面の３次元イメージ
が、従ってこの集積回路の３次元イメージが得られる。
この測定システムによって検出された集積回路のトポグ
ラフィーはこの場合制御電子装置３において集積回路の
所定の回路設計図と連続的に比較される。次いで、集積
回路の所望の測定個所に到達すると、調整テーブル４の
スキャンフィールドパラメータは０にセットされ、ゾン
デ先端部１２が集積回路の所望の測定個所の上方に固定
される。この場合、原子間力モードにおけるきわめて精
度の高い位置分解能に基づいて、センサ先端部１２を例
えばミクロンより下の領域の幅を有する導体線路の中心
に精確に移動させることが可能である。
【００２４】ゾンデ先端部１２が原子間力モードで集積
回路の測定個所の上方に設定された後で、測定システム
は原子間力モードからトンネルモードに切り換えられ
る。このトンネルモードでは測定ゾンデ１と半導体チッ
プ１００上の集積回路との間に所定の電位を印加するこ
とによって測定ゾンデ１のゾンデ先端部１２とこのゾン
デ先端部１２の下にある集積回路の測定個所との間にト
ンネル電流が発生する。この場合、トンネル電流は、開
口された酸化物窓１６におけるゾンデ先端部１２の頂点
の高濃度ドープされたシリコン基本形状１４の最も外側
の電子と集積回路の測定個所の電子の互いにオーバーラ
ップする軌道によって生じる。測定個所における電圧変
動はこのゾンデ先端部１２と測定個所との間のこのトン
ネル電流に影響を与え、高感度電流測定器５１を介して
検出される。この場合、測定ゾンデ１の容量は１ｆＦよ
り小さく、この結果、測定個所における電圧はほとんど
何物にも影響を受けずに電流測定器５１を介して検出さ
れる。
回路の測定個所の上方に設定された後で、測定システム
は原子間力モードからトンネルモードに切り換えられ
る。このトンネルモードでは測定ゾンデ１と半導体チッ
プ１００上の集積回路との間に所定の電位を印加するこ
とによって測定ゾンデ１のゾンデ先端部１２とこのゾン
デ先端部１２の下にある集積回路の測定個所との間にト
ンネル電流が発生する。この場合、トンネル電流は、開
口された酸化物窓１６におけるゾンデ先端部１２の頂点
の高濃度ドープされたシリコン基本形状１４の最も外側
の電子と集積回路の測定個所の電子の互いにオーバーラ
ップする軌道によって生じる。測定個所における電圧変
動はこのゾンデ先端部１２と測定個所との間のこのトン
ネル電流に影響を与え、高感度電流測定器５１を介して
検出される。この場合、測定ゾンデ１の容量は１ｆＦよ
り小さく、この結果、測定個所における電圧はほとんど
何物にも影響を受けずに電流測定器５１を介して検出さ
れる。
【００２５】この電流測定器５１のこの測定信号は次い
で集積回路の機能解析のために評価される。この後で、
上記の方法経過が繰り返され、この結果、測定ゾンデ１
が他の測定個所に移動され、そこで更なる電気信号が集
積回路の機能解析のために測定される。本発明によっ
て、ミクロンより下の領域のきわめて高い位置分解能で
集積回路の機能解析を実施することが可能であり、きわ
めて弱い電気信号でも検出され、同時に電圧変動をほと
んど雑音なしで追跡することができる。
で集積回路の機能解析のために評価される。この後で、
上記の方法経過が繰り返され、この結果、測定ゾンデ１
が他の測定個所に移動され、そこで更なる電気信号が集
積回路の機能解析のために測定される。本発明によっ
て、ミクロンより下の領域のきわめて高い位置分解能で
集積回路の機能解析を実施することが可能であり、きわ
めて弱い電気信号でも検出され、同時に電圧変動をほと
んど雑音なしで追跡することができる。
【００２６】上記の記述、図面及び請求項に開示された
本発明の構成は個々に及びその様々な実施形態における
本発明の実現のための任意の組み合わせにおいて重要で
ある。
本発明の構成は個々に及びその様々な実施形態における
本発明の実現のための任意の組み合わせにおいて重要で
ある。
【図１】本発明の測定システムの概略図である。
【図２】本発明の測定ゾンデの断面図である。
１ 測定ゾンデ ２ 光ポインタ検出器システム ３ 制御電子装置 ４ Ｘ-Ｙ-Ｚ座標調整テーブル ５ 電圧供給部 １１ カンチレバー １２ ゾンデ先端部 １４ 単結晶シリコン １５ 酸化層 １６ 窓 １７ 金属層 ２１ レーザ ２２ フォトダイオード ５１ 高感度電流測定器 １００ 半導体チップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G003 AA02 AA07 AG03 AG12 AG20 AH05 2G011 AA02 AB06 AE03 AF06 4M106 AA02 BA01 BA14 CA39 DD03 DD12 DJ04 DJ05
Claims (8)
- 【請求項１】 レバーアーム（１１）及び該レバーアー
ム（１１）に配置されたゾンデ先端部（１２）を有する
半導体チップ上の集積回路における電気信号の検出のた
めの測定ゾンデにおいて、 前記レバーアーム（１１）及び該レバーアーム（１１）
に配置された前記ゾンデ先端部（１２）は高導電性材料
（１４）から成り、該高導電性材料（１４）は極めて薄
い絶縁層（１５）により被覆されており、前記ゾンデ先
端部はその頂点において前記絶縁層に窓（１６）を有
し、前記レバーアームは前記絶縁層を貫通して接続され
ている（１７）、レバーアーム（１１）及び該レバーア
ーム（１１）に配置されたゾンデ先端部（１２）を有す
る半導体チップ上の集積回路における電気信号の検出の
ための測定ゾンデ。 - 【請求項２】 高導電性材料（１４）として、高濃度ド
ープされた単結晶シリコンが使用され、絶縁層（１５）
は酸化シリコンである、請求項１記載の測定ゾンデ。 - 【請求項３】 酸化シリコン層（１５）の厚さはせいぜ
い３ｎｍ、有利には２ｎｍである、請求項２記載の測定
ゾンデ。 - 【請求項４】 ゾンデ先端部（１２）は、せいぜい２０
ｎｍの曲率半径を有する、請求項１〜３のうちの１項記
載の測定ゾンデ。 - 【請求項５】 半導体チップ上の集積回路における電圧
の測定のための請求項１〜４のうちの１項記載の測定ゾ
ンデの使用法において、 前記測定ゾンデ（１）はまず最初に原子間力モードで動
作され、この結果、前記集積回路の表面の走査によって
前記回路のトポロジを検出し、前記ゾンデ先端部（１
２）を所望の測定個所の上方に配置し、 次いで前記測定ゾンデ（１）はトンネルモードにおいて
動作され、この結果、前記測定個所と前記ゾンデ先端部
（１２）との間のトンネル電流の測定によって前記測定
個所における前記集積回路の電気信号を検出する、半導
体チップ上の集積回路における電圧の測定のための請求
項１〜４のうちの１項記載の測定ゾンデの使用法。 - 【請求項６】 測定ゾンデ（１）を製造するための方法
において、 微細加工によって高導電性材料（１４）からゾンデ先端
部（１２）を有するレバーアーム（１１）が作られ、次
いで前記高導電性材料は薄い絶縁層（１５）によって被
覆され、次いで前記ゾンデ先端部の頂点に窓（１６）が
前記絶縁層に形成され、前記レバーアームが前記絶縁層
を貫通して接続される（１７）、測定ゾンデ（１）を製
造するための方法。 - 【請求項７】 高導電性材料は高濃度ドープされた単結
晶シリコンであり、該高濃度ドープされた単結晶シリコ
ンは熱的に酸化され、この結果、せいぜい３ｎｍ、有利
には２ｎｍの厚さを有する酸化シリコン層を作る、請求
項６記載の方法。 - 【請求項８】 請求項１〜４のうちの１項記載の測定ゾ
ンデによる測定システムにおいて、 原子間力モードにおける前記測定ゾンデ（１）の動作の
ために、さらに、光ポインタ検出器システム（２）が設
けられ、この結果、前記測定ゾンデのレバーアーム（１
１）を曲がりを検出し、さらに、Ｘ‐Ｙ‐Ｚ座標調整テ
ーブル（４）が設けられ、この結果、集積回路を有する
測定すべき半導体チップをゾンデ先端部（１２）の下で
Ｘ‐Ｙ方向に移動し、前記光ポインタ検出器システムの
測定信号に基づいて前記ゾンデ先端部と試料との間の間
隔を一定に保持し、 トンネルモードにおける前記測定ゾンデの動作のため
に、前記レバーアームの接続部（１７）に接続されてい
る電圧供給部（５）が設けられ、この結果、電位の印可
によって前記半導体チップ上の集積回路と前記ゾンデ先
端部との間のトンネル電流を作り、該トンネル電流を検
出するために電流測定装置（５１）が設けられている、
請求項１〜４のうちの１項記載の測定ゾンデによる測定
システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10043731.1 | 2000-09-05 | ||
| DE10043731A DE10043731C2 (de) | 2000-09-05 | 2000-09-05 | Meßsonde, deren Verwendung und Herstellung und Meßsystem zum Erfassen von elektrischen Signalen in einer integrierten Halbleiterschaltung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002156409A true JP2002156409A (ja) | 2002-05-31 |
Family
ID=7655061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001267229A Pending JP2002156409A (ja) | 2000-09-05 | 2001-09-04 | 集積回路における電気信号の検出のための測定ゾンデ及びこの測定ゾンデの使用法及びこの測定ゾンデの製造方法及びこの測定ゾンデによる測定システム |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6614243B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002156409A (ja) |
| DE (1) | DE10043731C2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019032341A (ja) * | 2012-08-31 | 2019-02-28 | ブルカー ナノ インコーポレイテッドＢｒｕｋｅｒ Ｎａｎｏ，Ｉｎｃ． | 走査型プローブ顕微鏡検査法用の小型カンチレバー・プローブ、及びその製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| TWI363407B (en) * | 2003-04-14 | 2012-05-01 | Sumitomo Electric Industries | Probe |
| DE102005022884B4 (de) * | 2005-05-18 | 2011-08-18 | Siemens AG, 80333 | Verfahren zur Inspektion einer Leiterbahnstruktur |
| ITTO20060904A1 (it) * | 2006-12-19 | 2008-06-20 | St Microelectronics Srl | Procedimento per la fabbricazione di sonde destinate all'interazione con un supporto di memorizzazione e sonda ottenuta in tal modo |
| WO2009029043A1 (en) * | 2007-08-24 | 2009-03-05 | Quantum Precision Instruments Asia Private Limited | Quantum tunnelling sensor device and method |
| US7795889B2 (en) | 2008-01-25 | 2010-09-14 | Infineon Technologies Ag | Probe device |
| DE102010002453B4 (de) * | 2010-02-26 | 2018-05-09 | Globalfoundries Dresden Module One Limited Liability Company & Co. Kg | Verfahren und Messystem zur Bewertung der Metallstapelintegrität in komplexen Halbleiterbauelementen durch mechanisches Verspannen von Chipkontakten |
| JP2014526684A (ja) | 2011-09-08 | 2014-10-06 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | 液体中の低ノイズ力検出センサ |
| US9449891B1 (en) * | 2015-02-25 | 2016-09-20 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Proximity switch fabrication method using angled deposition |
| JP6784079B2 (ja) * | 2016-07-07 | 2020-11-11 | 富士ゼロックス株式会社 | 帯電部材、帯電装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 |
| JP6975081B2 (ja) * | 2018-03-22 | 2021-12-01 | キオクシア株式会社 | 半導体測定装置および半導体測定方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE6911831U (de) | 1968-11-04 | 1969-08-12 | Sheller Globe Corp | Lenkrad fuer kraftfahrzeuge |
| US5103557A (en) * | 1988-05-16 | 1992-04-14 | Leedy Glenn J | Making and testing an integrated circuit using high density probe points |
| EP0485202B1 (en) * | 1990-11-06 | 1996-03-27 | Texas Instruments Incorporated | Use of STM-like system to measure node voltage on integrated circuits |
| US5166520A (en) * | 1991-05-13 | 1992-11-24 | The Regents Of The University Of California | Universal, microfabricated probe for scanning probe microscopes |
| US5319977A (en) * | 1991-06-20 | 1994-06-14 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Near field acoustic ultrasonic microscope system and method |
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| US5381101A (en) * | 1992-12-02 | 1995-01-10 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | System and method of measuring high-speed electrical waveforms using force microscopy and offset sampling frequencies |
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-
2000
- 2000-09-05 DE DE10043731A patent/DE10043731C2/de not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-09-04 JP JP2001267229A patent/JP2002156409A/ja active Pending
- 2001-09-05 US US09/947,295 patent/US6614243B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JP2019032341A (ja) * | 2012-08-31 | 2019-02-28 | ブルカー ナノ インコーポレイテッドＢｒｕｋｅｒ Ｎａｎｏ，Ｉｎｃ． | 走査型プローブ顕微鏡検査法用の小型カンチレバー・プローブ、及びその製造方法 |
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