JP4945503B2 - プローブ顕微鏡及び絶縁不良の検査装置，絶縁不良検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁体もしくは誘電体と導電体とよりなる試料の絶縁不良を検出する方法及び装置に関する。特に、プローブ顕微鏡、またはこれを用いた検査装置に関する。

近年、半導体集積回路装置の多機能化が進行し、１個の半導体チップに複数の回路を作りこむことが進められている。また、半導体集積回路装置の製造コストを低減するために、半導体素子および配線を微細化して、半導体チップの面積を小さくし、半導体ウエハ１枚当たりの取得チップ数を増加することが進められている。このような電子デバイスでは、絶縁体もしくは誘電体と導電体とが微小間隔で積層、もしくは隣接された構成を有する。絶縁体もしくは誘電体と導電体との接合部では、周囲環境と材料とが複合的に作用することによってマイグレーションを発生し、電子回路の短絡を引き起こす場合がある。電子機器の信頼性を評価する上では、マイグレーションの評価が重要である。

従来の絶縁性評価方法として、ＨＡＳＴ（高温加速耐湿性寿命試験Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test）（非特許文献１）がある。試験槽内に一定の温度，湿度，一定の圧力下で配線基材を放置し、２つの導電体間に電圧を印加し続ける。同じ導電体間に電圧を印加して、そのとき流れる電流を検出し、絶縁抵抗とする。あるいは、同じ導電体間に既知の抵抗を挟んで、その間の電圧を計測することにより、絶縁抵抗とする。絶縁抵抗が低下し、絶縁不良を起こした時間で評価する。短期間評価できる寿命試験である。

また、プリント配線板の環境試験方法として温湿度定常試験（特許文献２）がある。試験槽内に一定の温度，湿度下で配線基材を放置し、２つの導電体間に電圧を印加し続ける。同じ導電体間に電圧を印加して、そのとき流れる電流を検出し絶縁抵抗とする。あるいは、同じ導電体間に既知の抵抗を挟んで、その間の電圧を計測することにより、絶縁抵抗とする。絶縁抵抗が低下し、絶縁不良を起こした時間で評価する。

社団法人 日本電子回路工業会 ＪＰＣＡ規格 プリント配線板環境試験方法ＪＰＣＡ−ＥＴ０８−２００７ 社団法人 日本電子回路工業会 ＪＰＣＡ規格 プリント配線板環境試験方法ＪＰＣＡ−ＥＴ０２〜０４−２００７

上記従来の手法では、いずれの試験方法においても、不良箇所は、試験終了後に試験槽から取り出して、実体顕微鏡による外観観察や、ＳＥＭ観察が行われ、マイグレーションの発生を確認する方法である。従って、マイグレーションの発生箇所をその場観察することは困難である。

そこで、本願発明の目的は、上記の従来の技術を踏まえ、絶縁体もしくは誘電体と導電体とが隣接もしくは積層した電子デバイス材料の絶縁信頼性を評価する方法及び装置を提供することにある。また、微細配線等を有する試料の破壊された箇所，破壊された原因を究明することのできるプローブ顕微鏡を提供することにある。

上記課題を解決するための本願発明の特徴は、試料内における所望の二点間に電圧を印加する電圧印加装置を有するプローブ顕微鏡にある。特に、２つの電圧印加装置を有し、一つは探針と試料を介して配置される電極との間に電圧を印加する電圧印加装置、もう一つは、試料内にある所望の二点間に電圧を印加する電圧印加装置として使用する。

また、試料の測定環境を特定の環境に制御しながらこれらの電圧印加を行うための測定環境制御装置を設けてもよい。測定環境制御装置は、大気中，真空中，液体中，ガス中，恒湿中のいずれかに可変制御可能である。ガスの種類は特に限定されないが、例えば、窒素ガス，水素ガス，酸素ガス，乾燥空気，アルゴンガス、または、これらの混合ガスを使用することができる。恒湿中では、水中で大気、または前述のガスを攪拌させながら、一定の湿度のガス雰囲気を作り出す恒湿装置、もしくは恒温恒湿装置を併設させる。且つ、雰囲気温度は低温から高温までの特定の温度に可変制御可能である。また、雰囲気ガスの内圧は、低圧から加圧まで可変制御可能である。その結果、特定の温度、及び／又は湿度雰囲気にした状態で、導電体の所望の二点間に電圧を印加することによりマイグレーションを発生させ、探針と電極間に流れる電流を検出することによってマイグレーション発生箇所を特定することができる。

電圧印加装置は、パルス法，フローティング法のいずれかの印加方法が選択可能であり、且つ、これらの組み合わせによる印加条件の制御が可能である。電圧印加装置は、パルス法，フローティング法のいずれも、印加する時間間隔や、休止時間，電圧値の制御，電圧の向き、即ち、プラスとマイナスの選択，サイクル試験などの条件制御が可能である。

本発明のプローブ顕微鏡は、導電体と絶縁体及び／又は誘電体が積層、もしくは隣接してなる試料を観察する場合、絶縁体及び／又は誘電体を電極に接触させ、導電体の所望の二点間に電圧を印加させる工程と、探針と電極間に電圧を印加して、探針と電極間に流れる電流を検出する工程とを有することを特徴とする絶縁不良の検査装置として使用することもできる。

試料内に、絶縁体及び／又は誘電体と積層、もしくは隣接する導電体が二箇所以上存在する場合には、どの位置の導電体間に電圧を印加するかを設定・切り替えする印加電圧切替手段を設けることができる。例えば、複数の導電体に接続して、電圧を印加する導電体を選択できるスイッチング機構を有するコントロールユニットを備えることができる。試料内に絶縁体及び／又は誘電体と導電体とが積層されている場合、例えば、ビルドアップ基板などには、複数の導電体にそれぞれ端子を接続し、電圧の極性をプラスにする導電体と、マイナスにする導電体を選択できるようになっている。このコントロールユニットは電極と接続する導電体を選択できる機構を有する。これにより電極と接続する導電体と、試料内に電圧を印加する導電体とを分けて接続する必要がない。また、電極と接続する導電体と、試料内に電圧を印加する導電体とを、同一とする選択もできる。

本発明の絶縁不良検査装置は、プローブ顕微鏡と同様の機構を備える。すなわち、探針と電極間に電圧を印加する電圧印加装置と、試料の表面形状像を得る手段と、抵抗から表面形状像とを対比させてプロファイルを作成する手段と、プロファイルから試料の不良内容を特定する評価手段と、試料内における所望の二点間に電圧を印加する電圧印加装置を有し、試料内における所望の二点間に電圧を印加させながら不良箇所を特定する。

本発明の検査装置には、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いることができる。原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）は、探針を表面に接触させながら形状像を計測する装置であり、微少な探針を試料表面に対して平行に走査させ、同時に、該試料表面の凹凸に沿うように該探針を該試料表面に対し垂直方向に移動させ、試料表面の微小な構造を観察する。形状測定と同時に、探針と電極間に電圧を印加して、探針と電極間に流れる電流を検出することにより、試料の任意の箇所における抵抗を測定することが可能である。

このようなＡＦＭなどの表面形状計測装置に、試料内における所望の二点間に電圧を印加する電圧印加装置を備えることにより、材料内の二つの導電体間にバイアス電圧を印加しマイグレーションを発生させ、電子デバイス材料のマイグレーション性を評価する。

マイグレーションが発生した部分では局部的な抵抗の低下を生ずる。マイグレーションが発生した場所を特定するために、探針と電極間に電圧を印加して、探針と電極間に流れる電流を検出し、電流像として二次元マッピング化する。形状像と電流像とを重ね合わせれば、マイグレーションが発生した場所が特定できる。さらに、電流に特定の閾値を設けてその閾値以上の電流値が流れる箇所をマイグレーション像としてマッピングすることにより、不良箇所を表示できる。さらに、不良箇所の面積、あるいは、積算電流量を求めることにより、不良度合いを見積もることができる。

本発明の試料の評価方法は、上記のプローブ顕微鏡や絶縁不良検査装置により、探針と電極間に電圧を印加して、探針と電極間に流れる電流を検出することにより、試料の任意の箇所における抵抗を測定することにより、試料の欠陥や耐マイグレーション性能を観察する方法である。本発明によれば、マイグレーションの発生箇所を検出し得る方法と、絶縁不良の検査方法を提供でき、電子デバイスなどの絶縁信頼性の向上を図ることができる。

本発明によれば、電子デバイス材料のマイグレーションの発生箇所を検出できる。また、絶縁不良検査装置を提供できる。

以下、本発明について具体例を挙げて説明する。

本願発明者らは、試料を高温，高湿中に放置し、試料内の所望の二点間にバイアス電圧を印加して耐マイグレーション性を検討した。特に、マイグレーションが発生する起点をその場観察ができれば、試料由来の不純物の存在が原因なのか、あるいは、デザインに起因するものなのか、材料の組成によるものなのかを特定することができる。これらが判れば、電子デバイス材料の組成，添加物配合比，プロセス条件やデザイン等の最適化が可能である。その結果、例えば、半導体配線基板やプリント配線基板の検査方法，はんだの検査方法，めっきの検査方法，ビアの加工の検査方法，電線の検査方法，導電体と絶縁体、もしくは誘電体とのコンポジット材料の検査方法などに使用でき、またその結果、更なる電子デバイス，電子デバイス材料の高信頼性に貢献できる。本願発明者らは、走査型プローブ顕微鏡に着目した。

探針と試料を介して配置される電極と、探針と電極間に電圧を印加して探針と電極間の試料に流れる電流を検出する測定装置を有するプローブ顕微鏡において、試料内における所望の二点間に電圧を印加する。この際、周囲の環境温度を上げたり、湿度を上げたり、水蒸気圧を上げたり、長時間に亘ってこのような環境に晒したりすることにより、マイグレーションが発生する。このマイグレーションが発生した場所を検知することにより、絶縁不良の原因を特定することが出来る。例えば、特定の添加剤にマイグレーションが集中している場合には、その添加剤が、絶縁不良の原因である。また、配線幅の間隔やデザインなどが原因でマイグレーションが生じる場合には、特定のデザイン、あるいは特定の配線間隔の場所でマイグレーションが集中する。さらに、導電体の大きさや分散間隔などが原因である場合には、特定の大きさの導電体，特定の間隔の分散距離に集中してマイグレーションが発生する。試験時間によるマイグレーション起点の発生率を評価して、絶縁性の優劣をつけても良い。また、流れる電流値の大きさで絶縁性の優劣を判断することもできる。従来は、絶縁抵抗が下がった段階で解体して、外観を検察していた。従って、どこがマイグレーションの発生の始まり、即ち、起点であったかを知ることができなかった。本発明では、マイグレーションの発生前から、次第に発生し始めるまでを連続して観察することが可能であり、且つ、電流像の解析から定量的な絶縁不良の診断ができる。このようにして、電子デバイス、及び電子デバイス材料の絶縁信頼性を判定する検査装置として使用することが可能である。

本発明の絶縁不良検査方法は、ＬＳＩ配線板，プリント配線板等にも適用することができる。電子機器の高機能，高性能化の要求は、プリント配線板のデザインに影響を及ぼしており、絶縁信頼性の保証が難しくなった。マイグレーションの形態の中でもＣＡＦ（Conductive Anodic Filaments）は、貫通スルーホールのデザインや、コア基材の材料，貫通スルーホールの加工条件などが絶縁性に影響すると考えられる。リジットプリント配線板に代表されるマザーボード、及びバーイン用評価ボードにおいて、ソケット実装密度の増大により、スルーホール壁間の絶縁性に問題が生じる可能性がある。他にもめっき，はんだ，フラックス，素体，パッケージ材料などの電子デバイス材料の種類によっても、マイグレーションの発生状況が異なる。特にＰｂフリー化によって、マイグレーションの発生状況が変化すると考えられる。

他には、ＦＰＤ（Flat Panel Display）用ドライバーＩＣの実装に必要なパッケージとして、多出力化が容易で、搭載される電子機器の設計自由度が高いなどの特徴を持つＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）が多く使用されている。ＦＰＣにはＴＣＰ（Tape Carrier Package）とＣＯＦ（Chip on Film）の２層構造が挙げられる。特に、ＣＯＦは、基材の絶縁信頼性に関してその現象が複雑である。本発明の絶縁不良検査方法は、このような製品にも採用可能である。

また、電子機器の高機能化に伴い、絶縁体もしくは誘電体において微小サイズの粒子状、あるいは繊維状の導電体が分散された材料が様々な用途向けに開発されている。本発明の絶縁不良検査方法は、このような絶縁体もしくは誘電体と導電体とが微小間隔で積層もしくは隣接されたマトリックス構造の試料にも適用できる。例えば、放熱性樹脂や耐熱性樹脂，導電性樹脂、あるいはこれらのフィルムなどである。こうした材料では、過酷な使用環境においても、絶縁体もしくは誘電体が、絶縁信頼性を維持し続ける必要がある。

電線や水中ケーブルなどは、ケーブルの表面を絶縁膜でコーティングした導電体と絶縁体との隣接構造を有する。これらのケーブルは、周囲の環境が水中，高温，電界作用下であるなど特殊な環境下で使用され得る。その結果、水トリー（マイグレーションの一種）などが発生し、短絡や、放電などの支障をもたらす。本発明の絶縁不良検査方法は、このようなケーブルにも採用することができる。

以下、図面を用いた実施例により、詳細に説明する。

実施例１では、走査型プローブ顕微鏡の機構を主として用い、試料の絶縁不良を検知する検査装置の第一の実施形態を説明する。図１は、本例を示す図である。

本実施例の検査装置は、一定環境を作るための測定環境制御装置１と、これに接続し、試料を一定環境に保持できる環境制御セル２を備える。除振台３の上に、環境制御セル２と、環境制御セル２の位置を移動させる移動機構（微動／粗動機構４）とを有し、試料台アタッチメント５を介して、試料用ヒーター６，電極７，試料台８が設けられている。移動機構（微動／粗動機構４）は、試験セルの位置を大きく変化させる粗動と、微調整する微動の両方が可能である。

試料９は、試料台８の上に設置され、試料台８と電極７との間は導通が取られている。試料台８に電極７が埋め込まれていても良い。試料９は所望の場所で試料台８と導通が取られている。導通は一般に導電性ペーストが使用されるが、はんだでも溶接でもその方法は限定されない。

試料９は試料内電圧プラス端子１５と試料内電圧マイナス端子１６とを用いて試料内の所望の２箇所に接続させる。接続方法としては、導電性ペーストが使用されるが、はんだでも溶接でもその方法は限定されない。試料内電圧プラス端子１５と試料内電圧マイナス端子１６とは試料内の所望の２点間に電圧を印加する試料内電圧印加装置１７に接続されている。印加電圧は５から１００Ｖの範囲で実施するのがマイグレーション評価として好ましい。

試料の表面の形状は、カンチレバー１１の先端の探針を試料表面に接触させ、カンチレバーホルダー１０に取り付けられたカンチレバー１１のバネの変位を検知する方法で計測する。カンチレバー変位検出光学系１２は、カンチレバー１１の背面にレーザー光を当てるとともに、フォトダイオードなどの検知装置で反射した光の座標軸からカンチレバー１１のバネ変位を読み取り、試料の凹凸形状を計測する。また、カンチレバー１１の先端の探針を試料表面に接触させることによって形状のみならず電流を計測する。本実施例では、電極７とカンチレバー１１とを探針−電極間電圧印加装置１３に接続して、カンチレバー１１の先端の探針と電極７の間に電圧を印加したときに流れる電流を電流検出器１４で計測する。カンチレバーと電極との間の電圧印加には、ポテンショガルバノスタッドなどを使用してもよい。

環境制御セル内は、試料の評価条件を備えるよう環境を調整することができる。例えば、エレクトロマイグレーションの評価の場合には、大気中でも良い。熱マイグレーションの評価の場合には、真空中、または、窒素中やアルゴン中で１００℃から３００℃の温度範囲に制御する。イオンマイグレーション（エレクトロケミカルマイグレーションとも言う）の評価の場合には、湿度雰囲気８５％ＲＨから９３％ＲＨで、４０℃から１３０℃の温度範囲に制御する。この時のガスの種類は、空気でも窒素でもアルゴンでも良い。特にＨＡＳＴ試験条件では水蒸気圧を０.１２ＭＰａから０.２３ＭＰａに制御する。また、イオンマイグレーション（エレクトロケミカルマイグレーションとも言う）の評価の場合には、試料を水中に浸漬させた状態であっても良い。このときの水温は室温から８５℃まで制御させる。

図２は、本例の検査装置の試料への接続例を示す図である。図２を用い、マイグレーションの評価方法の一例を以下に示す。

（１）検査対象の試料は、２つの導電体１８ａ，１８ｂに挟まれた絶縁体１９を有する試料９である。試料を、試料台８上に設置し、銀ペーストを用いて固定する。また、２つの導電体１８ａ，１８ｂに、試料内電圧プラス端子１５と試料内電圧マイナス端子１６とをそれぞれ銀ペーストを用いて接着させる。

（２）測定環境制御装置１により、試料の測定環境を制御し、周囲の雰囲気を空気中、１３０℃，８５％ＲＨ，水蒸気圧０.２３ＭＰａにする。試料用ヒーター６を用いて、試料台８の温度を１３０℃に制御する。

（３）試料内電圧印加装置１７を用いて、導電体１８ａと導電体１８ｂとの間に１００Ｖの電圧を印加した。印加方法はフローティング法を採用し、１００Ｖの電圧を１８時間印加し続けた。なお、他の例としては電圧を１０ｍ秒間隔のパルスで、休止を１０分入れながら繰り返しサイクルを実施するなどの電圧印加方法がある。

（４）図示していないが、試料内電圧印加装置１７は、絶縁抵抗を計測するための絶縁抵抗器を備えても良く、２つの導電体１８ａ，１８ｂに挟まれた絶縁体１９の絶縁抵抗を計測しても良い。

（５）探針−電極間電圧印加装置１３を用いて、カンチレバー１１の先端の探針と電極７間に１００Ｖの電圧を印加する。微動／粗動機構４により、カンチレバー１１の先端の探針と試料９との間を水平（ＸＹ）方向、および垂直（Ｚ）方向へ移動させながら、形状を計測する。形状計測と同時に、探針と電極７間に流れる電流を電流検出器１４で計測する。

（６）形状データは形状像として、電流データは電流像として二次元マッピング化させる。図３は形状像、図４−Ａは電流像である。形状像では明るいほどＺ方向の高さが高く、電流像では明るいほど電流が流れている。特に、マイグレーション発生点では電流が増加する。マイグレーションの発生した箇所では、電極と探針の間に流れる電流を検知することにより、導電体間で誘電体部分に析出した析出物（導体）の影響があると考えられる。図４−Ａの明るく示したところ（白い点）が電流の流れたところである。図中の○で示したところが、マイグレーションの起点である。電流像を形状像と重ね合わせることにより、さらに詳しくどの位置でマイグレーションが発生しているかを特定できる。図４−Ｂは重ね合わせ像である。白い点が電流の流れたところであり、バックの明るい紫色は形状の高いところ、濃い紫色は形状の低いところである。濃い紫色の部分に白い点が集中しており、高さの低いところで電流が流れ易くなっていることが分かる。

（７）電流像より、一画面当り、もしくは、一定面積における積算電流密度を測定する。図４において、一画面当りの積算電流密度は２６ｐＡ／(ｎｍ)²であった。

（８）放置した時間を横軸にして積算電流値をプロットすることにより、絶縁信頼性を評価する。図５は積算電流値の時間変化をプロットした図である。各製品別に積算電流密度の閾値を設定して、閾値以上に到達するものを不良として選別する。また、マイグレーションの発生した箇所を特定できる。

上記のような図２の試料への接続例のほか、図６−ａ，図６−ｂ，図６−ｃ，図６−ｄ，図６−ｅ，図６−ｆは、本例の試料への異なる接続例を示す図である。図６−ａは、ＬＳＩ内の配線構造部分における耐マイグレーション性評価例であり、互い違いに配置された配線間に接続して測定する例である。図６−ｂは、プリント基板における耐マイグレーション性評価例であり、スルーホールめっきの部分と任意の配線間とに接続して測定する例である。図６−ｃは、導電性フィルム内の耐マイグレーション性評価例であり、フィルム内に分散された微小な任意の導電物質間に接続して測定する例である。図６−ｄは、プリント基板における耐ＣＡＦ特性評価例であり、上下のめっき層間に接続して測定する例である。図６−ｅは、水中ケーブルの耐マイグレーション性評価例であり、ケーブルの外側の被覆部分に導電テープを貼り、そこの部分とケーブル中心の銅線部分とに接続して測定する例である。図６−ｆは、ＣＯＦの耐マイグレーション性評価例であり、銅パターン間に接続して測定する例である。目的に応じ、接続方法をかえ、耐マイグレーション性を観察することができる。

実施例２では、走査型プローブ顕微鏡の機構を主として用い、試料の絶縁不良を検知する検査装置の第二の実施形態を説明する。図７は、本例を示す図である。

本実施例の検査装置は、実施例１と同様、一定環境を作るための測定環境制御装置１と、これに接続し、試料を一定環境に保持できる環境制御セル２を備える。除振台３の上に、環境制御セル２と、環境制御セル２の位置を移動させる移動機構（微動／粗動機構４）とを有し、試料台アタッチメント５を介して、試料用ヒーター６，電極７，試料台８が設けられている。試料９は、試料台８の上に設置され、カンチレバーホルダー１０に取り付けられたカンチレバー１１の先端の探針を試料表面に接触させることによって形状、並びに電流を計測する。試料台８と電極７との間は導通が取られている。試料の形状は、カンチレバー１１のバネの変位を検知する方法で計測する。カンチレバー変位検出光学系１２は、カンチレバー１１の背面にレーザー光を当てるとともに、反射した光の座標軸からカンチレバー１１のバネ変位を読み取り、試料の凹凸形状を計測する。

本例は複数の試料内電圧端子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄと、カンチレバーに接続された端子、電極に接続された端子をコントロールユニット２１に繋いでいる。コントロールユニット２１では、試料内電圧端子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの中から、プラス極性の電圧を印加したい端子とマイナス極性の電圧を印加したい端子の２本を選択するスイッチング機構を有する。コントロールユニット２１で、選択された２つの端子は試料内電圧印加装置１７に接続される。さらに、試料内電圧端子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄと電極に接続された端子の中から、カンチレバーに接続された端子に対して電圧を印加したい端子の選択もできる。この２つの端子はコントロールユニット２１で探針−試料もしくは電極間電圧印加装置２２に接続される。電圧を印加したときに流れる電流を電流検出器１４で計測する。

図８は、試料内に導電体が４箇所ある場合の試料への接続例を示す図である。４つの導電体１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄはコントロールユニットに接続する。接続方法は実施例１と同様である。４つの導電体１８ａ，１８ｂに挟まれた絶縁体１９を有する試料９は、試料台８に設置し、銀ペーストを用いて接着させる。例えば、導電体１８ａにプラス極性、導電体１８ｄにマイナス極性の電圧を印加したい場合、この２つを選択すれば良い。選択した導電体１８ａ，１８ｄは自動的に試料内電圧印加装置１７に接続される。さらに、探針と導電体１８ｃ間に流れる電流を計測したい場合には、導電体１８ｃを選択する。そうすれば、自動的に探針−試料もしくは電極間電圧印加装置２２に接続され、探針と導電体１８ｃ間に流れる電流を電流検出器１４で計測できる。

あるいは、導電体１８ａにプラス極性、導電体１８ｂにマイナス極性の電圧を印加して、探針と導電体１８ｃ間に流れる電流を計測してもよい。または、導電体１８ｃにプラス極性、導電体１８ｄにマイナス極性の電圧を印加して、探針と電極間に流れる電流を計測してもよい。

いずれの計測方法においても２つの導電体間のマイグレーション発生起点で電流が増加し、電流像と形状像から、発生起点の特定ができる。また、一画面当り、もしくは、一定面積における積算電流密度を測定することにより、導電体間の配置デザインの影響を明らかに出来る。

〔比較例１〕
図９は、従来の走査型プローブ顕微鏡を示す模試図（比較例１）である。実施例１，２と同様に、測定環境制御装置１と、これに接続し、試料を一定環境に保持できる環境制御セル２を備える。除振台３の上に、環境制御セル２と、環境制御セル２の位置を移動させる移動機構（微動／粗動機構４）とを有し、試料台アタッチメント５を介して、試料用ヒーター６，電極７，試料台８が設けられている。試料９は、試料台８の上に設置され、カンチレバーホルダー１０に取り付けられたカンチレバー１１の先端の探針を試料表面に接触させることによって形状、並びに電流を計測する。試料台８と電極７との間は導通が取られている。試料の形状は、カンチレバー１１のバネの変位を検知する方法で計測する。カンチレバー変位検出光学系１２は、カンチレバー１１の背面にレーザー光を当てるとともに、反射した光の座標軸からカンチレバー１１のバネ変位を読み取り、試料の凹凸形状を計測する。一方、電流は、電極７とカンチレバー１１とを探針−電極間電圧印加装置１３に接続して、カンチレバー１１の先端の探針と電極７の間に電圧を印加したときに流れる電流を電流検出器１４で計測する。但し、従来の走査型プローブ顕微鏡では試料９内に電圧を印加するための、試料内電圧端子、並びに、試料内電圧印加装置１７を備えていない。そのため、マイグレーションを発生させることができないことから、絶縁不良の起こしやすい箇所や、その発生原因を検査することができない。

実施例１に係る走査型プローブ顕微鏡の構成例を説明する図である。 実施例１に係る試料の接続例を説明する図である。 実施例１に係る形状像である。 実施例１に係る電流像である。 実施例１に係る電流像と形状像の重ね合わせ像である。 実施例１に係る放置時間に対する積算電流値をプロットした図である。 実施例１に係るその他の試料の接続例を説明する図である。 実施例１に係るその他の試料の接続例を説明する図である。 実施例１に係るその他の試料の接続例を説明する図である。 実施例１に係るその他の試料の接続例を説明する図である。 実施例１に係るその他の試料の接続例を説明する図である。 実施例１に係るその他の試料の接続例を説明する図である。 実施例２に係る走査型プローブ顕微鏡の構成例を説明する図である。 実施例２に係る試料の接続例を説明する図である。 比較例１に係る走査型プローブ顕微鏡の構成例を説明する図である。

符号の説明

１ 測定環境制御装置
２ 環境制御セル
３ 除振台
４ 微動／粗動機構
５ 試料台アタッチメント
６ 試料用ヒーター
７ 電極
８ 試料台
９ 試料
１０ カンチレバーホルダー
１１ カンチレバー
１２ カンチレバー変位検出光学系
１３ 探針−電極間電圧印加装置
１４ 電流検出器
１５ 試料内電圧プラス端子
１６ 試料内電圧マイナス端子
１７ 試料内電圧印加装置
１８ 導電体
１９ 絶縁体
２０ 試料内電圧端子
２１ コントロールユニット
２２ 探針−試料もしくは電極間電圧印加装置

Claims (12)

1. 探針と、前記探針と試料を介して配置される電極と、前記探針と前記電極間に電圧を印加し、探針と電極間に流れる電流を検出する電流検出装置と、を有するプローブ顕微鏡であって、
   試料の所望の二点間に電圧を印加する少なくとも二つの電圧端子と、前記電圧端子間に電圧を印加する電圧印加装置とを有することを特徴とするプローブ顕微鏡。
2. 請求項１に記載されたプローブ顕微鏡であって、
   試料を所望の雰囲気にさらすための環境制御装置を有することを特徴とするプローブ顕微鏡。
3. 請求項２に記載されたプローブ顕微鏡であって、
   前記環境制御装置は、試料の雰囲気の成分，湿度，温度，圧力の少なくともいずれかを可変制御することを特徴とするプローブ顕微鏡。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載されたプローブ顕微鏡であって、
   前記電圧印加装置は、パルス法またはフローティング法を切り替えて電圧を印加するための印加電圧切替手段を有することを特徴とするプローブ顕微鏡。
5. 請求項４に記載されたプローブ顕微鏡であって、
   前記電圧印加装置は、パルス法またはフローティング法を組み合わせた印加条件制御を行うことを特徴とするプローブ顕微鏡。
6. 導電体と、絶縁体または誘電体とよりなる試料の絶縁不良の検査方法であって、
   前記試料の導電体の所望の二点間に絶縁体を介して電圧を印加し、
   かつ前記試料の絶縁体の所望の二点間に電圧を印加し、前記絶縁体の二点間に流れる電流を検出することを特徴とする絶縁不良の検査方法。
7. 請求項６に記載の絶縁不良の検査方法であって、
   前記導電体の所望の二点間への電圧の印加は、所望の温度，湿度に制御された雰囲気下で試料にマイグレーションを発生させる工程であり、
   前記絶縁体の所望の二点間への電圧の印加は、前記試料のマイグレーション発生箇所を特定する工程であることを特徴とする絶縁不良の検査方法。
8. 請求項６または７に記載の絶縁不良の検査方法であって、
   前記試料は導電体と絶縁体または誘電体が積層されてなる試料、もしくは導電体と絶縁体または誘電体が隣接して構成される試料であることを特徴とする絶縁不良の検査方法。
9. 探針と、前記探針と対向する位置に試料を介して配置される電極と、前記探針と前記電極間に電圧を印加し、探針と電極間に流れる電流を検出する電流検出装置と、前記試料の導電体の所望の二点間に電圧を印加する少なくとも二つの電圧端子と、前記電圧端子間に電圧を印加する電圧印加装置とを有し、
   前記電流検出装置の電流値に基づき導電体と絶縁体または誘電体とが積層、もしくは隣接してなる試料の絶縁不良を観察する絶縁不良の検査装置。
10. 請求項９に記載の絶縁不良の検査装置であって、
    前記電圧端子を３以上有し、前記電圧印加装置は電圧を印加する少なくとも２の電圧端子を選択するスイッチング機構を有することを特徴とする絶縁不良の検査装置。
11. 請求項９に記載の絶縁不良の検査装置であって、前記電圧端子を接続する導電体を選択するコントロールユニットを有し、前記コントロールユニットは電圧を印加する電圧端子を選択するスイッチング機構を有することを特徴とする絶縁不良の検査装置。
12. 請求項９または１１に記載の絶縁不良の検査装置であって、前記試料の表面形状像を得る手段と、前記検出される電流値と前記表面形状像とを対比させ、プロファイルを作成する手段と、前記プロファイルから試料の不良箇所および不良内容を特定する評価手段とを有する絶縁不良の検査装置。

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