JP4327263B2 - 多プローブ形試験用ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、集積電気回路の検査を非接触方式で行う目的で走査形プローブ顕微鏡に使用する試験用ヘッドに関する。
マイクロチップ上に置かれた集積スイッチ回路について、その品質特性を求めて検査を行うために、現在、走査形プローブ顕微鏡が使用されているが、その試験用の先端部は、回路における信号の流れを測定する目的で特定の回路素子の近傍に直接おかれる。今日、このような先端部は、マイクロメートル程度のサイズを有するワイヤの先を腐食して製造される。試験用先端部が付いている試験用ヘッドは、最近の走査形プローブ顕微鏡の力を借りて数ナノメートルの精度を持って位置決めされている。しかしながら、先に付ける先端部が粗いために、従来は、先端部の正確な位置および先端部とプローブ間の距離の測定が、十分な精度で行われていなかった。損傷の発生を避けるためには、先端部の位置決めをして、先端部を定められただけ引き下げることに、測定のための経費を追加する必要が生じてくる。
集積回路について目的とする特性値を測定するためには、試験用ヘッドを顕微鏡の制御によって所定の箇所に移動させてから測定を行う。幾つもの異なる特性値を測定する場合には、従来は、１つの測定を行ってから、次の測定を行う前に、測定に適した寸法を持つプローブを、次に測定を行う箇所に移動させることが必要であった。
スイッチ回路を縮小化する技術が進歩したために、ストリップ導体および回路部品の寸法、並びに回路で作動する信号の強度が、ますます減少している。さらに最新式のマイクロプロセッサを使用した場合には、定常的な周波数の上昇がある。平均的にみて、１テラヘルツ程度範囲の周波数によって、１００ナノメートル程度範囲の寸法を有する回路部分の信号を測定する必要がある。現在の静電容量式測定プローブの容量は、高周波信号を測定する目的には高すぎる。従来から使用されている磁場感応性のプローブは、回路に流れる電流を求めるために磁場を測定するものであるが、これも同じく、今までは必要とされる微細な面まで考慮して製造されたものではない。
本発明の課題は、最近の高度の集積回路を正確に迅速に検査するための走査形プローブ顕微鏡用に使用する試験用ヘッドを提供することにある。１つの測定箇所において幾つもの異なる特性値を測定するとき、試験用ヘッドを移動させずに測定を行うことができなければならない。そして試験用ヘッドは、今日入手できる装置を基にして、簡単に、比較的費用をかけないで製造できるものでなければならない。
この課題は、以下のようにして解決される。すなわち、３次元加法リソグラフィによって製造されたプローブからなるグループの中に、回路配線を走査するラスタ走査間力プローブとして、少なくとも１つの電気的に絶縁された先端の尖ったボディを加え、信号パルスの測定用に、少なくとも１つの静電容量式プローブを加え、そして電流測定用に、少なくとも１つの磁場感応性プローブを加え、並びに電界放出プローブとして、少なくとも１つの先端が尖った導体を加えてから、このプローブグループをキャリヤ上に配置して、このプローブをプローブグループの上にある中心の１箇所に向けて指向させ、そして導電性プローブおよび静電容量式プローブの脚端部を接続のためにキャリヤ上における導電構造をした測定回路に結合させる。このときラスタ走査間力プローブが、他のプローブよりも高くなるように設計する。
プローブの方向を中心の１箇所に指向させることによって、この方向におけるプローブの感度は最大となる。試験用ヘッドは、この幾分か突出しているラスタ走査間力プローブに導かれて、測定箇所に向けて移動する。次に、この箇所に流れる集積回路の信号は、同時に種々のプローブによって測定されるが、このとき試験用ヘッドを移動させる必要はない。
この試験において、試験用ヘッドの部品を下位請求項に記載の寸法に合わせたときに非常に有利であることが判明した。
３次元加法リソグラフィによる方法を使用することによって、棒および導電性の先端部を、任意の傾斜角を持ち、５ナノメートルの位置決め精度をもたせて、キャリヤ上に配置することができる。さらに電子ビームによって誘導されたデポジションを用いると、特に開口部を持つアーチと円板を同じ精度を持って製作することができる。
電子ビームによって、デポジションが誘導される場合には、特定の物質の蒸気が、キャリヤの表面に導入され、この場所において微細な電子ビームを受けて原子状になる。この原子は、さらに電子ビームを受けて、キャリヤ表面上に微細な結晶から構成される固相の層を形成する。相応に電子ビームの制御を行うことによって、ほとんど任意な形状を持つ構造にすることができる。構造を、異なる材料によって構成させることも可能である。例えば、絶縁性のマントルで囲まれた導電性のワイヤ、または外側に鏡を付けた最小寸法の光伝導性構造に作製することもできる。
本発明の上位概念により集積回路の検査を行うために必要とされる本発明のプローブは、既知の技術を用いて従来のカンチレバーに接して置かれる数平方マイクロメートルを有する面積上に高精度を持って構成され、共通の測定箇所に向けて並べられる。本発明によるプローブを使用すると、高密度集積回路の検査に必要な位置においてよい解像性をも得ることができる。
信号評価および時間分解を簡素化するために、プローブの直ぐ近傍に３次元ナノリソグラフィによって作製した電気的増幅管を有する増幅回路をキャリヤの上に備えて、プローブから発する測定信号を増幅する。
さらに、下位に位置する請求項において、キャリヤおよび個々のプローブについて優先される形態が挙げられる。このようなプローブは、３次元リソグラフィによる方法を用いて製造することができる。
測定箇所の上で試験用ヘッドを測定のために調整するには、ラスタ走査間力プローブを、集積回路に接触させることなく、回路上を経て、定められた測定箇所まで移動させ、この測定箇所の上からラスタ走査間力プローブを集積回路に接近させるが、この操作は、ラスタ走査間力プローブと集積回路の間に働く力が、定められた値に達するまで続けられる。
集積回路上に存在する欠陥箇所を検査する場合には、とくに回路にあるストリップ導体に電荷を与えると、電荷は、一定の時間内に消滅する。電荷量が、その間に時間的な変化を示す場合には、これが集積回路内に欠陥箇所が存在することの証になる。本発明による電界放出プローブを用いて、集積回路のストリップ導体に電荷の衝撃を与えるときに考慮することは、電界放出プローブが、湿気を有する空気に接して作動すること、または水を含むフィルムで覆われていることであり、電界放出プローブが、集積回路の帯電しているストリップ導体に接近して、電界放出プローブに電圧をかけることによって、フィルムからＯＨ−イオンが分離されて、イオンがストリップ導体に移行し、その結果、ストリップ導体を負に帯電させることである。
イオン化した水の分子を使用することによって、ストリップ導体を帯電させる電荷の極性を選ぶことができる。幾つものストリップ導体を同時に帯電させるときに、測定結果を誤らせるような相互の影響が起こらないようにするために考慮することは、ストリップ導体を負に帯電させてから、電界放出プローブを次のストリップ導体まで移動させて逆電圧をかけることであり、このためにストリップ導体は、フィルムから分離されたＨ₃Ｏ⁺イオンによって正に帯電し、その結果、さらに隣接するストリップ導体の帯電に異種の極性をもたせるようにすることである。
検査する回路においてストリップ導体の構成に関する情報を得るためには、さらに本発明の形態が備えるように、ラスタ走査間力プローブが、光学的近傍界先端部（ＳＮＯＭ）を持ち、このＳＮＯＭ先端部（走査形近傍界光学顕微鏡）から光が放出され、この光によって隣接するストリップ導体の物質から光電子が引き出されて、その放射の分光特性を調べることによって、ストリップ導体の材質を推測できるようにする。このようなプローブ先端部は、同じようにして本発明による製法を用いて欠陥なく製造することができる。
本発明による試験用ヘッドに関する実施例については、幾つかの図を用いて表わし、次のように記載される。
図１は、本発明による試験用ヘッドである。
図２は、増幅回路を有する本発明による試験用ヘッドである。
この実施例において、亜硝酸ケイ素からなるピラミッド形状のキャリヤ２が、走査形電子顕微鏡のカンチレバー１に固定されている。キャリヤ２の上に、それぞれラスタ走査間力プローブ３、静電容量式プローブ４、電界放出プローブ５、そして誘導ループ６を、傾斜をもたせて配置して、これらがキャリヤ２の上の中心の１点に向けて指向するようにする。プローブは、電子ビームで誘導されるデポジションによってキャリヤの上に構成される。
プローブ４〜６から出される信号を増幅するために、増幅回路が、プローブ４〜６の導線７の中に設けられる。装置全体の構成には、図２に示すように電界放出プローブ４の信号を増幅するための増幅回路８が含まれている。ここで増幅管のカソード９、増幅管のグリッド１０、そして増幅管のアノード１１が図示される。カソード９およびグリッド１０は、抵抗１２に関して並列に接続される。構造の全体に関しては、本発明による製法を用いて、あらゆる素子の寸法を微細に作製した上で、キャリヤ物質１、２の上に組み立てられる。
磁場感応性プローブ（６）は、その両末端においてキャリヤ（２）と結合し、導電性物質からなり、アーチとして作製されている誘導スプールである。

Claims (9)

1. 集積電気回路の検査を非接触方式で行うための走査形プローブ顕微鏡用の試験用ヘッドにおいて、３次元加法リソグラフィによって製造されたプローブ（３〜６）からなるグループの中に、回路配線を走査するラスタ走査間力プローブとして、少なくとも１つの電気的に絶縁された先端の尖ったボディ（３）を加え、信号パルスの測定用に、少なくとも１つの静電容量式プローブ（４）を加え、そして電流測定用に、少なくとも１つの磁場感応性プローブ（６）を加え、並びに電界放出プローブとして、少なくとも１つの先端が尖った導体（５）を加えてから、このプローブグループをキャリヤ（２）上に配置して、このプローブ（３〜６）をプローブグループの上に位置する中心の１箇所に向けて指向させ、そして導電性プローブ（５、６）および静電容量式プローブ（４）の脚端部を、接続のためにキャリヤ（２）の上にある導電構造をした測定回路に結合させることを特徴とする試験用ヘッド。
2. ラスタ走査間力プローブ（３）の高さが、他のプローブ（４、５、６）の高さより高いことを特徴とする請求項１に記載の試験用ヘッド。
3. 増幅回路が、プローブから発する測定信号を増幅するために、プローブの直ぐ近傍において３次元ナノリソグラフィによって作製された電気的増幅管と共に、キャリヤ上に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の試験用ヘッド。
4. キャリヤ（２）が、亜硝酸ケイ素からなるピラミッド形状の円すい台であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の試験用ヘッド。
5. 磁場感応性プローブ（６）が、その両末端においてキャリヤ（２）と結合し、導電性物質からなり、アーチとして作製されている誘導スプールであることを特徴とする請求項１に記載の試験用ヘッド。
6. 請求項１から請求項５の何れか１項に記載の試験用ヘッドを用いて、試験用ヘッドを装着した走査形プローブ顕微鏡を使用して、集積回路の検査を行うための試験用ヘッドを調整する場合に、ラスタ走査間力プローブ（３）が、非接触的に集積回路上を定められた測定箇所まで移動し、そしてラスタ走査間力プローブ（３）が、測定箇所の上で集積回路に接近し、この操作が、ラスタ走査間力プローブ（３）と集積回路の間に働く力が、定められた値に達するまで続けられることを特徴とする方法。
7. 集積回路のストリップ導体に、請求項１から請求項５の何れか１項に記載の試験用ヘッドが備える電界放出プローブ（５）を使用して電荷の衝撃を与える場合に、電界放出プローブ（５）が、水を含むフィルムで覆われ、そして電界放出プローブ（５）が、集積回路の帯電しているストリップ導体に接近し、電界放出プローブに電圧をかけることによって、フィルムからＯＨ^-イオンが分離され、これがストリップ導体に移行して、その結果、ストリップ導体を負に帯電させることを特徴とする方法。
8. 電界放出プローブ（５）が、ストリップ導体を負に帯電させた後から、次のストリップ導体まで移動して、そして逆電圧をかけられ、これによりストリップ導体は、フィルムから分離されたＨ₃Ｏ⁺イオンによって正に帯電し、その結果、さらに、隣接するストリップ導体の帯電が、異なる極性を示すように帯電することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. ラスタ走査間力プローブが、光学近傍界先端部（ＳＮＯＭ）を有し、このＳＮＯＭ先端部（走査形近傍界光学顕微鏡）から光が放出され、この光によって隣接するストリップ導体の物質から光電子が放出されるために、放出された放射の分光特性を調べることによって、ストリップ導体の材質を推測することができることを特徴とする請求項６から請求項８の何れか１項に記載の方法。

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