JPH0862229A - 薄膜膜質測定装置、薄膜膜質測定方法、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
薄膜膜質測定装置、薄膜膜質測定方法、及び半導体装置の製造方法Info
- Publication number
- JPH0862229A JPH0862229A JP6196576A JP19657694A JPH0862229A JP H0862229 A JPH0862229 A JP H0862229A JP 6196576 A JP6196576 A JP 6196576A JP 19657694 A JP19657694 A JP 19657694A JP H0862229 A JPH0862229 A JP H0862229A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- probe
- sample
- cantilever
- measured
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
- G01R31/2648—Characterising semiconductor materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
- G01R31/282—Testing of electronic circuits specially adapted for particular applications not provided for elsewhere
- G01R31/2831—Testing of materials or semi-finished products, e.g. semiconductor wafers or substrates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
- G01R1/02—General constructional details
- G01R1/06—Measuring leads; Measuring probes
- G01R1/067—Measuring probes
- G01R1/06711—Probe needles; Cantilever beams; "Bump" contacts; Replaceable probe pins
- G01R1/06716—Elastic
- G01R1/06727—Cantilever beams
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
- Y10S977/849—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
- Y10S977/852—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe for detection of specific nanostructure sample or nanostructure-related property
- Y10S977/854—Semiconductor sample
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 この発明は半導体素子等の試料表面の薄膜の
電気的特性を正確に把握することを目的とする。 【構成】 試料３とカンチレバー１の探針２の間に三角
波電圧Ｖを印加し、この時に試料３表面の薄膜３ａを介
して流れる電流Ｉを探針２側で測定することによりＩ／
Ｖ特性を求め、かつ制御回路７０が試料３を支持するピ
エゾ素子６に電圧を印加することにより探針２と薄膜３
ａの間の距離を一定にして、薄膜３ａ表面の複数の各測
定点でＩ／Ｖ特性の測定を行う。
電気的特性を正確に把握することを目的とする。 【構成】 試料３とカンチレバー１の探針２の間に三角
波電圧Ｖを印加し、この時に試料３表面の薄膜３ａを介
して流れる電流Ｉを探針２側で測定することによりＩ／
Ｖ特性を求め、かつ制御回路７０が試料３を支持するピ
エゾ素子６に電圧を印加することにより探針２と薄膜３
ａの間の距離を一定にして、薄膜３ａ表面の複数の各測
定点でＩ／Ｖ特性の測定を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、試料表面の薄膜膜質
測定、特に電気的特性の測定を行うための薄膜膜質測定
装置及び測定方法に関する。また、この発明は、この薄
膜膜質測定方法を用いた半導体装置の製造方法にも関す
る。
測定、特に電気的特性の測定を行うための薄膜膜質測定
装置及び測定方法に関する。また、この発明は、この薄
膜膜質測定方法を用いた半導体装置の製造方法にも関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図１４に従来の原子間力顕微鏡を示す。
これは例えば、特願平５−２６８４１号或は特願平５−
２５９８６９号に記載されている(但しこれらの出願は
現段階ではまだ公開されていない)。半導体レーザ装置
４から発せられたレーザ光は、カンチレバー１の上面に
収束され、その反射光がフォトダイオード検出器５に入
射する。このフォトダイオード検出器５は、カンチレバ
ー１からの反射光の位置ズレを検出することにより、カ
ンチレバー１の先端部に設けられた探針２と被測定試料
３との間に働く原子間力によるカンチレバー１の微小な
「たわみ」を感知する。
これは例えば、特願平５−２６８４１号或は特願平５−
２５９８６９号に記載されている(但しこれらの出願は
現段階ではまだ公開されていない)。半導体レーザ装置
４から発せられたレーザ光は、カンチレバー１の上面に
収束され、その反射光がフォトダイオード検出器５に入
射する。このフォトダイオード検出器５は、カンチレバ
ー１からの反射光の位置ズレを検出することにより、カ
ンチレバー１の先端部に設けられた探針２と被測定試料
３との間に働く原子間力によるカンチレバー１の微小な
「たわみ」を感知する。
【０００３】この原子間力顕微鏡により被測定試料３の
表面凹凸像を測定する動作について説明する。まず、フ
ォトダイオード検出器５上の一定の位置にカンチレバー
１からの反射光が入射するように、コントローラ７を用
いて円筒型ピエゾ素子６のＺ電極に電圧を加え、被測定
試料３をＺ方向(上下方向)に動かしてフィードバック制
御させる。このようにして円筒型ピエゾ素子６をＺ方向
にフィードバック動作させつつ、コンピュータ８からコ
ントローラ７を介してピエゾ素子６のＸＹ電極に電圧を
加えることにより、被測定試料３をＸＹ方向にも同時に
走査させる。このときコントローラ７から円筒型ピエゾ
素子６に印加したＸＹＺ方向の各電圧をコンピュータ８
で読み取ることにより、試料表面の凹凸像を得ることが
可能となる。
表面凹凸像を測定する動作について説明する。まず、フ
ォトダイオード検出器５上の一定の位置にカンチレバー
１からの反射光が入射するように、コントローラ７を用
いて円筒型ピエゾ素子６のＺ電極に電圧を加え、被測定
試料３をＺ方向(上下方向)に動かしてフィードバック制
御させる。このようにして円筒型ピエゾ素子６をＺ方向
にフィードバック動作させつつ、コンピュータ８からコ
ントローラ７を介してピエゾ素子６のＸＹ電極に電圧を
加えることにより、被測定試料３をＸＹ方向にも同時に
走査させる。このときコントローラ７から円筒型ピエゾ
素子６に印加したＸＹＺ方向の各電圧をコンピュータ８
で読み取ることにより、試料表面の凹凸像を得ることが
可能となる。
【０００４】ところで、こうした原子間力顕微鏡を改良
して、試料表面に形成された絶縁膜の絶縁耐圧測定を行
う試みが最近なされた。図１５には例えば、Jpn. J. Ap
pl.Phys. Vol. 32 (1993) pp. 290-293で発表された、
原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope)と走査型ト
ンネル顕微鏡(Scanning Tunneling Microscope)とを組
み合わせた、試料表面の絶縁膜の絶縁耐圧測定を行うた
めのＡＦＭ／ＳＴＭ装置の概略図を示す。
して、試料表面に形成された絶縁膜の絶縁耐圧測定を行
う試みが最近なされた。図１５には例えば、Jpn. J. Ap
pl.Phys. Vol. 32 (1993) pp. 290-293で発表された、
原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope)と走査型ト
ンネル顕微鏡(Scanning Tunneling Microscope)とを組
み合わせた、試料表面の絶縁膜の絶縁耐圧測定を行うた
めのＡＦＭ／ＳＴＭ装置の概略図を示す。
【０００５】図１５のＡＦＭ／ＳＴＭ装置において、被
測定試料３の表面凹凸像(ＡＦＭ像)を測定する方法は、
図１４に示したものと殆ど同じである。但し、カンチレ
バー１の先端部に設けられた探針２と被測定試料３との
間に働く原子間力によるカンチレバー１の微小な「たわ
み」は、光ファイバ５ａを介して、光の干渉を利用した
フォトダイオード検出器５により検出される。そして出
力端子Ｔ４からＡＦＭ像信号を読み取ることにより、被
測定試料３の表面凹凸像(ＡＦＭ像)を得る。
測定試料３の表面凹凸像(ＡＦＭ像)を測定する方法は、
図１４に示したものと殆ど同じである。但し、カンチレ
バー１の先端部に設けられた探針２と被測定試料３との
間に働く原子間力によるカンチレバー１の微小な「たわ
み」は、光ファイバ５ａを介して、光の干渉を利用した
フォトダイオード検出器５により検出される。そして出
力端子Ｔ４からＡＦＭ像信号を読み取ることにより、被
測定試料３の表面凹凸像(ＡＦＭ像)を得る。
【０００６】試料表面の絶縁膜の絶縁耐圧測定を行う場
合には、被測定試料３の表面に１０ｎｍ程度の厚みの酸
化膜３ａが形成されており、この酸化膜３ａの絶縁破壊
を観察する。カンチレバー１には定電圧電源７９が接続
されており、一方、被測定試料３にはプリアンプ２２を
介して出力端子Ｔ３が接続されており、この出力端子Ｔ
３からＳＴＭ像信号を読み取るようになっている。
合には、被測定試料３の表面に１０ｎｍ程度の厚みの酸
化膜３ａが形成されており、この酸化膜３ａの絶縁破壊
を観察する。カンチレバー１には定電圧電源７９が接続
されており、一方、被測定試料３にはプリアンプ２２を
介して出力端子Ｔ３が接続されており、この出力端子Ｔ
３からＳＴＭ像信号を読み取るようになっている。
【０００７】すなわち、適当な定電圧をカンチレバー１
に接続した定電圧電源７９から探針２に印加し、これに
より酸化膜３ａを介して探針２と試料３との間に流れる
微小電流を、プリアンプ２２を介して出力端子Ｔ３から
得るものである。カンチレバー１の先端に設けられてい
る探針２は、イオン注入法により導電処理が施されてい
る。
に接続した定電圧電源７９から探針２に印加し、これに
より酸化膜３ａを介して探針２と試料３との間に流れる
微小電流を、プリアンプ２２を介して出力端子Ｔ３から
得るものである。カンチレバー１の先端に設けられてい
る探針２は、イオン注入法により導電処理が施されてい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の薄膜膜質測定装
置は以上のように構成されていたので、一定の電圧に対
する絶縁膜の電流分布しか得ることができず、例えば一
般的な電流電圧特性(Ｉ／Ｖ特性)を測定することはでき
なかった。さらに、例えば絶縁破壊電圧が不明の絶縁膜
を測定する場合、予め測定装置で定められている定電圧
を探針に印加した時に、必要以上の過電流が絶縁膜を介
して探針と試料との間に流れる可能性があり、絶縁膜あ
るいはさらには探針および試料にも及ぶ程のダメージを
与えてしまう恐れがあった。このように、従来の薄膜膜
質測定装置では、Ｉ／Ｖ特性の測定ができず、また被測
定試料に必要以上のダメージを与えてしまう恐れがある
等の問題点があった。
置は以上のように構成されていたので、一定の電圧に対
する絶縁膜の電流分布しか得ることができず、例えば一
般的な電流電圧特性(Ｉ／Ｖ特性)を測定することはでき
なかった。さらに、例えば絶縁破壊電圧が不明の絶縁膜
を測定する場合、予め測定装置で定められている定電圧
を探針に印加した時に、必要以上の過電流が絶縁膜を介
して探針と試料との間に流れる可能性があり、絶縁膜あ
るいはさらには探針および試料にも及ぶ程のダメージを
与えてしまう恐れがあった。このように、従来の薄膜膜
質測定装置では、Ｉ／Ｖ特性の測定ができず、また被測
定試料に必要以上のダメージを与えてしまう恐れがある
等の問題点があった。
【０００９】この発明は上記のような従来の問題点を解
消するためになされたもので、被測定試料表面の薄膜
(絶縁層に限らず)のＩ／Ｖ特性の測定が可能で、さらに
必要以上に被測定試料にダメージを加えることのない薄
膜膜質測定装置及び方法を提供することを目的とする。
また、この発明は、このような薄膜膜質測定方法を用い
た半導体装置の製造方法を提供することもまた目的とし
ている。
消するためになされたもので、被測定試料表面の薄膜
(絶縁層に限らず)のＩ／Ｖ特性の測定が可能で、さらに
必要以上に被測定試料にダメージを加えることのない薄
膜膜質測定装置及び方法を提供することを目的とする。
また、この発明は、このような薄膜膜質測定方法を用い
た半導体装置の製造方法を提供することもまた目的とし
ている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的に鑑み、この
発明の第１の発明は、試料表面の薄膜上の複数の各測定
点でＩ／Ｖ特性データを測定する測定手段と、上記測定
手段で測定されたＩ／Ｖ特性データから表面電流分布像
を形成する像形成手段と、を備えたことを特徴とする薄
膜膜質測定装置にある。
発明の第１の発明は、試料表面の薄膜上の複数の各測定
点でＩ／Ｖ特性データを測定する測定手段と、上記測定
手段で測定されたＩ／Ｖ特性データから表面電流分布像
を形成する像形成手段と、を備えたことを特徴とする薄
膜膜質測定装置にある。
【００１１】この発明の第２の発明は、上記測定手段が
上記各測定点でさらに凹凸像データを測定し、上記像形
成手段が上記測定手段で測定された凹凸像データから表
面凹凸像を形成すると共に、この表面凹凸像に対応して
Ｉ／Ｖ特性データから表面電流分布像を形成することを
特徴とする請求項１の薄膜膜質測定装置にある。
上記各測定点でさらに凹凸像データを測定し、上記像形
成手段が上記測定手段で測定された凹凸像データから表
面凹凸像を形成すると共に、この表面凹凸像に対応して
Ｉ／Ｖ特性データから表面電流分布像を形成することを
特徴とする請求項１の薄膜膜質測定装置にある。
【００１２】この発明の第３の発明は、上記測定手段が
先端部に探針を設けたカンチレバーを使用した原子間力
顕微鏡を含むと共に、上記カンチレバーの探針と上記薄
膜とを一定の間隔に保つためのフィードバック・ループ
を有し、上記Ｉ／Ｖ特性の測定時には、上記フィードバ
ック・ループを開状態とするフィードバック・ループ開
閉切換手段をさらに備えたことを特徴とする請求項２の
薄膜膜質測定装置にある。
先端部に探針を設けたカンチレバーを使用した原子間力
顕微鏡を含むと共に、上記カンチレバーの探針と上記薄
膜とを一定の間隔に保つためのフィードバック・ループ
を有し、上記Ｉ／Ｖ特性の測定時には、上記フィードバ
ック・ループを開状態とするフィードバック・ループ開
閉切換手段をさらに備えたことを特徴とする請求項２の
薄膜膜質測定装置にある。
【００１３】この発明の第４の発明は、上記Ｉ／Ｖ特性
の測定時に上記薄膜を介して探針と試料の間に過剰電流
が流れるのを防止する過剰電流防止手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の
薄膜膜質測定装置にある。
の測定時に上記薄膜を介して探針と試料の間に過剰電流
が流れるのを防止する過剰電流防止手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の
薄膜膜質測定装置にある。
【００１４】この発明の第５の発明は、上記カンチレバ
ーおよびその探針にコートされている導電性コート膜
が、融点の高い導電性物質で形成されていることを特徴
とする請求項１ないし４のいずれかに記載の薄膜膜質測
定装置にある。
ーおよびその探針にコートされている導電性コート膜
が、融点の高い導電性物質で形成されていることを特徴
とする請求項１ないし４のいずれかに記載の薄膜膜質測
定装置にある。
【００１５】この発明の第６の発明は、先端部に探針を
有するカンチレバーを設けた原子間力顕微鏡により、試
料表面の薄膜上の複数の各測定点でＩ／Ｖ特性データを
測定し、上記Ｉ／Ｖ特性データから表面電流分布像を形
成することを特徴とする薄膜膜質測定方法にある。
有するカンチレバーを設けた原子間力顕微鏡により、試
料表面の薄膜上の複数の各測定点でＩ／Ｖ特性データを
測定し、上記Ｉ／Ｖ特性データから表面電流分布像を形
成することを特徴とする薄膜膜質測定方法にある。
【００１６】この発明の第７の発明は、半導体装置の製
造方法において、先端部に探針を有するカンチレバーを
設けた原子間力顕微鏡により、絶縁層上の複数の各測定
点でＩ／Ｖ特性データを測定し、このＩ／Ｖ特性データ
から表面電流分布像を形成する検査工程を含む、ことを
特徴とする半導体装置の製造方法にある。
造方法において、先端部に探針を有するカンチレバーを
設けた原子間力顕微鏡により、絶縁層上の複数の各測定
点でＩ／Ｖ特性データを測定し、このＩ／Ｖ特性データ
から表面電流分布像を形成する検査工程を含む、ことを
特徴とする半導体装置の製造方法にある。
【００１７】
【作用】この発明の第１の発明では、試料表面の薄膜上
の複数の各測定点でＩ／Ｖ特性データを測定し、このＩ
／Ｖ特性データから表面電流分布像を形成するように
し、薄膜の全測定点でのＩ／Ｖ特性の把握を可能にし
た。
の複数の各測定点でＩ／Ｖ特性データを測定し、このＩ
／Ｖ特性データから表面電流分布像を形成するように
し、薄膜の全測定点でのＩ／Ｖ特性の把握を可能にし
た。
【００１８】この発明の第２の発明では、上記測定手段
が各測定点でさらに凹凸像データを測定し、上記像形成
手段が測定手段で測定された凹凸像データから表面凹凸
像を形成すると共に、この表面凹凸像に対応してＩ／Ｖ
特性データから表面電流分布像を形成するようにして、
表面凹凸像と表面電流分布像の関連付けを可能にした。
が各測定点でさらに凹凸像データを測定し、上記像形成
手段が測定手段で測定された凹凸像データから表面凹凸
像を形成すると共に、この表面凹凸像に対応してＩ／Ｖ
特性データから表面電流分布像を形成するようにして、
表面凹凸像と表面電流分布像の関連付けを可能にした。
【００１９】この発明の第３の発明では、上記測定手段
として先端部に探針を設けたカンチレバーを使用した原
子間力顕微鏡を使用し、さらにこの原子間力顕微鏡がカ
ンチレバーの探針と薄膜とを一定の間隔に保つためのフ
ィードバック・ループを含むものにおいて、Ｉ／Ｖ特性
の測定時にはフィードバック・ループを開状態とするフ
ィードバック・ループ開閉切換手段を設け、Ｉ／Ｖ特性
測定時の急激に流れる電流による影響を受けずに、動作
を安定させるようにした。
として先端部に探針を設けたカンチレバーを使用した原
子間力顕微鏡を使用し、さらにこの原子間力顕微鏡がカ
ンチレバーの探針と薄膜とを一定の間隔に保つためのフ
ィードバック・ループを含むものにおいて、Ｉ／Ｖ特性
の測定時にはフィードバック・ループを開状態とするフ
ィードバック・ループ開閉切換手段を設け、Ｉ／Ｖ特性
測定時の急激に流れる電流による影響を受けずに、動作
を安定させるようにした。
【００２０】この発明の第４の発明では、Ｉ／Ｖ特性の
測定時に薄膜を介して探針と試料の間に過剰電流が流れ
るのを防止する過剰電流防止手段をさらに設け、測定装
置が過剰電流によるダメージを受けるのを防止した。
測定時に薄膜を介して探針と試料の間に過剰電流が流れ
るのを防止する過剰電流防止手段をさらに設け、測定装
置が過剰電流によるダメージを受けるのを防止した。
【００２１】この発明の第５の発明では、カンチレバー
およびその探針にコートされている導電性コート膜を融
点の高い導電性物質で形成し、過剰電流により溶解する
のを防止した。
およびその探針にコートされている導電性コート膜を融
点の高い導電性物質で形成し、過剰電流により溶解する
のを防止した。
【００２２】この発明の第６の発明では、先端部に探針
を有するカンチレバーを設けた原子間力顕微鏡により、
試料表面の薄膜上の複数の各測定点でＩ／Ｖ特性データ
を測定し、Ｉ／Ｖ特性データから表面電流分布像を形成
し、薄膜の全測定点でのＩ／Ｖ特性の把握を可能にし
た。
を有するカンチレバーを設けた原子間力顕微鏡により、
試料表面の薄膜上の複数の各測定点でＩ／Ｖ特性データ
を測定し、Ｉ／Ｖ特性データから表面電流分布像を形成
し、薄膜の全測定点でのＩ／Ｖ特性の把握を可能にし
た。
【００２３】この発明の第７の発明では、半導体装置の
製造方法において、先端部に探針を有するカンチレバー
を設けた原子間力顕微鏡により、絶縁膜上の複数の各測
定点でＩ／Ｖ特性データを測定し、このＩ／Ｖ特性デー
タから表面電流分布像を形成し、絶縁膜の絶縁特性を正
確に把握することを可能にした。
製造方法において、先端部に探針を有するカンチレバー
を設けた原子間力顕微鏡により、絶縁膜上の複数の各測
定点でＩ／Ｖ特性データを測定し、このＩ／Ｖ特性デー
タから表面電流分布像を形成し、絶縁膜の絶縁特性を正
確に把握することを可能にした。
【００２４】
【実施例】以下、この発明の実施例を図に従って説明す
る。 実施例１．図１にこの発明に係るＩ／Ｖ特性の測定を行
う薄膜膜質測定装置の構成を示す。半導体レーザ装置４
の下方にカンチレバー１が配置され、カンチレバー１の
下に円筒型ピエゾ素子６が配置されている。カンチレバ
ー１の上方にはフォトダイオード検出器５が配置され、
このフォトダイオード検出器５に円筒型ピエゾ素子６を
ＸＹＺ方向に走査するための制御回路７０が接続されて
いる。また、カンチレバー１にはプリアンプ２２が接続
され、さらにこのプリアンプ２２の出力側はＡ／Ｄコン
バータ７７を介してコンピュータ７１に接続されてい
る。一方、表面薄膜として酸化膜３ａが形成されている
被測定試料３の本体部には、高圧増幅器１４ｃ、フィル
タ９ａ、Ｄ／Ａコンバータ７８を順に介してコンピュー
タ７１に接続されている。これらの部材により測定手段
が形成されている。
る。 実施例１．図１にこの発明に係るＩ／Ｖ特性の測定を行
う薄膜膜質測定装置の構成を示す。半導体レーザ装置４
の下方にカンチレバー１が配置され、カンチレバー１の
下に円筒型ピエゾ素子６が配置されている。カンチレバ
ー１の上方にはフォトダイオード検出器５が配置され、
このフォトダイオード検出器５に円筒型ピエゾ素子６を
ＸＹＺ方向に走査するための制御回路７０が接続されて
いる。また、カンチレバー１にはプリアンプ２２が接続
され、さらにこのプリアンプ２２の出力側はＡ／Ｄコン
バータ７７を介してコンピュータ７１に接続されてい
る。一方、表面薄膜として酸化膜３ａが形成されている
被測定試料３の本体部には、高圧増幅器１４ｃ、フィル
タ９ａ、Ｄ／Ａコンバータ７８を順に介してコンピュー
タ７１に接続されている。これらの部材により測定手段
が形成されている。
【００２５】さらに、制御回路７０にＡ／Ｄコンバータ
７３、７５及びＤ／Ａコンバータ７４、７６を介してコ
ンピュータ７１が接続されている。コンピュータ７１は
内蔵するプログラム７１ａに従って動作する。コンピュ
ータ７１にはＲＡＭディスク７２およびディスプレイ７
９が接続されている。コンピュータ７１によりこの発明
の像形成手段が形成されている。
７３、７５及びＤ／Ａコンバータ７４、７６を介してコ
ンピュータ７１が接続されている。コンピュータ７１は
内蔵するプログラム７１ａに従って動作する。コンピュ
ータ７１にはＲＡＭディスク７２およびディスプレイ７
９が接続されている。コンピュータ７１によりこの発明
の像形成手段が形成されている。
【００２６】制御回路７０は、フォトダイオード検出器
５の出力に接続されたフィルタ９を有し、このフィルタ
９にスイッチ１５及び１６を介して差動増幅器１０が接
続されている。さらに、差動増幅器１０に積分増幅回路
１１及び比例増幅回路１２が並列に接続されており、こ
れら増幅回路１１及び１２の出力に加算回路１３が接続
されている。この加算回路１３の出力はＡＦＭ(原子間
力顕微鏡)像信号出力端子Ｔ１に接続されると共に、高
圧増幅器１４ａを介してピエゾ素子６のＺ電極に接続さ
れている。また、高圧増幅器１４ａの入力側には、コン
ピュータ７１からＤ／Ａコンバータ７４を介してＺ駆動
用電圧を入力するための入力端子Ｔ２が接続されてい
る。１９はＺ駆動用電圧の微調整用の増幅器である。さ
らに、制御回路７０にはコンピュータ７１からの指令に
より、ピエゾ素子６のＸＹ電極にＸＹ走査用電圧を印加
するための高圧増幅器１４ｂが設けられている。なお、
１７、１８はフォース・カーブ測定用のスイッチである
が、この発明には特に関係ないので、説明は省略する。
５の出力に接続されたフィルタ９を有し、このフィルタ
９にスイッチ１５及び１６を介して差動増幅器１０が接
続されている。さらに、差動増幅器１０に積分増幅回路
１１及び比例増幅回路１２が並列に接続されており、こ
れら増幅回路１１及び１２の出力に加算回路１３が接続
されている。この加算回路１３の出力はＡＦＭ(原子間
力顕微鏡)像信号出力端子Ｔ１に接続されると共に、高
圧増幅器１４ａを介してピエゾ素子６のＺ電極に接続さ
れている。また、高圧増幅器１４ａの入力側には、コン
ピュータ７１からＤ／Ａコンバータ７４を介してＺ駆動
用電圧を入力するための入力端子Ｔ２が接続されてい
る。１９はＺ駆動用電圧の微調整用の増幅器である。さ
らに、制御回路７０にはコンピュータ７１からの指令に
より、ピエゾ素子６のＸＹ電極にＸＹ走査用電圧を印加
するための高圧増幅器１４ｂが設けられている。なお、
１７、１８はフォース・カーブ測定用のスイッチである
が、この発明には特に関係ないので、説明は省略する。
【００２７】なお、各スイッチ１５〜１８の開閉動作も
このコンピュータ７１によって行われる(制御線特に図
示せず)。さらにカンチレバー１の符号２ａは探針２お
よびカンチレバー１を覆う導電性コート膜を示し、これ
に関して実施例３以降で説明する。
このコンピュータ７１によって行われる(制御線特に図
示せず)。さらにカンチレバー１の符号２ａは探針２お
よびカンチレバー１を覆う導電性コート膜を示し、これ
に関して実施例３以降で説明する。
【００２８】次に、動作について説明する。この薄膜膜
質測定装置における表面凹凸像データの測定動作は、基
本的には上述した従来の原子間力顕微鏡の動作と同様で
ある。まず、図１において、制御回路７０内のスイッチ
１５がオンされると共にスイッチ１６がオフされる。半
導体レーザ装置４から発せられたレーザ光はカンチレバ
ー１の上面に照射され、その反射光がフォトダイオード
検出器５に入射する。このフォトダイオード検出器５
は、反射光の位置ズレを検出することにより、カンチレ
バー１の先端部に設けられた探針２とピエゾ素子６に保
持された被測定試料３との間に働く原子間力によるカン
チレバー１の微小な「たわみ」を感知する。
質測定装置における表面凹凸像データの測定動作は、基
本的には上述した従来の原子間力顕微鏡の動作と同様で
ある。まず、図１において、制御回路７０内のスイッチ
１５がオンされると共にスイッチ１６がオフされる。半
導体レーザ装置４から発せられたレーザ光はカンチレバ
ー１の上面に照射され、その反射光がフォトダイオード
検出器５に入射する。このフォトダイオード検出器５
は、反射光の位置ズレを検出することにより、カンチレ
バー１の先端部に設けられた探針２とピエゾ素子６に保
持された被測定試料３との間に働く原子間力によるカン
チレバー１の微小な「たわみ」を感知する。
【００２９】フォトダイオード検出器５の出力信号は制
御回路７０内でフィルタ９を介して差動増幅器１０に送
られ、ここでコンピュータ７１からＤ／Ａコンバータ７
６を介して差動増幅器１０に与えられた基準電圧と比較
される。差動増幅器１０の出力は積分増幅回路１１と比
例増幅回路１２とでそれぞれ増幅された後、次段の加算
回路１３で加算され、さらに高圧増幅器１４ａで高圧化
されてＺ方向制御電圧としてピエゾ素子６のＺ電極に印
加される。これにより、フィードバック・ループが形成
されている。
御回路７０内でフィルタ９を介して差動増幅器１０に送
られ、ここでコンピュータ７１からＤ／Ａコンバータ７
６を介して差動増幅器１０に与えられた基準電圧と比較
される。差動増幅器１０の出力は積分増幅回路１１と比
例増幅回路１２とでそれぞれ増幅された後、次段の加算
回路１３で加算され、さらに高圧増幅器１４ａで高圧化
されてＺ方向制御電圧としてピエゾ素子６のＺ電極に印
加される。これにより、フィードバック・ループが形成
されている。
【００３０】このようにして、フォトダイオード検出器
５の出力レベルが一定となるように試料３のＺ方向の位
置がフィードバック制御される。加算回路１３の出力側
に接続された出力端子Ｔ１からＡ／Ｄコンバータ７３を
介して凹凸像(ＡＦＭ像)データがコンピュータ７１に取
り込まれる。
５の出力レベルが一定となるように試料３のＺ方向の位
置がフィードバック制御される。加算回路１３の出力側
に接続された出力端子Ｔ１からＡ／Ｄコンバータ７３を
介して凹凸像(ＡＦＭ像)データがコンピュータ７１に取
り込まれる。
【００３１】次に、Ｉ／Ｖ特性を求めるための測定動作
について説明する。ここで、Ｉ／Ｖ特性とは、試料表面
を構成する薄膜のＩ／Ｖ特性を意味する。まず、制御回
路７０内のスイッチ１５をオン、スイッチ１６をオフと
してフィードバック・ループを閉状態とする。次に、こ
のフィードバック・ループが閉状態のままで、コンピュ
ータ７１からＤ／Ａコンバータ７８、フィルタ９ａを介
して高圧増幅器１４ｃに０Ｖから±２２０Ｖまでの範囲
内で所望の三角波電圧を被測定試料３に供給させる。す
るとこの電圧に誘起されて、酸化膜３ａを介して探針２
と試料３との間に微小電流が流れる。この微小電流はプ
リアンプ２２で増幅され、Ａ／Ｄコンバータ７７を介し
てコンピュータ７１に供給されることで、酸化膜３ａ上
の一測定点に関するＩ／Ｖ特性測定データがコンピュー
タ７１に取り込まれる。なお、Ｄ／Ａコンバータ７８か
ら出力される三角波電圧を発生する信号はコンピュータ
７１からのディジタル信号をアナログ信号に変換したも
のであるため、信号が細かい階段状の要素を含んでお
り、フィルタ９ａはこれを平滑するために設けられたも
のである。
について説明する。ここで、Ｉ／Ｖ特性とは、試料表面
を構成する薄膜のＩ／Ｖ特性を意味する。まず、制御回
路７０内のスイッチ１５をオン、スイッチ１６をオフと
してフィードバック・ループを閉状態とする。次に、こ
のフィードバック・ループが閉状態のままで、コンピュ
ータ７１からＤ／Ａコンバータ７８、フィルタ９ａを介
して高圧増幅器１４ｃに０Ｖから±２２０Ｖまでの範囲
内で所望の三角波電圧を被測定試料３に供給させる。す
るとこの電圧に誘起されて、酸化膜３ａを介して探針２
と試料３との間に微小電流が流れる。この微小電流はプ
リアンプ２２で増幅され、Ａ／Ｄコンバータ７７を介し
てコンピュータ７１に供給されることで、酸化膜３ａ上
の一測定点に関するＩ／Ｖ特性測定データがコンピュー
タ７１に取り込まれる。なお、Ｄ／Ａコンバータ７８か
ら出力される三角波電圧を発生する信号はコンピュータ
７１からのディジタル信号をアナログ信号に変換したも
のであるため、信号が細かい階段状の要素を含んでお
り、フィルタ９ａはこれを平滑するために設けられたも
のである。
【００３２】この発明に係る薄膜膜質測定装置では、被
測定試料３の表面に設定された複数の測定点の全てにお
いて表面凹凸像データの測定とＩ／Ｖ特性データの測定
を行う。図２は、凹凸像データの測定動作とＩ／Ｖ特性
データの測定動作のタイミングを示す図である。図２に
おいて、(ａ)は試料表面の薄膜である酸化膜上を移動す
る探針の移動状態を示す。(ｂ)は各測定点での時間ｔに
対する印加電圧Ｖとその時に流れる微小電流Ｉとの関係
を示すタイミングチャートであり、縦軸は被測定試料に
印加する電圧Ｖおよび酸化膜を介して探針と試料との間
に流れる微小電流Ｉを示し、横軸は時間ｔを示す。
測定試料３の表面に設定された複数の測定点の全てにお
いて表面凹凸像データの測定とＩ／Ｖ特性データの測定
を行う。図２は、凹凸像データの測定動作とＩ／Ｖ特性
データの測定動作のタイミングを示す図である。図２に
おいて、(ａ)は試料表面の薄膜である酸化膜上を移動す
る探針の移動状態を示す。(ｂ)は各測定点での時間ｔに
対する印加電圧Ｖとその時に流れる微小電流Ｉとの関係
を示すタイミングチャートであり、縦軸は被測定試料に
印加する電圧Ｖおよび酸化膜を介して探針と試料との間
に流れる微小電流Ｉを示し、横軸は時間ｔを示す。
【００３３】フィードバック・ループを閉状態のまま、
カンチレバー１の探針２と試料３との間に働く原子間力
を一定に保った状態で、探針２の下へ被測定試料３の表
面(例えば酸化膜３ａ)の第１の測定点Ｐ１がくるように
被測定試料３をＸＹ方向に移動させる。そして、時刻ｔ
１で表面凹凸像データの測定を行って、測定データをＲ
ＡＭディスク７２に記憶させた後、時刻ｔ２で試料３に
例えば試料電圧２０Ｖの三角波(図２の(ｂ)に図示)もし
くは複数の三角波からなるノコギリ波電圧を印加してＩ
／Ｖ特性データの測定(例えば０Ｖから所望電圧値まで
１００点の電流値測定)を行う。時刻ｔ３でＩ／Ｖ特性
データの測定が終了すると、このＩ／Ｖ特性データの測
定結果もＲＡＭディスク７２に記憶させる。これと同時
に、時刻ｔ３からｔ４の間にコンピュータ７１は探針２
の下へ試料３表面の第２の測定点Ｐ２が位置するように
被測定試料３を移動させる。その後、時刻ｔ５にこの第
２の測定点Ｐ２について表面凹凸像データの測定を行
い、さらに時刻ｔ６でＩ／Ｖ特性データの測定を行う。
カンチレバー１の探針２と試料３との間に働く原子間力
を一定に保った状態で、探針２の下へ被測定試料３の表
面(例えば酸化膜３ａ)の第１の測定点Ｐ１がくるように
被測定試料３をＸＹ方向に移動させる。そして、時刻ｔ
１で表面凹凸像データの測定を行って、測定データをＲ
ＡＭディスク７２に記憶させた後、時刻ｔ２で試料３に
例えば試料電圧２０Ｖの三角波(図２の(ｂ)に図示)もし
くは複数の三角波からなるノコギリ波電圧を印加してＩ
／Ｖ特性データの測定(例えば０Ｖから所望電圧値まで
１００点の電流値測定)を行う。時刻ｔ３でＩ／Ｖ特性
データの測定が終了すると、このＩ／Ｖ特性データの測
定結果もＲＡＭディスク７２に記憶させる。これと同時
に、時刻ｔ３からｔ４の間にコンピュータ７１は探針２
の下へ試料３表面の第２の測定点Ｐ２が位置するように
被測定試料３を移動させる。その後、時刻ｔ５にこの第
２の測定点Ｐ２について表面凹凸像データの測定を行
い、さらに時刻ｔ６でＩ／Ｖ特性データの測定を行う。
【００３４】以下同様にして、試料３表面の観察領域に
設定された全ての測定点、例えば６４×６４点、あるい
は１２８×１２８点のそれぞれにおいて上述したシーケ
ンスを実行する。そしてコンピュータ７１は各測定点で
得られた表面凹凸像データから観察領域の表面凹凸像を
形成する一方、各測定点で得られたＩ／Ｖ特性データか
ら表面電流分布像を形成する。これら表面凹凸像及び表
面電流分布像は例えば適当なディスプレイ７９に表示さ
れる。これらの表面凹凸像及び表面電流分布像は、互い
に同一の測定点でほぼ同一時刻に取り込まれたデータか
ら形成されているので、互いに対比することにより、試
料３の表面状態を正確に把握することができる。
設定された全ての測定点、例えば６４×６４点、あるい
は１２８×１２８点のそれぞれにおいて上述したシーケ
ンスを実行する。そしてコンピュータ７１は各測定点で
得られた表面凹凸像データから観察領域の表面凹凸像を
形成する一方、各測定点で得られたＩ／Ｖ特性データか
ら表面電流分布像を形成する。これら表面凹凸像及び表
面電流分布像は例えば適当なディスプレイ７９に表示さ
れる。これらの表面凹凸像及び表面電流分布像は、互い
に同一の測定点でほぼ同一時刻に取り込まれたデータか
ら形成されているので、互いに対比することにより、試
料３の表面状態を正確に把握することができる。
【００３５】図３にはこの実施例の方法により得られた
ＴｉＮ膜(絶縁膜ではない)の測定結果を示す。図３の
(ａ)は表面凹凸像(ＡＦＭ)を示し、明るい箇所が高い部
分となっている。(ｂ)は表面電流分布像(ＣＩＴＳ)(試
料バイアス＋０.０５Ｖ時)を示し、明るい箇所が電流が
大きい箇所を示している。そして(ｃ)は、(ａ)中の＋印
の１、２、３の各点におけるＩ／Ｖ特性を示す。このＴ
ｉＮ膜は、スパッタリング装置を用いて膜厚６５ｎｍ
(ナノメータ)で形成したもので、いくつもの小さい粒子
状の表面凹凸(高さ７ｎｍ程度)が見られる。観察領域は
２４８ｎｍ×２４８ｎｍで、Ｉ／Ｖ特性データ測定時の
印加試料電圧Ｖは＋０.１Ｖ、測定点数は６４×６４点
である。これら表面凹凸像及び表面電流分布像、さらに
Ｉ／Ｖ特性を対比させることにより、ＴｉＮ膜がメタリ
ックな伝導を示し、粒子間である境界部分の電流量が支
配的となっていることがわかる。
ＴｉＮ膜(絶縁膜ではない)の測定結果を示す。図３の
(ａ)は表面凹凸像(ＡＦＭ)を示し、明るい箇所が高い部
分となっている。(ｂ)は表面電流分布像(ＣＩＴＳ)(試
料バイアス＋０.０５Ｖ時)を示し、明るい箇所が電流が
大きい箇所を示している。そして(ｃ)は、(ａ)中の＋印
の１、２、３の各点におけるＩ／Ｖ特性を示す。このＴ
ｉＮ膜は、スパッタリング装置を用いて膜厚６５ｎｍ
(ナノメータ)で形成したもので、いくつもの小さい粒子
状の表面凹凸(高さ７ｎｍ程度)が見られる。観察領域は
２４８ｎｍ×２４８ｎｍで、Ｉ／Ｖ特性データ測定時の
印加試料電圧Ｖは＋０.１Ｖ、測定点数は６４×６４点
である。これら表面凹凸像及び表面電流分布像、さらに
Ｉ／Ｖ特性を対比させることにより、ＴｉＮ膜がメタリ
ックな伝導を示し、粒子間である境界部分の電流量が支
配的となっていることがわかる。
【００３６】また、この実施例の方法を用いて薄い酸化
膜の絶縁破壊特性評価を行った例を次に示す。図４の
(ａ)はこの絶縁破壊特性評価に用いた測定パターンを示
した図、(ｂ)はこれの一部を拡大して示す模式図であ
る。本測定パターンでは２００ｎｍの膜厚の分離酸化膜
領域の中に、膜厚８.５ｎｍで広さが１μｍ×４μｍの
薄い酸化膜領域が形成されている。また図５の(ａ)は実
施例１の方法により得られた薄い酸化膜の表面凹凸像、
(ｂ)は表面電流分布像を示す。観察領域は3465ｎｍ×34
65ｎｍで、Ｉ／Ｖ特性データ測定時の印加試料電圧Ｖは
＋２９Ｖ、測定点数は６４×６４点である。図中、＋印
の部分は、試料電流Ｉが非常によく流れ、薄い酸化膜の
絶縁破壊が発生した領域に対応している。
膜の絶縁破壊特性評価を行った例を次に示す。図４の
(ａ)はこの絶縁破壊特性評価に用いた測定パターンを示
した図、(ｂ)はこれの一部を拡大して示す模式図であ
る。本測定パターンでは２００ｎｍの膜厚の分離酸化膜
領域の中に、膜厚８.５ｎｍで広さが１μｍ×４μｍの
薄い酸化膜領域が形成されている。また図５の(ａ)は実
施例１の方法により得られた薄い酸化膜の表面凹凸像、
(ｂ)は表面電流分布像を示す。観察領域は3465ｎｍ×34
65ｎｍで、Ｉ／Ｖ特性データ測定時の印加試料電圧Ｖは
＋２９Ｖ、測定点数は６４×６４点である。図中、＋印
の部分は、試料電流Ｉが非常によく流れ、薄い酸化膜の
絶縁破壊が発生した領域に対応している。
【００３７】図５に示した測定結果を模式的に表したも
のが図６である。図６の(ａ)は絶縁破壊発生箇所の模式
図、(ｂ)は絶縁破壊発生箇所のＩ／Ｖ特性を示す。被測
定試料３に印加する電圧を、＋２２Ｖ、＋２４Ｖ、＋２
９Ｖと上げていくにつれ、薄い酸化膜表面の＋印１、
２、３のそれぞれの箇所で絶縁破壊が発生する。このよ
うに実施例１の装置および方法を用いて薄い酸化膜の絶
縁破壊の様子を評価することが可能である。
のが図６である。図６の(ａ)は絶縁破壊発生箇所の模式
図、(ｂ)は絶縁破壊発生箇所のＩ／Ｖ特性を示す。被測
定試料３に印加する電圧を、＋２２Ｖ、＋２４Ｖ、＋２
９Ｖと上げていくにつれ、薄い酸化膜表面の＋印１、
２、３のそれぞれの箇所で絶縁破壊が発生する。このよ
うに実施例１の装置および方法を用いて薄い酸化膜の絶
縁破壊の様子を評価することが可能である。
【００３８】また、この実施例の薄膜膜質測定装置で
は、被測定試料３からの電流を探針２で受けるようにし
ているので、探針２からの電流を被測定試料３側で受
け、これを測定するのに比べて、被測定試料３の本体部
の影響を受けにくく、より精度良く表面の薄膜のＩ／Ｖ
特性を測定することができる。
は、被測定試料３からの電流を探針２で受けるようにし
ているので、探針２からの電流を被測定試料３側で受
け、これを測定するのに比べて、被測定試料３の本体部
の影響を受けにくく、より精度良く表面の薄膜のＩ／Ｖ
特性を測定することができる。
【００３９】実施例２．実施例１ではＩ／Ｖ特性データ
の測定を行う時に、フィードバック・ループが閉状態の
まま、時刻ｔ２(図２参照)に被測定試料３に例えば試料
バイアス電圧２０数Ｖの三角波もしくはノコギリ波電圧
を印加してＩ／Ｖ特性データの測定を行っている。しか
しながら、例えば薄い酸化膜の絶縁破壊の様子を評価す
る場合には、絶縁破壊箇所で非常に大きな電流が短時間
の間に酸化膜３ａを介して探針２と試料３との間に流れ
ることがある。このような場合、探針２はこれによる衝
撃により急激に大きく振れたりすることがあるため、フ
ィードバック・ループを閉状態のまま維持しておくと、
フィードバック・ループが急峻な変化に応答できず、場
合によっては制御回路７０中に故障が発生する等の恐れ
がある。そこで、Ｉ／Ｖ特性データ測定の時のみフィー
ドバック・ループを開状態とした方が、装置動作は安定
する。
の測定を行う時に、フィードバック・ループが閉状態の
まま、時刻ｔ２(図２参照)に被測定試料３に例えば試料
バイアス電圧２０数Ｖの三角波もしくはノコギリ波電圧
を印加してＩ／Ｖ特性データの測定を行っている。しか
しながら、例えば薄い酸化膜の絶縁破壊の様子を評価す
る場合には、絶縁破壊箇所で非常に大きな電流が短時間
の間に酸化膜３ａを介して探針２と試料３との間に流れ
ることがある。このような場合、探針２はこれによる衝
撃により急激に大きく振れたりすることがあるため、フ
ィードバック・ループを閉状態のまま維持しておくと、
フィードバック・ループが急峻な変化に応答できず、場
合によっては制御回路７０中に故障が発生する等の恐れ
がある。そこで、Ｉ／Ｖ特性データ測定の時のみフィー
ドバック・ループを開状態とした方が、装置動作は安定
する。
【００４０】図７はＩ／Ｖ特性データ測定時のみフィー
ドバック・ループを開状態とした実施例２における測定
動作のタイミングを示す図である。図７の(ａ)は探針の
移動状態を示し、(ｂ)は各測定点での時間ｔに対する印
加電圧Ｖとその時に流れる微小電流Ｉとの関係を示すタ
イミングチャートを示す。なお装置は図１に示すものと
基本的に同じである。そしてフィードバック・ループ開
閉切換手段はスイッチ１５、１６およびこれを制御する
コンピュータ７１からなる。従って、コンピュータ７１
内のプログラム７１ａの、スイッチ１５、１６の切換え
動作に関する内容が変更されている。
ドバック・ループを開状態とした実施例２における測定
動作のタイミングを示す図である。図７の(ａ)は探針の
移動状態を示し、(ｂ)は各測定点での時間ｔに対する印
加電圧Ｖとその時に流れる微小電流Ｉとの関係を示すタ
イミングチャートを示す。なお装置は図１に示すものと
基本的に同じである。そしてフィードバック・ループ開
閉切換手段はスイッチ１５、１６およびこれを制御する
コンピュータ７１からなる。従って、コンピュータ７１
内のプログラム７１ａの、スイッチ１５、１６の切換え
動作に関する内容が変更されている。
【００４１】まず、フィードバック・ループが閉状態の
まま、カンチレバー１の先端部に設けられた探針２と試
料３との間に働く原子間力を一定に保った状態で、探針
２の下へ試料３の表面の第１の測定点Ｐ１を移動する。
そして、時刻ｔ１に表面凹凸像データの測定を行って、
測定データをＲＡＭディスク７２に記憶させる。次に、
時刻ｔ１ａにおいてフィードバック・ループを開状態と
する。ここでフィードバック・ループを開状態とするた
めに、図１におけるスイッチ１５を開とし、スイッチ１
６を閉とすることにより差動増幅器１０からの出力電圧
を０とすればよい。次に、フィードバック・ループが開
状態のまま時刻ｔ２に試料３に例えば試料電圧２０Ｖの
三角波もしくはノコギリ波電圧を印加してＩ／Ｖ特性デ
ータの測定(例えば０Ｖから所望電圧値まで１００点の
電流値測定)を行う。時刻ｔ３でＩ／Ｖ特性データの測
定が終了すると、このＩ／Ｖ特性データの測定結果もＲ
ＡＭディスク７２に記憶させる。
まま、カンチレバー１の先端部に設けられた探針２と試
料３との間に働く原子間力を一定に保った状態で、探針
２の下へ試料３の表面の第１の測定点Ｐ１を移動する。
そして、時刻ｔ１に表面凹凸像データの測定を行って、
測定データをＲＡＭディスク７２に記憶させる。次に、
時刻ｔ１ａにおいてフィードバック・ループを開状態と
する。ここでフィードバック・ループを開状態とするた
めに、図１におけるスイッチ１５を開とし、スイッチ１
６を閉とすることにより差動増幅器１０からの出力電圧
を０とすればよい。次に、フィードバック・ループが開
状態のまま時刻ｔ２に試料３に例えば試料電圧２０Ｖの
三角波もしくはノコギリ波電圧を印加してＩ／Ｖ特性デ
ータの測定(例えば０Ｖから所望電圧値まで１００点の
電流値測定)を行う。時刻ｔ３でＩ／Ｖ特性データの測
定が終了すると、このＩ／Ｖ特性データの測定結果もＲ
ＡＭディスク７２に記憶させる。
【００４２】次に、時刻ｔ３ａにおいてフィードバック
・ループを閉状態とした後、時刻ｔ４までの間にコンピ
ュータ７１は探針２の下へ試料３表面の第２の測定点Ｐ
２が位置するように試料３をＸＹ方向に移動する。その
後時刻ｔ５にこの第２の測定点Ｐ２について表面凹凸像
データの測定を行う。次に、時刻ｔ５ａにおいてフィー
ドバック・ループを開状態とし、その状態で時刻ｔ６で
Ｉ／Ｖ特性データの測定を行う。
・ループを閉状態とした後、時刻ｔ４までの間にコンピ
ュータ７１は探針２の下へ試料３表面の第２の測定点Ｐ
２が位置するように試料３をＸＹ方向に移動する。その
後時刻ｔ５にこの第２の測定点Ｐ２について表面凹凸像
データの測定を行う。次に、時刻ｔ５ａにおいてフィー
ドバック・ループを開状態とし、その状態で時刻ｔ６で
Ｉ／Ｖ特性データの測定を行う。
【００４３】同様にして、試料３表面の観察領域に設定
された全ての測定点、例えば６４×６４点、あるいは１
２８×１２８点のそれぞれにおいて上述したシーケンス
を実行する。そしてコンピュータ７１は各測定点で得ら
れた表面凹凸像データから観察領域の表面凹凸像を形成
する一方、各測定点で得られたＩ／Ｖ特性データから表
面電流分布像を形成し、例えばディスプレイ７９に表示
する。
された全ての測定点、例えば６４×６４点、あるいは１
２８×１２８点のそれぞれにおいて上述したシーケンス
を実行する。そしてコンピュータ７１は各測定点で得ら
れた表面凹凸像データから観察領域の表面凹凸像を形成
する一方、各測定点で得られたＩ／Ｖ特性データから表
面電流分布像を形成し、例えばディスプレイ７９に表示
する。
【００４４】このように、Ｉ／Ｖ特性データ測定の時の
みフィードバック・ループを開状態にすることにより、
薄膜膜質測定装置の動作は安定し、制御回路にダメージ
を与えることもなくなる。
みフィードバック・ループを開状態にすることにより、
薄膜膜質測定装置の動作は安定し、制御回路にダメージ
を与えることもなくなる。
【００４５】実施例３．実施例１ではＩ／Ｖ特性データ
の測定を行う時に、時刻ｔ２で試料３に例えば試料電圧
２０数Ｖの三角波もしくはノコギリ波電圧を印加してＩ
／Ｖ特性データの測定を行っている。しかしながら、例
えば薄い酸化膜の絶縁破壊の様子を評価する場合には、
各測定点で絶縁破壊特性が異なり、また、絶縁破壊箇所
で非常に大きな電流が短時間の間に酸化膜３ａを介して
探針２と試料３との間に流れる。このため、過剰電流の
ために探針２及びカンチレバー１を覆う導電性コート膜
２ａがダメージを受ける。
の測定を行う時に、時刻ｔ２で試料３に例えば試料電圧
２０数Ｖの三角波もしくはノコギリ波電圧を印加してＩ
／Ｖ特性データの測定を行っている。しかしながら、例
えば薄い酸化膜の絶縁破壊の様子を評価する場合には、
各測定点で絶縁破壊特性が異なり、また、絶縁破壊箇所
で非常に大きな電流が短時間の間に酸化膜３ａを介して
探針２と試料３との間に流れる。このため、過剰電流の
ために探針２及びカンチレバー１を覆う導電性コート膜
２ａがダメージを受ける。
【００４６】そこで、探針２と試料３との間に流れる電
流に制限値を設け、ある電流値以上の電流が探針２と試
料３間に流れないようにした。これにより、過剰電流の
ために探針２及びカンチレバー１を覆う導電性コート膜
２ａがダメージを受けることを防止する。
流に制限値を設け、ある電流値以上の電流が探針２と試
料３間に流れないようにした。これにより、過剰電流の
ために探針２及びカンチレバー１を覆う導電性コート膜
２ａがダメージを受けることを防止する。
【００４７】図８は過剰電流防止動作を含む実施例３に
おける測定動作のタイミングを説明するための図であ
る。図７の(ａ)は探針の移動状態を示し、(ｂ)は過剰電
流防止動作が無い場合の各測定点での時間ｔに対する印
加電圧Ｖとその時に流れる微小電流Ｉとの関係を示すタ
イミングチャート、(ｃ)は過剰電流防止動作が有る場合
の各測定点での時間ｔに対する印加電圧Ｖとその時に流
れる微小電流Ｉとの関係を示すタイミングチャートを示
す。過剰電流防止動作は図１のコンピュータ７１がプロ
グラム７１ａに従って行う。すなわち、コンピュータ７
１はプリアンプ２２からの信号を受けており、これを予
め定められた所定値と比較し、越えた場合には試料３に
印加する電圧を０に戻すようにする。従ってプログラム
７１ａにはこのためのプログラムが追加されている。従
ってコンピュータ７１が過剰電流防止手段を形成する。
おける測定動作のタイミングを説明するための図であ
る。図７の(ａ)は探針の移動状態を示し、(ｂ)は過剰電
流防止動作が無い場合の各測定点での時間ｔに対する印
加電圧Ｖとその時に流れる微小電流Ｉとの関係を示すタ
イミングチャート、(ｃ)は過剰電流防止動作が有る場合
の各測定点での時間ｔに対する印加電圧Ｖとその時に流
れる微小電流Ｉとの関係を示すタイミングチャートを示
す。過剰電流防止動作は図１のコンピュータ７１がプロ
グラム７１ａに従って行う。すなわち、コンピュータ７
１はプリアンプ２２からの信号を受けており、これを予
め定められた所定値と比較し、越えた場合には試料３に
印加する電圧を０に戻すようにする。従ってプログラム
７１ａにはこのためのプログラムが追加されている。従
ってコンピュータ７１が過剰電流防止手段を形成する。
【００４８】過剰電流防止動作が無い場合には、図８の
(ｂ)に示すように、全ての測定点において固定電圧Ｖ１
までの電圧が試料３に印加されるため、例えば測定点Ｐ
２およびＰ３においては電流値Ｉ１以上の過剰電流Ｓ
１、Ｓ２が流れてしまう。そこで(ｂ)に示すように例え
ばこの電流値Ｉ１を制限電流値と予め指定してやり、試
料電流ＩがＩ１に到達した時刻ｔ７およびｔ８で、試料
３に印加する電圧を０Ｖに落すようにした。
(ｂ)に示すように、全ての測定点において固定電圧Ｖ１
までの電圧が試料３に印加されるため、例えば測定点Ｐ
２およびＰ３においては電流値Ｉ１以上の過剰電流Ｓ
１、Ｓ２が流れてしまう。そこで(ｂ)に示すように例え
ばこの電流値Ｉ１を制限電流値と予め指定してやり、試
料電流ＩがＩ１に到達した時刻ｔ７およびｔ８で、試料
３に印加する電圧を０Ｖに落すようにした。
【００４９】これにより、過剰電流のために探針２及び
カンチレバー１を覆う導電性コート膜２ａがダメージを
受けることを防止することができた。
カンチレバー１を覆う導電性コート膜２ａがダメージを
受けることを防止することができた。
【００５０】実施例４．実施例１ではＩ／Ｖ特性データ
の測定を行う時、探針２及びカンチレバー１を覆う導電
性コート膜２ａを一般の導電性コート膜とした。しかし
ながら、例えば薄い酸化膜の絶縁破壊の様子を評価する
場合には、絶縁破壊箇所で非常に大きな電流が短時間の
間に酸化膜３ａを介して探針２と試料３との間に流れ
る。このため、過剰電流のために探針２及びカンチレバ
ー１を覆う導電性コート膜２ａがダメージを受ける。そ
こで、導電性コート膜２ａは過剰電流に強い、一般的に
蒸発温度の高い導電性物質を用いた方が有利である。
の測定を行う時、探針２及びカンチレバー１を覆う導電
性コート膜２ａを一般の導電性コート膜とした。しかし
ながら、例えば薄い酸化膜の絶縁破壊の様子を評価する
場合には、絶縁破壊箇所で非常に大きな電流が短時間の
間に酸化膜３ａを介して探針２と試料３との間に流れ
る。このため、過剰電流のために探針２及びカンチレバ
ー１を覆う導電性コート膜２ａがダメージを受ける。そ
こで、導電性コート膜２ａは過剰電流に強い、一般的に
蒸発温度の高い導電性物質を用いた方が有利である。
【００５１】図９はカンチレバーをより詳細に示した図
であり、(ａ)はカンチレバーの下面を示す斜視図、(ｂ)
は探針の先端が溶解した状態を示す図、(ｃ)は(ｂ)をさ
らに拡大した図である。図９の(ａ)に示されているよう
に、カンチレバー１は先端部に四角錐形状或は三角錐形
状の探針２が形成された例えばシリコンからなる板状の
ものであり、探針２を含む下面側に電気を流すために導
電性コート膜２ａが形成されている。この導電性コート
膜２ａは金等を蒸着して形成されるが、測定中に流れる
過剰電流により、探針２の先端部分の金(融点1063℃)が
溶けてしまう恐れがある。図９の(ｂ)および(ｃ)はこれ
を示すもので、金を真空蒸着装置(JEE-4X:日本電子製)
を用いて、フィラメント電流２０Ａ、真空度６×１０-4
Ｐａの条件下で、３分程度蒸着したカンチレバーに、試
料電圧＋３０Ｖ程度まで印加した後の探針２の先端部分
を示しており、明らかに先端部分の金が溶解しているの
が分かる。
であり、(ａ)はカンチレバーの下面を示す斜視図、(ｂ)
は探針の先端が溶解した状態を示す図、(ｃ)は(ｂ)をさ
らに拡大した図である。図９の(ａ)に示されているよう
に、カンチレバー１は先端部に四角錐形状或は三角錐形
状の探針２が形成された例えばシリコンからなる板状の
ものであり、探針２を含む下面側に電気を流すために導
電性コート膜２ａが形成されている。この導電性コート
膜２ａは金等を蒸着して形成されるが、測定中に流れる
過剰電流により、探針２の先端部分の金(融点1063℃)が
溶けてしまう恐れがある。図９の(ｂ)および(ｃ)はこれ
を示すもので、金を真空蒸着装置(JEE-4X:日本電子製)
を用いて、フィラメント電流２０Ａ、真空度６×１０-4
Ｐａの条件下で、３分程度蒸着したカンチレバーに、試
料電圧＋３０Ｖ程度まで印加した後の探針２の先端部分
を示しており、明らかに先端部分の金が溶解しているの
が分かる。
【００５２】そこでこの実施例では、カンチレバー１の
導電性コート膜２ａを蒸発温度すなわち融点の高い導電
性物質で形成した。具体的には、例えば白金を使用し、
かつスパッタリングで導電性コート膜２ａを形成した。
マグネトロン・スパッタ装置(JUC-5000)を用い、陰極電
圧４.５ｋＶ、イオン電流１０ｍＡ、真空度５Ｐａ以下
(in air)の条件下で、４分程度の白金によるスパッタリ
ングを２回行って形成された導電性コート膜２ａでは、
少なくとも試料電圧を＋３０Ｖ程度まで印加しても、図
９に見られるような溶解は発生しない。さらに、スパッ
タリングは蒸着に比べて導電性コート膜２ａをより薄く
形成できるため、探針２の先端部分をより鋭角にでき
る。このため導電性コート膜２ａをスパッタリングで形
成したカンチレバーを使用した場合には、測定精度の向
上が期待できる。
導電性コート膜２ａを蒸発温度すなわち融点の高い導電
性物質で形成した。具体的には、例えば白金を使用し、
かつスパッタリングで導電性コート膜２ａを形成した。
マグネトロン・スパッタ装置(JUC-5000)を用い、陰極電
圧４.５ｋＶ、イオン電流１０ｍＡ、真空度５Ｐａ以下
(in air)の条件下で、４分程度の白金によるスパッタリ
ングを２回行って形成された導電性コート膜２ａでは、
少なくとも試料電圧を＋３０Ｖ程度まで印加しても、図
９に見られるような溶解は発生しない。さらに、スパッ
タリングは蒸着に比べて導電性コート膜２ａをより薄く
形成できるため、探針２の先端部分をより鋭角にでき
る。このため導電性コート膜２ａをスパッタリングで形
成したカンチレバーを使用した場合には、測定精度の向
上が期待できる。
【００５３】なお、導電性コート膜２ａの材料として
は、白金(融点1774℃)の他にクロム(1905℃)、カーボン
等を使用することが望ましい。
は、白金(融点1774℃)の他にクロム(1905℃)、カーボン
等を使用することが望ましい。
【００５４】実施例５．なお、実施例１〜４では、比較
的小さな切片を被測定試料３として円筒型ピエゾ素子６
に取り付けたが、切片の代わりに例えば半導体ウェハを
被測定試料３として用いることができる。この場合に
は、本発明の薄膜膜質測定方法を半導体製造プロセスの
インライン計測法として適用することが可能となる。
的小さな切片を被測定試料３として円筒型ピエゾ素子６
に取り付けたが、切片の代わりに例えば半導体ウェハを
被測定試料３として用いることができる。この場合に
は、本発明の薄膜膜質測定方法を半導体製造プロセスの
インライン計測法として適用することが可能となる。
【００５５】この実施例５では、図１０に示されるよう
に、半導体装置の製造方法において、半導体ウェハ３０
上にパターニングされた半導体素子３１の表面の電流分
布像を測定し(Ｉ／Ｖ特性測定も含む)、所定値以上の絶
縁耐圧が得られたか否かを検査する。電流分布像の測定
にあたっては、半導体素子３１を薄膜膜質測定装置のカ
ンチレバー１先端部の探針２に接近させることにより行
われる。この薄膜膜質測定装置は、図１に示したものと
同様に、半導体レーザ装置４から発せられたレーザ光
を、カンチレバー１の上面に照射し、その反射光をフォ
トダイオード検出器５で検出するものである。
に、半導体装置の製造方法において、半導体ウェハ３０
上にパターニングされた半導体素子３１の表面の電流分
布像を測定し(Ｉ／Ｖ特性測定も含む)、所定値以上の絶
縁耐圧が得られたか否かを検査する。電流分布像の測定
にあたっては、半導体素子３１を薄膜膜質測定装置のカ
ンチレバー１先端部の探針２に接近させることにより行
われる。この薄膜膜質測定装置は、図１に示したものと
同様に、半導体レーザ装置４から発せられたレーザ光
を、カンチレバー１の上面に照射し、その反射光をフォ
トダイオード検出器５で検出するものである。
【００５６】ここで半導体素子３１は、例えば図１１〜
１３に示されるようなプロセスで製造される。半導体ウ
ェハ３０上に酸化膜３３と窒化膜３４を形成し(図１１
の(ａ))、これをパターニングし(図１１の(ｂ))、分離
酸化膜３５を形成する(図１１の(ｃ))。次に分離酸化膜
３５を形成するためのマスクとなった酸化膜３３と窒化
膜３４を削除し(図１１の(ｄ))、トランジスタのゲート
酸化膜層３６を形成する(図１１の(ｅ))。
１３に示されるようなプロセスで製造される。半導体ウ
ェハ３０上に酸化膜３３と窒化膜３４を形成し(図１１
の(ａ))、これをパターニングし(図１１の(ｂ))、分離
酸化膜３５を形成する(図１１の(ｃ))。次に分離酸化膜
３５を形成するためのマスクとなった酸化膜３３と窒化
膜３４を削除し(図１１の(ｄ))、トランジスタのゲート
酸化膜層３６を形成する(図１１の(ｅ))。
【００５７】次に、この状態でゲート酸化膜層３６の表
面を薄膜膜質測定装置のカンチレバー１の探針２に近付
け、上記の各実施例１〜４で述べた方法により表面電流
分布像(Ｉ／Ｖ特性測定も含む)を測定する。測定の結
果、所定値以上の絶縁耐圧が得られていると判断された
場合には、次の工程に進む。一方、電流分布像測定の結
果、所定値以上の絶縁耐圧が得られていないと判断され
た場合には、図１１の(ｅ)に示したウェハの段階で不良
品と判定し、製造ラインから排除する。
面を薄膜膜質測定装置のカンチレバー１の探針２に近付
け、上記の各実施例１〜４で述べた方法により表面電流
分布像(Ｉ／Ｖ特性測定も含む)を測定する。測定の結
果、所定値以上の絶縁耐圧が得られていると判断された
場合には、次の工程に進む。一方、電流分布像測定の結
果、所定値以上の絶縁耐圧が得られていないと判断され
た場合には、図１１の(ｅ)に示したウェハの段階で不良
品と判定し、製造ラインから排除する。
【００５８】次の工程では図１２の(ａ)に示したよう
に、トランジスタのゲート電極３７を形成し、更にチャ
ネル領域３８をイオン注入等により形成する。次に層間
膜３９を堆積、コンタクトホール４０を形成した後(図
１２の(ｂ))、コンデンサの下部電極４１を形成する(図
１２の(ｃ))。次にこの下部電極４１を酸化することに
より、コンデンサの絶縁膜４２を形成する(図１２の
(ｄ))。
に、トランジスタのゲート電極３７を形成し、更にチャ
ネル領域３８をイオン注入等により形成する。次に層間
膜３９を堆積、コンタクトホール４０を形成した後(図
１２の(ｂ))、コンデンサの下部電極４１を形成する(図
１２の(ｃ))。次にこの下部電極４１を酸化することに
より、コンデンサの絶縁膜４２を形成する(図１２の
(ｄ))。
【００５９】次に、図１２の(ｄ)に示したように、この
コンデンサの絶縁膜４２の表面を薄膜膜質測定装置のカ
ンチレバー１の探針２に近付け、上記の各実施例１〜４
で述べた方法により表面電流分布像を測定する。測定の
結果、所定値以上の絶縁耐圧が得られていると判断され
た場合には、次の工程に進む。一方、電流分布像測定の
結果、所定値以上の絶縁耐圧が得られていないと判断さ
れた場合には、図１２の(ｄ)に示したウェハの段階で不
良品と判定し、製造ラインから排除する。
コンデンサの絶縁膜４２の表面を薄膜膜質測定装置のカ
ンチレバー１の探針２に近付け、上記の各実施例１〜４
で述べた方法により表面電流分布像を測定する。測定の
結果、所定値以上の絶縁耐圧が得られていると判断され
た場合には、次の工程に進む。一方、電流分布像測定の
結果、所定値以上の絶縁耐圧が得られていないと判断さ
れた場合には、図１２の(ｄ)に示したウェハの段階で不
良品と判定し、製造ラインから排除する。
【００６０】次に、図１３の(ａ)に示したように、コン
デンサの上部電極４３を形成し、さらに層間絶縁膜４４
を堆積する(図１３の(ｂ))。
デンサの上部電極４３を形成し、さらに層間絶縁膜４４
を堆積する(図１３の(ｂ))。
【００６１】このように上述した検査方法では、ゲート
酸化膜層や絶縁膜等の表面電流分布像を測定することに
より各絶縁膜の絶縁特性を正確に検査できる。また、イ
ンライン検査として行う場合には、所望の絶縁特性が得
られないものは早期に不良品と判断できるため、半導体
装置の製造が効率良く行える。
酸化膜層や絶縁膜等の表面電流分布像を測定することに
より各絶縁膜の絶縁特性を正確に検査できる。また、イ
ンライン検査として行う場合には、所望の絶縁特性が得
られないものは早期に不良品と判断できるため、半導体
装置の製造が効率良く行える。
【００６２】なお上述した本検査方法は、半導体装置の
製造ライン内に組み込んでインライン検査として行うこ
ともできるが、製造ラインの外部で検査を行うようにす
ることもできる。
製造ライン内に組み込んでインライン検査として行うこ
ともできるが、製造ラインの外部で検査を行うようにす
ることもできる。
【００６３】なお、上記各実施例では、被測定試料３の
走査・移動等に円筒型ピエゾ素子６を使用しているが、
トライポッド型、積層型、やぐら型等のようなものであ
ってもよく、同様の効果を奏する。
走査・移動等に円筒型ピエゾ素子６を使用しているが、
トライポッド型、積層型、やぐら型等のようなものであ
ってもよく、同様の効果を奏する。
【００６４】
【発明の効果】以上のようにこの発明の第１の発明で
は、試料表面の薄膜上の複数の各測定点でＩ／Ｖ特性デ
ータを測定し、このＩ／Ｖ特性データから表面電流分布
像を形成するようにし、薄膜の全測定点でのＩ／Ｖ特性
の把握を可能にしたので、薄膜の電気的特性のより詳細
な測定が可能な薄膜膜質測定装置を提供できる等の効果
が得られる。
は、試料表面の薄膜上の複数の各測定点でＩ／Ｖ特性デ
ータを測定し、このＩ／Ｖ特性データから表面電流分布
像を形成するようにし、薄膜の全測定点でのＩ／Ｖ特性
の把握を可能にしたので、薄膜の電気的特性のより詳細
な測定が可能な薄膜膜質測定装置を提供できる等の効果
が得られる。
【００６５】この発明の第２の発明では、上記測定手段
が各測定点でさらに凹凸像データを測定し、上記像形成
手段が測定手段で測定された凹凸像データから表面凹凸
像を形成すると共に、この表面凹凸像に対応してＩ／Ｖ
特性データから表面電流分布像を形成するようにして、
表面凹凸像と表面電流分布像の関連付けを可能にしたの
で、薄膜の凹凸と電気的特性との関係も把握が可能なよ
り高度な薄膜膜質測定装置を提供できる等の効果が得ら
れる。
が各測定点でさらに凹凸像データを測定し、上記像形成
手段が測定手段で測定された凹凸像データから表面凹凸
像を形成すると共に、この表面凹凸像に対応してＩ／Ｖ
特性データから表面電流分布像を形成するようにして、
表面凹凸像と表面電流分布像の関連付けを可能にしたの
で、薄膜の凹凸と電気的特性との関係も把握が可能なよ
り高度な薄膜膜質測定装置を提供できる等の効果が得ら
れる。
【００６６】この発明の第３の発明では、上記測定手段
として先端部に探針を設けたカンチレバーを使用した原
子間力顕微鏡を使用し、さらにこの原子間力顕微鏡がカ
ンチレバーの探針と薄膜とを一定の間隔に保つためのフ
ィードバック・ループを含むものにおいて、Ｉ／Ｖ特性
の測定時にはフィードバック・ループを開状態とするフ
ィードバック・ループ開閉切換手段をさらに設けたの
で、Ｉ／Ｖ特性測定時の急激に流れる電流による影響を
受けずに動作を安定させた、より信頼性の高い薄膜膜質
測定装置を提供できる等の効果が得られる。
として先端部に探針を設けたカンチレバーを使用した原
子間力顕微鏡を使用し、さらにこの原子間力顕微鏡がカ
ンチレバーの探針と薄膜とを一定の間隔に保つためのフ
ィードバック・ループを含むものにおいて、Ｉ／Ｖ特性
の測定時にはフィードバック・ループを開状態とするフ
ィードバック・ループ開閉切換手段をさらに設けたの
で、Ｉ／Ｖ特性測定時の急激に流れる電流による影響を
受けずに動作を安定させた、より信頼性の高い薄膜膜質
測定装置を提供できる等の効果が得られる。
【００６７】この発明の第４の発明では、Ｉ／Ｖ特性の
測定時に薄膜を介して探針と試料の間に過剰電流が流れ
るのを防止する過剰電流防止手段をさらに設けたので、
測定装置が過剰電流によるダメージを受けるのを防止し
た、より信頼性の高い薄膜膜質測定装置を提供できる等
の効果が得られる。
測定時に薄膜を介して探針と試料の間に過剰電流が流れ
るのを防止する過剰電流防止手段をさらに設けたので、
測定装置が過剰電流によるダメージを受けるのを防止し
た、より信頼性の高い薄膜膜質測定装置を提供できる等
の効果が得られる。
【００６８】この発明の第５の発明では、カンチレバー
およびその探針にコートされている導電性コート膜を融
点の高い導電性物質で形成したので、過剰電流により特
に探針の先端部分でコート膜が溶解するのを防止した、
より信頼性の高い薄膜膜質測定装置を提供できる等の効
果が得られる。
およびその探針にコートされている導電性コート膜を融
点の高い導電性物質で形成したので、過剰電流により特
に探針の先端部分でコート膜が溶解するのを防止した、
より信頼性の高い薄膜膜質測定装置を提供できる等の効
果が得られる。
【００６９】この発明の第６の発明では、先端部に探針
を有するカンチレバーを設けた原子間力顕微鏡により、
試料表面の薄膜上の複数の各測定点でＩ／Ｖ特性データ
を測定し、Ｉ／Ｖ特性データから表面電流分布像を形成
し、薄膜の全測定点でのＩ／Ｖ特性を測定可能にしたの
で、薄膜の電気的特性のより精度の高い測定が可能な薄
膜膜質測定方法を提供できる等の効果が得られる。
を有するカンチレバーを設けた原子間力顕微鏡により、
試料表面の薄膜上の複数の各測定点でＩ／Ｖ特性データ
を測定し、Ｉ／Ｖ特性データから表面電流分布像を形成
し、薄膜の全測定点でのＩ／Ｖ特性を測定可能にしたの
で、薄膜の電気的特性のより精度の高い測定が可能な薄
膜膜質測定方法を提供できる等の効果が得られる。
【００７０】この発明の第７の発明では、半導体装置の
製造方法において、先端部に探針を有するカンチレバー
を設けた原子間力顕微鏡により、絶縁膜上の複数の各測
定点でＩ／Ｖ特性データを測定し、このＩ／Ｖ特性デー
タから表面電流分布像を形成し、絶縁膜の絶縁特性を正
確に把握する検査工程を含むようにしたことにより、ウ
ェハに形成された絶縁膜の絶縁特性を正確に検査でき、
信頼性の高い半導体装置を製造できる半導体装置の製造
方法を提供できる等の効果が得られる。
製造方法において、先端部に探針を有するカンチレバー
を設けた原子間力顕微鏡により、絶縁膜上の複数の各測
定点でＩ／Ｖ特性データを測定し、このＩ／Ｖ特性デー
タから表面電流分布像を形成し、絶縁膜の絶縁特性を正
確に把握する検査工程を含むようにしたことにより、ウ
ェハに形成された絶縁膜の絶縁特性を正確に検査でき、
信頼性の高い半導体装置を製造できる半導体装置の製造
方法を提供できる等の効果が得られる。
【図１】 この発明の一実施例による薄膜膜質測定装置
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図２】 実施例１の動作を示すタイミングチャートで
ある。
ある。
【図３】 (ａ)は実施例１により得られたＴｉＮ膜の表
面凹凸像、(ｂ)はその表面電流分布像、(ｃ)はそのＩ／
Ｖ特性を示す図である。
面凹凸像、(ｂ)はその表面電流分布像、(ｃ)はそのＩ／
Ｖ特性を示す図である。
【図４】 (ａ)は実施例１による絶縁破壊特性評価で用
いた測定パターンを示す図、(ｂ)は一部を拡大した模式
図である。
いた測定パターンを示す図、(ｂ)は一部を拡大した模式
図である。
【図５】 (ａ)は実施例１による絶縁破壊特性評価によ
り得られた測定パターンの表面凹凸像、(ｂ)はその表面
電流分布像を示す図である。
り得られた測定パターンの表面凹凸像、(ｂ)はその表面
電流分布像を示す図である。
【図６】 (ａ)実施例１による絶縁破壊特性評価により
得られた測定パターンの絶縁破壊発生箇所の模式図、
(ｂ)はそのＩ／Ｖ特性を示す図である。
得られた測定パターンの絶縁破壊発生箇所の模式図、
(ｂ)はそのＩ／Ｖ特性を示す図である。
【図７】 この発明の実施例２の動作を示すタイミング
チャートである。
チャートである。
【図８】 この発明の実施例３の動作を示すタイミング
チャートである。
チャートである。
【図９】 (ａ)はこの発明の実施例４を説明するための
カンチレバーの斜視図、(ｂ)は金コートされたカンチレ
バーの探針先端部分の図、(ｃ)は(ｂ)の拡大図である。
カンチレバーの斜視図、(ｂ)は金コートされたカンチレ
バーの探針先端部分の図、(ｃ)は(ｂ)の拡大図である。
【図１０】 この発明の実施例５における検査方法を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図１１】 実施例５による半導体装置の製造方法を説
明するためのプロセス断面構造図である。
明するためのプロセス断面構造図である。
【図１２】 実施例５による半導体装置の製造方法を説
明するためのプロセス断面構造図である。
明するためのプロセス断面構造図である。
【図１３】 実施例５による半導体装置の製造方法を説
明するためのプロセス断面構造図である。
明するためのプロセス断面構造図である。
【図１４】 従来の原子間力顕微鏡を示す構成図であ
る。
る。
【図１５】 従来の電気的特性の測定も行う原子間力顕
微鏡を示す構成図である。
微鏡を示す構成図である。
１ カンチレバー、２ 探針、２ａ 導電性コート膜、
３ 被測定試料、３ａ酸化膜(薄膜)、４ 半導体レーザ
装置、５ フォトダイオード検出器、６ 円筒型ピエゾ
素子、７０ 制御回路、７１ コンピュータ、７１ａ
プログラム、７２ ＲＡＭディスク、７９ ディスプレ
イ。
３ 被測定試料、３ａ酸化膜(薄膜)、４ 半導体レーザ
装置、５ フォトダイオード検出器、６ 円筒型ピエゾ
素子、７０ 制御回路、７１ コンピュータ、７１ａ
プログラム、７２ ＲＡＭディスク、７９ ディスプレ
イ。
Claims (7)
- 【請求項１】 試料表面の薄膜上の複数の各測定点でＩ
／Ｖ特性データを測定する測定手段と、 上記測定手段で測定されたＩ／Ｖ特性データから表面電
流分布像を形成する像形成手段と、 を備えたことを特徴とする薄膜膜質測定装置。 - 【請求項２】 上記測定手段が上記各測定点でさらに凹
凸像データを測定し、上記像形成手段が上記測定手段で
測定された凹凸像データから表面凹凸像を形成すると共
に、この表面凹凸像に対応してＩ／Ｖ特性データから表
面電流分布像を形成することを特徴とする請求項１の薄
膜膜質測定装置。 - 【請求項３】 上記測定手段が先端部に探針を設けたカ
ンチレバーを使用した原子間力顕微鏡を含むと共に、上
記カンチレバーの探針と上記薄膜とを一定の間隔に保つ
ためのフィードバック・ループを有し、 上記Ｉ／Ｖ特性の測定時には、上記フィードバック・ル
ープを開状態とするフィードバック・ループ開閉切換手
段をさらに備えたことを特徴とする請求項２の薄膜膜質
測定装置。 - 【請求項４】 上記Ｉ／Ｖ特性の測定時に上記薄膜を介
して探針と試料の間に過剰電流が流れるのを防止する過
剰電流防止手段をさらに備えたことを特徴とする請求項
１ないし３のいずれかに記載の薄膜膜質測定装置。 - 【請求項５】 上記カンチレバーおよびその探針にコー
トされている導電性コート膜が、融点の高い導電性物質
で形成されていることを特徴とする請求項１ないし４の
いずれかに記載の薄膜膜質測定装置。 - 【請求項６】 先端部に探針を有するカンチレバーを設
けた原子間力顕微鏡により、試料表面の薄膜上の複数の
各測定点でＩ／Ｖ特性データを測定し、上記Ｉ／Ｖ特性
データから表面電流分布像を形成することを特徴とする
薄膜膜質測定方法。 - 【請求項７】 半導体装置の製造方法において、 先端部に探針を有するカンチレバーを設けた原子間力顕
微鏡により、絶縁層上の複数の各測定点でＩ／Ｖ特性デ
ータを測定し、このＩ／Ｖ特性データから表面電流分布
像を形成する検査工程を含む、 ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6196576A JPH0862229A (ja) | 1994-08-22 | 1994-08-22 | 薄膜膜質測定装置、薄膜膜質測定方法、及び半導体装置の製造方法 |
| US08/506,856 US5723982A (en) | 1994-08-22 | 1995-07-25 | Apparatus for analyzing thin film property |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6196576A JPH0862229A (ja) | 1994-08-22 | 1994-08-22 | 薄膜膜質測定装置、薄膜膜質測定方法、及び半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0862229A true JPH0862229A (ja) | 1996-03-08 |
Family
ID=16360046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6196576A Pending JPH0862229A (ja) | 1994-08-22 | 1994-08-22 | 薄膜膜質測定装置、薄膜膜質測定方法、及び半導体装置の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5723982A (ja) |
| JP (1) | JPH0862229A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006073604A (ja) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Fujitsu Ltd | 半導体評価方法及び半導体評価装置 |
| JP2010054420A (ja) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Shimadzu Corp | 分析装置用画像表示装置及び該装置を用いた表面分析装置 |
| JP2013186106A (ja) * | 2012-03-12 | 2013-09-19 | Fuji Electric Co Ltd | 導電性走査型プローブ顕微鏡 |
| JP2017223493A (ja) * | 2016-06-14 | 2017-12-21 | 日立化成株式会社 | 電気特性測定装置及び電気特性測定方法 |
| JP2021181950A (ja) * | 2020-05-20 | 2021-11-25 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 電流電圧特性の測定方法、測定装置、品質管理方法および製造方法 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6014034A (en) * | 1996-10-24 | 2000-01-11 | Texas Instruments Incorporated | Method for testing semiconductor thin gate oxide |
| US6207468B1 (en) * | 1998-10-23 | 2001-03-27 | Lucent Technologies Inc. | Non-contact method for monitoring and controlling plasma charging damage in a semiconductor device |
| RU2145055C1 (ru) * | 1999-02-08 | 2000-01-27 | Ао "Автэкс" | Способ сбора и обработки информации о поверхности образца |
| US6657446B1 (en) * | 1999-09-30 | 2003-12-02 | Advanced Micro Devices, Inc. | Picosecond imaging circuit analysis probe and system |
| US7420106B2 (en) * | 2005-03-18 | 2008-09-02 | The University Of Utah Research Foundation | Scanning probe characterization of surfaces |
| ES2340457B1 (es) * | 2008-05-23 | 2011-05-26 | Airbus España, S.L. | Metodo no destructivo para la deteccion de zonas con materiales no conductores en una pieza de composite. |
| CN103018658B (zh) * | 2012-12-27 | 2015-02-04 | 中国人民解放军海军航空工程学院 | 一种基于伏安特性曲线的线路板健康状态监测方法 |
| EP2999972A4 (en) * | 2013-05-23 | 2017-03-01 | Yeda Research and Development Co., Ltd. | Sensor device for direct magnetic field imaging |
| CN109142059B (zh) * | 2018-09-06 | 2024-01-30 | 金华职业技术学院 | 一种薄膜样品的电学性质测量方法 |
| CN110244138A (zh) * | 2019-05-29 | 2019-09-17 | 同济大学 | 一种电介质薄膜中电荷分布的双面原位测量系统及方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5041783A (en) * | 1989-02-13 | 1991-08-20 | Olympus Optical Co., Ltd. | Probe unit for an atomic probe microscope |
| US5289004A (en) * | 1990-03-27 | 1994-02-22 | Olympus Optical Co., Ltd. | Scanning probe microscope having cantilever and detecting sample characteristics by means of reflected sample examination light |
| US5336887A (en) * | 1991-11-15 | 1994-08-09 | Olympus Optical Co., Ltd. | Scanning probe microscope |
| EP0551814B1 (en) * | 1992-01-10 | 1997-04-02 | Hitachi, Ltd. | Surface observing apparatus and method |
| US5517128A (en) * | 1993-01-05 | 1996-05-14 | Sentech Instruments Gmbh | Method and arrangement for charge carrier profiling in semiconductor structure by means of AFM scanning |
-
1994
- 1994-08-22 JP JP6196576A patent/JPH0862229A/ja active Pending
-
1995
- 1995-07-25 US US08/506,856 patent/US5723982A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006073604A (ja) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Fujitsu Ltd | 半導体評価方法及び半導体評価装置 |
| JP2010054420A (ja) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Shimadzu Corp | 分析装置用画像表示装置及び該装置を用いた表面分析装置 |
| JP2013186106A (ja) * | 2012-03-12 | 2013-09-19 | Fuji Electric Co Ltd | 導電性走査型プローブ顕微鏡 |
| JP2017223493A (ja) * | 2016-06-14 | 2017-12-21 | 日立化成株式会社 | 電気特性測定装置及び電気特性測定方法 |
| JP2021181950A (ja) * | 2020-05-20 | 2021-11-25 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 電流電圧特性の測定方法、測定装置、品質管理方法および製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5723982A (en) | 1998-03-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0862229A (ja) | 薄膜膜質測定装置、薄膜膜質測定方法、及び半導体装置の製造方法 | |
| Krishnan et al. | Effects of dielectric thickness and contact area on current–voltage characteristics of thin film metal–insulator–metal diodes | |
| US9551743B2 (en) | Apparatus and method for combined micro-scale and nano-scale C-V, Q-V, and I-V testing of semiconductor materials | |
| DE10106854B4 (de) | Mikro-Tastkopf und Vorrichtung zum Messen einer Probenoberfläche | |
| Anderson et al. | High performance multiwall carbon nanotube–insulator–metal tunnel diode arrays for optical rectification | |
| WO2004075204A2 (de) | Messanordnung zur kombinierten abtastung und untersuchung von mikrotechnischen, elektrische kontakte aufweisenden bauelementen | |
| US7023220B2 (en) | Method for measuring nm-scale tip-sample capacitance | |
| US7064565B1 (en) | Methods and systems for determining an electrical property of an insulating film | |
| DE10224212A1 (de) | Selbstdetektierender SPM-Messkopf | |
| US5874734A (en) | Atomic force microscope for measuring properties of dielectric and insulating layers | |
| US5182452A (en) | Method for determining the presence of thin insulating films | |
| RU2194334C1 (ru) | Способ формирования проводящего элемента нанометровых размеров | |
| GB2267997A (en) | Atomic scale devices | |
| Periasamy et al. | Electromechanical tuning of nanoscale MIM diodes by nanoindentation | |
| Dodd et al. | Improving metal-oxide-metal (MOM) diode performance via the optimization of the oxide layer | |
| KR100323946B1 (ko) | 광섬유 탐침과 초전도 양자 간섭소자를 이용한 반도체 표면의 도핑농도 및 미세구멍 측정방법 및 장치 | |
| JPH0766250A (ja) | 半導体表面薄膜の評価方法 | |
| Ligor et al. | Interpretation of scanning capacitance microscopy for thin oxides characterization | |
| Wickramasinghe | 3. Extensions of STM | |
| JPH1194853A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡およびそれによる品質管理方法 | |
| Martınez-Samper et al. | Tunneling and point-contact spectroscopy on NbSe2 | |
| JP3115021B2 (ja) | 原子間力顕微鏡／走査型トンネル顕微鏡およびその制御方法 | |
| JP2006059701A (ja) | 荷電粒子ビーム装置およびそれを用いた狭ギャップ電極形成方法 | |
| Brückl et al. | Observation of Coulomb Blockade Effects in AFM‐machined Tunnel Junctions | |
| Wang | Fabrication stability of Josephson junctions for superconducting qubits |