四探針法（シート抵抗）とは

四探針法とは、測りたい面に4本の針を一直線に立て、外側の2本で電流を流し、内側の2本で電圧を測って、電気の通しにくさを求める方法です。 半導体の製造現場では、この方法で薄い層のシート抵抗を測り、イオン注入や成膜の結果が目標どおりかを調べます。

定義・解説

シート抵抗は、薄い層の電気の通しにくさを表す量です。日新イオン機器のイオン注入ディクショナリーは、シート抵抗を薄膜やイオン注入でできた拡散層のような薄い膜の電気抵抗を表すものとし、単位をΩ/sq（オームパースクエア）としています。同社の資料では、シート抵抗は抵抗率を厚さで割った値にあたります。

針が4本ある理由は、2本の場合との比較で浮かびます。日東精工アナリテック（旧三菱ケミカルアナリテック）の技術資料は、電流を流し込むところで試料と電極の界面に接触抵抗と呼ばれる電圧降下が生じるため、二端子法では抵抗が高く出ると述べています。同社は、電流を流す端子と電圧を測る端子を切り分けると、この影響を取り除けるとしています。針を増やす目的は感度の向上よりも、測りたい対象だけを電圧へ反映させることにあります。

針が4本ある理由は、測りたい対象だけを電圧へ反映させるためです

2本の針で電流と電圧を兼ねると、針と試料の界面に生じる接触抵抗が測定値へ上乗せされます。電流を流す2本と電圧を測る2本を切り分けると、電流は外側の2本だけを通りますので、層そのものの抵抗が電圧に出ます。

測定を省くと、現場では何が起きるのでしょうか

イオン注入で入れた原子が電気の担い手になるには、もう一段の加熱が要ります。日新イオン機器は活性化アニールについて、注入した原子を格子位置へ入れて電気的に働かせる加熱だとし、温度が高いほど活性化する割合は高くなる一方で、ドーパントが深さ方向へ拡散するとも述べています。同社の資料によれば、先端デバイスは拡散を抑えつつ活性化させるために、高温でミリ秒程度の短い加熱を用います。

装置が数えた「入れた数」と、ウェーハの上で「働いている数」は別物です。 シート抵抗は、後者を電気で測ります。日新イオン機器は、シート抵抗の値が注入層の濃度と深さの両方で決まることを挙げ、イオン注入装置の品質管理の手法として広く使われていると述べています。

測定を省くと、ずれは後の工程まで潜みます。同社は注入均一性の資料で、ウェーハ面内の均一さも、同じ条件で流した複数のウェーハの間の再現性も、シート抵抗やダメージ測定で測ると述べています。同社はドーズ合わせこみの資料でも、複数の注入機を持つ量産工場では、どの装置で注入しても同じ特性が得られるようドーズ係数を変えて合わせ込む作業があるとし、その指標としてサーマルウェーブやシート抵抗やデバイス特性データを挙げています。装置ごとの癖を数字で詰める作業が、ここに要ります。

現場では何を測り、どう動かすのでしょうか

手順そのものは単純です。ナプソンの技術資料は、四探針法の測定を、4本の針状の電極を直線上に立て、外側の2本に一定電流を流し、内側の2本に生じる電位差を測って抵抗を求める、という3つの段階でまとめています。同社は、自社の4探針測定システムがJISおよびASTM規格に準拠した測定方法と補正方法によるとし、シリコン単結晶とシリコンウェーハの抵抗率測定を定めたJIS H 0602-1995などを挙げています。

補正が要るのは、電流が試料の中で三次元に広がるためです。日東精工アナリテックは、抵抗率補正係数（RCF）が試料の形状や寸法や測定位置によって変化し、試料が小さいときや測定位置が端へ近づいたときは電界が試料の内側にとどまって抵抗が高く出る、と述べています。同社は、無限に大きく無限に薄い試料に対しては4.532という値が求められているとし、実際には形状とサイズと位置を入力して補正係数を計算するとしています。ウェーハの縁の値だけが上ぶれするとき、原因は装置の不調よりもこの効果であることがあります。

面内の複数点を測ってマップにすると、注入やアニールの偏りが形として出ます。ナプソンは全自動の薄膜シート抵抗測定システムWS-3000について、12インチ対応、シート抵抗の測定レンジ1mΩ/sqから10MΩ/sq、薄膜3nmの測定実績、FOUPロードポートとGEM/SECSへの対応を挙げ、測定対象としてシリコンやポリシリコン、SiC、メタルやITOの導電性薄膜、拡散サンプル、シリコン系エピタキシャルおよびイオン注入サンプルを掲げています（同社製品の公表仕様です）。測定器が工場の搬送と通信へつながると、この値は人の手を介さずにプロセス制御へ渡ります。

装置が数えた量よりも、ウェーハが返した答えを測ります

イオン注入で入れた原子の数は装置の側でも数えられますが、電気の担い手として働くかどうかは活性化アニールを経て決まります。四探針法はアニール後のシート抵抗を面内で測り、その偏りをドーズ係数の補正へ渡します。アニールを省けるサーマルウェーブは速い代わりに、高い注入量では値が飽和します。

四探針法は、何と引き換えに答えを得るのでしょうか

第一に、針を当てます。ナプソンは非接触式の製品一覧で、上下のプローブの間に試料を入れて測る渦電流法を、サンプルを傷めずに測れる方式としています。接触の有無が、方式選びの境目です。一方で同社の技術資料によれば、接触式の四探針法が1mΩ/□から1GΩ/□のレベルまで測れるのに対し、非接触の渦電流法は1mΩ/□から10kΩ/□のレベルです。触れずに測る側は、測れる幅が狭くなります。

第二に、加熱を待ちます。日新イオン機器は、注入で生じたダメージをレーザー光の反射率の変化から測るサーマルウェーブについて、注入後のアニールが不要なためシート抵抗測定より簡略にQC管理を行える一方、注入量が多くなると値が飽和するので比較的低い注入量の領域で用いる、と述べています。四探針法はアニールという一手間と待ち時間を払い、その代わりに高い注入量でも働いている数に沿った答えを得ます。

第三に、深さを手放します。シート抵抗は層をまとめた1つの値ですので、深さごとの担い手の量は別の手法へ回ります。日新イオン機器は、深さ方向のキャリア濃度分布について、斜めに研磨した試料を2本の針で測る拡がり抵抗法を挙げ、SIMSによる分布と合わせると活性化率が求められるとしています。速さと手軽さと引き換えに、断面の情報は別の装置へ委ねます。

よくある質問（FAQ）

四探針法とは何ですか？

測りたい面に4本の針を一直線に立て、外側の2本で一定の電流を流し、内側の2本で電位差を測って抵抗を求める方法です。求めた抵抗へ補正をかけて、シート抵抗や抵抗率へ換算します。

なぜ針が4本なのですか？

電流を流す端子と電圧を測る端子を切り分けるためです。日東精工アナリテックは、電流を流し込むところでは試料と電極の界面に接触抵抗が生じ、二端子法では抵抗が高く出ると述べています。端子を切り分けると、この影響を取り除けます。

シート抵抗とは何ですか？

薄い層の電気の通しにくさを表す量で、単位はΩ/sq（オームパースクエア）です。日新イオン機器は、シート抵抗を抵抗率を厚さで割った値とし、その測定には一般に四探針法が用いられると述べています。

半導体の現場では何のために測るのですか？

イオン注入とアニールの結果が目標どおりかを測るためです。日新イオン機器は、シート抵抗の値が注入層の濃度と深さの両方で決まることを挙げ、イオン注入装置の品質管理の手法として広く使われていると述べています。

測る位置で値は変わりますか？

変わります。日東精工アナリテックは、抵抗率補正係数が試料の形状や寸法や測定位置によって変化し、試料が小さいときや測定位置が端へ近づいたときは抵抗が高く出ると述べています。そのため、形状とサイズと位置を入力して補正係数を求めます。

非接触で測る方法はありますか？

あります。ナプソンは非接触式として渦電流法の製品を掲げ、サンプルを傷めずに測れる方式としています。ただし同社の技術資料によれば、測れる抵抗の範囲は接触式の四探針法より狭くなります。

深さ方向の分布も測れますか？

深さ方向は別の手法へ回します。シート抵抗は層をまとめた1つの値です。日新イオン機器は、深さ方向のキャリア濃度分布について、斜めに研磨した試料を2本の針で測る拡がり抵抗法を挙げ、SIMSによる分布と合わせると活性化率が求められるとしています。

比較・違いを学ぶ

ウェハプローバーとは ── できあがった回路の電気特性を、パッドへ針を当てて測る装置です
計測（メトロロジー）とは ── 寸法や膜厚も含めた、測る装置の全体像です

出典

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ナプソン「抵抗率、シート抵抗測定の原理」（2026年9月2日にリンク生存を実測、200）── 四探針法の測定手順、接触式と非接触式の抵抗レンジ、準拠するJISおよびASTM規格
日東精工アナリテック「抵抗率の測定方法　表面抵抗率」（2026年9月2日にリンク生存を実測、200）── 接触抵抗と二端子法の関係、抵抗率補正係数の考え方、4.532という値
日新イオン機器「イオン注入ディクショナリー　シート抵抗」（2026年9月2日にリンク生存を実測、200）── シート抵抗の意味と、イオン注入装置のQC法としての用途
日新イオン機器「イオン注入ディクショナリー　サーマルウェーブ」（2026年9月2日にリンク生存を実測、200）── アニールが不要な代わりに、高い注入量で値が飽和すること
日新イオン機器「イオン注入ディクショナリー　注入均一性」（2026年9月2日にリンク生存を実測、200）── 面内均一性とウェーハ間均一性をシート抵抗で測ること
日新イオン機器「イオン注入ディクショナリー　活性化アニール」（2026年9月2日にリンク生存を実測、200）── 注入原子を格子位置へ入れる熱処理であること、温度が高いほど活性化率が上がる一方で深さ方向へ拡散すること、先端デバイスでの高温かつミリ秒程度の熱処理
日新イオン機器「イオン注入ディクショナリー　ドーズ合わせこみ」（2026年9月2日にリンク生存を実測、200）── 複数の注入機を持つ量産工場でドーズ係数を変えて合わせ込むこと、その指標にシート抵抗が入ること
日新イオン機器「イオン注入ディクショナリー　拡がり抵抗法」（2026年9月2日にリンク生存を実測、200）── 斜め研磨した試料を2本の針で測ること、SIMSの分布と合わせて活性化率が求まること
ナプソン「WS-3000」（2026年9月2日にリンク生存を実測、200）── 全自動システムの測定対象、測定レンジ、工場搬送への対応
ナプソン「非接触式抵抗率、シート抵抗測定器」（2026年9月2日にリンク生存を実測、200）── 渦電流法を、サンプルを傷めずに測れる方式としていること