CN107923939A - 电路检查方法以及样品检查装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的涉及检测现有的EBAC中难以确定的不良部位所引起的信号。在本发明的一个实施方式中，使至少1根探针接触形成了电路的样品，一边经由探针对通过探针的接触确定的电路提供电力，一边用带电粒子束扫描样品，并经由探针测定被局部地加热的不良的电阻值变化。根据本发明，即使是高电阻不良、埋没于样品内部的不良所引起的信号，也能容易地检测。

Description

电路检查方法以及样品检查装置
技术领域
本发明涉及电路检查方法以及样品检查装置，一边使至少1根探针接触形成了电路的半导体其他样品，一边对样品照射带电粒子束，进行通过探针的接触确定的电路中的不良的分析。
背景技术
在半导体表面形成了电路的半导体样品的不良分析中，不良部位的确定很重要。另一方面，伴随近来的器件的微细化，不良部位的确定变得很困难。其结果，在不良分析中需要大量的时间。因此，当前，OBIRCH(Optical Beam Induced Resistance Change，光束诱发电阻变化)、EB(Electron Beam，电子束)测试仪其他分析装置被用在这种不良分析中。
在这当中，在与布线的不良分析相关的领域，将以电子束为代表的带电粒子束对半导体样品进行照射，并且使探头(探针)接触样品，对被布线吸收的电流或从半导体样品放出的二次的信号(二次电子、反射电子等)进行分析，并使之图像化，这样的技术正受到关注。基于被布线吸收的电流(吸收电流)得到的信号(吸收电流信号)的分布像被称作电子束吸收电流像(EBAC，Electron Beam Absorbed Current)。
在JP特开2008-203075号公报(专利文献1)中公开了一种吸收电流检测装置，其对样品表面的布线图案照射带电粒子束，测定流过与该布线图案接触的2根探针a以及b的吸收电流。专利文献1的装置的特征在于，将流过探针a以及b的吸收电流经由具有给定的电阻值的输出电压调整用的输入电阻提供给电流/电压变换器。
另一方面，在JP特开2009-252854号公报(专利文献2)中公开了如下技术：使作成吸收电流像时的样品的温度可变，取得各温度下作成的吸收电流像的差分图像，由此，即使在不良部分与正常部分之间，信号的位移少，也容易确定不良部位。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2008-203075号公报
专利文献2：JP特开2009-252854号公报
发明内容
发明要解决的课题
本申请发明者对电阻值高的不良部位的确定进行专心研究的结果，得到如下见解。
在如专利文献1那样将照射的电子束作为信号源来利用的现有的EBAC装置中，在不良部位的电阻值高(以下将这样的不良称作高电阻不良)的情况下，吸收电流变少，信号的位移变小。因此，布线之间保持绝缘的正常的状态、和布线之间存在高电阻不良的状态之间的区别很困难。
为了使EBAC的信号量增加，考虑增加电子束的照射量。但是，通过使电子束的照射量增加，电子束给样品带来的损伤、污染量、带电量也同时增加。进而，在不良埋在样品内部的情况下，由于在样品内部发生电子的扩散，因而不良的位置会模糊。
另一方面，专利文献2所示的装置能通过将样品整体加热或冷却而使得易于确定不良部位。但是，该装置的手法并无意使样品的温度局部地发生变化，不能提取不良部位(及其近旁)的局部的温度变化所引起的信号，难以确定高电阻不良。
本发明的目的涉及检测现有的EBAC中难以确定的不良部位所引起的信号。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，在本发明的一个实施方式中，使至少1根探针接触形成了电路的样品，一边经由探针对通过探针的接触确定的电路提供电力，一边用带电粒子束扫描样品，经由探针测定被局部地加热的不良的电阻值变化。
发明效果
根据本发明，即使是高电阻不良、埋没于样品内部的不良所引起的信号，也能容易地进行检测。
附图说明
图1是实施例1所涉及的样品检查装置的基本的构成的概略图。
图2是实施例1所涉及的样品检查装置中的形成EBAC像时的原理图。
图3是在实施例1所涉及的样品检查装置中得到的SEM像以及EBAC像的示意图。
图4是不良埋没时的概略图和其EBAC像的示意图。
图5是实施例1所涉及的样品检查装置的整体构成的概略图。
图6是实施例1所涉及的样品检查装置的测定原理图。
图7是表征不良埋没时的电子的移动和热的移动的示意图。
图8是将在实施例1所涉及的样品检查装置中得到的DI-EBAC像以及使SEM像和DI-EBAC像重叠后得到的像的示意图。
图9是实施例2所涉及的样品检查装置的整体构成的概略图。
具体实施方式
在实施例中公开了一种电路检查方法，使至少1根探针接触形成了电路的样品，一边经由探针对通过探针的接触确定的电路提供电力，一边用带电粒子束扫描样品，并经由探针测定被局部地加热的不良的电阻值变化，由此进行电路的不良分析。
另外，在实施例中公开了一种电路检查方法，对通过探针的接触确定的电路施加恒定的电压来对该电路提供电力，测定不良的加热所引起的、该不良的两端电压的变化，从而测定该不良的电阻值变化。
另外，在实施例中公开了一种电路检查方法，对通过探针的接触确定的电路提供恒定的电流来对该电路提供电力，测定不良的加热所引起的、该不良的两端电压的变化，从而测定该不良的电阻值变化。
另外，在实施例中公开了一种电路检查方法，通过对探针测定到的信号进行时间微分来测定不良的电阻值变化。
另外，在实施例中公开了一种电路检查方法，使不良的电阻值变化与带电粒子束的扫描同步来进行图像化。
另外，在实施例中公开了一种电路检查方法，检测通过带电粒子束的照射产生的二次粒子并将样品的表面信息图像化，使不良的电阻值变化与带电粒子束的扫描同步来进行图像化，通过将基于不良的电阻值变化的图像与表面信息的图像重叠来确定不良的位置。
另外，在实施例中公开了一种样品检查装置，具备：载置样品的样品台；向样品照射带电粒子束的带电粒子束照射系统；与样品接触的至少1根探针；以及经由探针对通过探针的接触确定的电路提供电力的电源，一边利用电源对通过探针的接触确定的电路提供电力，一边利用带电粒子光学系统对样品扫描带电粒子束，并利用探针测定被局部地加热的不良的电阻值变化。
另外，在实施例中公开了一种样品检查装置，对电路提供电力的电源是施加恒定的电压的恒电压源。
另外，在实施例中公开了一种样品检查装置，对电路提供电力的电源是提供恒定的电流的恒电流源。
另外，在实施例中公开了一种样品检查装置，具备与探针连接的微分电路，利用该微分电路对经由探针得到的、不良的电阻值变化所引起的信号进行时间微分。
另外，在实施例中公开了一种样品检查装置，具备显示使不良的电阻值变化所引起的信号与带电粒子束的扫描同步的图像的图像显示部。
另外，在实施例中公开了一种样品检查装置，具备：检测通过带电粒子的照射产生的二次粒子的检测器；以及将基于该二次粒子的样品的表面像、和使不良的电阻值变化所引起的信号与带电粒子束的扫描同步的图像重叠进行显示的图像显示部。
以下参考附图来说明上述以及其他新的特征和效果。
实施例1
图1是本实施例所涉及的样品检查装置的基本的构成的概略图。该样品检查装置具备：用于将带电粒子束即电子束3照射到有不良22的样品19的SEM柱1；用于载置样品19的样品平台10；以及用于与样品19上的由铜或铝等构成的导电体20a、20b接触而从导电体20a、20b取出电位的探头21a、21b等。另外，具备控制SEM柱1、探头21a、21b等要素的控制部11。
另外，这里设为具备两根探头，但在例如导电体20b被接地的情况下，探头也可以设为仅一根21a。进而，也可以构成为具备三根以上的探头。
控制部11具备：控制电子源2、第一聚光透镜5等电子光学要素的电子束控制部12；根据检测器4的信息形成SEM像的图像处理部13；控制各构成要素的系统控制单元14等。进而，该样品检查装置具备计算机18，该计算机18具备用于对装置给出指示的输入装置即键盘15、指向装置即鼠标16、以及图像显示器17。
图像处理部13具备A/D转换器24、像素累计部25、帧累计部26等。通过A/D转换器24将由差动放大器23输入的信号变换成数字数据，利用像素累计部25从与扫描信号同步输入的信号换算成每一像素的灰度值，在帧累计部26中形成图像数据，并发送到计算机18。
SEM柱1具备放出电子束3的电子源2。从电子源2放出的电子束3经由第一聚光透镜5、第二光透镜6、偏转线圈7、电气视野移动线圈8、物镜9等会聚在样品19上，对样品19的任意的位置进行扫描。对样品19照射的电子束3的焦点位置是通过电子束控制部12当中的物镜驱动部12b使流过物镜9的电流发生变化来调整的。
该样品检查装置用检测器4检测通过将电子束3照射到样品19或探头21a、21b等而从样品19或探头21a、21b等的最表面产生的二次粒子，由此形成SEM像。
若照射到样品的电子束3照射到样品19上的导电体20a或20b，就会在导电体20a、20b积蓄电荷而产生电位。由探头21a、21b取出该电位，输入到差动放大器23。若在导电体20a与20b之间没有导通，就会在导电体20a与20b之间产生电位差。另一方面，在它们之间有导通的情况下，不会在它们之间产生电位差。
由差动放大器23将导电体20a与20b之间的电位差的有无放大，输入到图像处理部13来图像化，由此得到EBAC像。接收到从图像处理部13发送的信息的计算机18将接收到的图像数据作为EBAC像向图像显示器17显示。通过观察EBAC像，能确认导电体间有无导通，能确定短路不良(在本来不应有导通的导电体间有导通的不良)或开路不良(在本来应有导通的导电体间没有导通的不良)的部位。
图2是在该样品检查装置中形成EBAC像时的原理图。若将在样品19的表面进行扫描中的电子束3照射到导电体20a，则电荷在探头21a中传导，输入到差动放大器23的正侧。
这时，若带有某电阻值的不良22与导电体20a和20b相接，则电荷经由不良22而流到导电体20b，并在探头21b传导而输入到差动放大器23的负侧。导电体20b的电位比导电体20b变低由不良22引起的电压下降的量。
在不良22的电阻值低的情况下，由于电压下降量少，导电体20a与20b之间的电位差少，因此能将不良22识别为短路不良。但是，在不良22的电阻值高的情况下，例如大于差动放大器23的输入阻抗27a、27b的情况下，很难有经由不良22的电流流动。因此，在导电体20a与20b之间产生电位差，难以与没有不良22的状态相区别。
图3(a)是在样品19以及探头21a、21b之上照射电子束3的情况下得到的SEM像的示意图。由于二次粒子大多从样品等的端部生成，因此会得到样品19和探头21a、21b的轮廓被强调的像。另一方面，在不良22埋在样品的内部的情况、即使未埋在内部也与周围没有高度差的情况、是非常微细的不良的情况等情况下，不良22几乎不会呈现在SEM像中。
图3(b)是不良22为短路不良的情况下的EBAC像的示意图。即使不良22未呈现在SEM像中，电子束3也会到达至不良22。因此，在EBAC像中，在探头21a与21b之间产生具有渐变的对比度。另外，该渐变的状况根据导电体20a、20b、不良22的长度、电阻值等而不同。作为结果，在SEM像中能确定无法确定的不良22的部位。
图3(c)是不存在不良22的正常的情况下的EBAC像的示意图。在该示例中，由于不存在不良22，因此在导电体20a与20b之间没有导通。因此，通过电子束3的照射而在导电体20a与20b之间产生电位差。其结果，在EBAC像中产生明确的对比度。
另一方面，在不良22是高电阻不良的情况下，很难与没有不良的状态相区别。在图3(d)示出不良22是高电阻不良的情况下的EBAC像。在不良22的电阻高的情况下，在导电体20a与20b之间几乎没有导通(几乎没有经由不良22的电流流动)。作为结果，就算存在不良22，在导电体20a与20b之间也产生电位差，在EBAC像中产生与图3(c)几乎同样的对比度。进而，根据不良22的电阻值，不良22的部位的亮度会变成与其周围的亮度几乎相同的程度。因此，不良22的位置的确定也变得困难。
另外，在图4(a)示出不良22深埋在样品19的内部的情况的概略图。图4(a)是从正横向(与照射电子束的方向垂直的方向)观察样品19的图。不良22虽然存在于导电体20a与20b之间，但却埋没在样品19的深的位置。
虽然也依赖于电子束3的加速电压、样品的材质，但电子束3的样品内的射程半径28一般设为数纳米到数微米。因而，在电子束3的样品内的射程半径28小而达不到不良22的情况下，不对探头21a、21b提供电子。作为结果，在不良22埋没在样品19的深的位置的情况下，差动放大器23不能检测不良22所引起的信号。
另外，假设不良22存在于电子束3的样品内的射程半径28以内，就算能检测到不良22所引起的信号，也由于电子束3在通过样品内部时发生散射，因此变得不能确定不良22的正确的位置。
在图4(b)示出不良22埋在样品19的内部的情况下的EBAC像的示意图。导电体20a和20b由于经由不良22具有导通，因此在EBAC像中产生与图3(b)几乎同样的对比度。但是，即使电子束3在不良22之上扫描，也由于电子束3达不到不良22，因此在EBAC像中观察不到不良22。
在图5示出本发明的实施方式所涉及的样品检查装置的概略图。另外，关于SEM柱1等的构成要素，是与图1同样的构成，省略图示。
根据本实施方式所涉及的样品检查装置，在不良22是高电阻不良的情况、埋在样品19内部的情况下，也能检测到不良22所引起的信号。在本实施方式所涉及的样品检查装置中，在图1的探头21a、21b与差动放大器23之间分别连接可变电阻30a、30b和恒电压电源31a、31b。另外，为了在可变电阻30a、30b与差动放大器23之间构成微分电路，期望设置电容器29a、29b。进而，在该情况下，期望在电容器29a、29b与差动放大器23之间连接用于将差动放大器23的输入偏置电流释放到大地来保护差动放大器23的电阻32a、32b。
在图6示出本实施方式所涉及的样品检查装置中的不良22所引起的信号的测定原理图。自恒电压电源31a、31b向具有电阻34的不良22流过常时电流33。这时，在不良22两端施加下述电压V22。
V22＝R34/(R30a+R34+R30b)×2Vo
R34：不良22的电阻34的电阻值，R30a：可变电阻30a的电阻值，R30b：可变电阻30b的电阻值，Vo：恒电压电源31a、31b的输出电压
在此，若在样品19之上扫描的电子束3照射到不良22，则由与电子束的加速电压成正比的动能对不良22进行加热。一般，由于若温度上升则电阻也增大，因此与不良22的加热相伴，电阻34的电阻值R34也上升。若R34上升，则遵循上式，两端电压V34也上升。
若电子束3对不良22的照射结束，则不良22的热向其周围放出。结果，不良22的温度恢复成电子束3照射前，同时，电阻34的电阻值R34也恢复成原来。即，两端电压V34仅在电子束3的照射时发生变化。
一般，在导电体20a、20b以及样品19的其他部分和不良22，因热传导率、电阻值的温度特性的差异，电子束3的照射所引起的电阻值的变化不同。因此，即使不良22是高电阻不良，也能通过检测该两端电压的变化(即电阻值R34的变化)来检测不良22所引起的信号。
虽然可以直接用差动放大器23来检测该信号，但该信号与现有的EBAC信号相比有成为微小的信号的倾向。为了使不良22所引起的信号量增加，考虑使电子束3的照射量增加、减慢电子束3的扫描速度(拉长照射在1点的时间)。但是，在采用这些手法的情况下，电子束3的照射所引起的样品19的损伤、污染量、带电量会变大。进而，在减慢扫描速度的情况下，为了测定样品19而需要的时间会变长。
因此，在本实施方式所涉及的样品检查装置中，将两端电压V34的电压变化在电容器29a、29b中微分化，输出到差动放大器23，由此精度良好地检测微小的信号。由于是经由电容器的输入，因此也没有差动放大器23的输入阻抗的影响，能通过调节可变电阻30a、30b的电阻值来应对具有任意的电阻值的不良22。
另外，在本实施例所涉及的样品检查装置中，即使不良22埋没在样品19内部，也能检测不良22所引起的信号。图7是表征不良22位于样品19的内部的情况下的样品内部中的电子的轨道和热的移动的示意图。
若电子束3照射到样品19，则电子在依赖于加速电压的射程半径28内在样品19内部扩散。另一方面，电子的动能作为热量35传递。即使电子束3的加速电压低，是电子达不到的深度，热也会在样品19内部传导，而到达不良22。
另外，即使在假设电子分流到导电体20a、20b的情况下，热量35也会同时在导电体20a、20b中传导而到达不良22。特别，在不良22是高电阻不良的情况下，相对于释放到导电体20a、20b的电子，与通过热传导率高的导电体20a、20b传导的热量之间的差变得显著。对于不是用电子束3而是用恒电压电源提供不良22两端的电压的本方式来说，在不良22埋在样品19内部的情况下，也能进行不良22的检测。
在图8(a)示出使两端电压V34的电压变化的微分值与电子束3的扫描同步而生成的像(DI-EBAC像，Dynamic Induced Electron Beam Absorbed Current像，动态诱导电子束吸收电流像)的示意图。仅将因电子束3照射到不良22从而不良22的温度提升所引起的、不良22的电阻值的变化作为明暗来显示。
通过将该DI-EBAC像与SEM像重叠，即使不良22是高电阻不良，也能确定不良22的位置。图8(b)是使SEM像和DI-EBAC像重叠的像的示意图。可知，虽然仅在DI-EBAC像中，不良22与导电体20a、20b等的位置关系不明显，但通过与SEM像重叠，就能确定不良22的位置。
本实施例所涉及的样品检查装置由于在不良22的加热中使用会聚成束的(典型束径为数纳米到数十纳米的)电子束3，因此能仅使不良22和其近旁变热。因而，该样品检查装置能以与SEM相同程度的分辨率确定不良22的部位。
另外，也可以通过不是将SEM像而是将EBAC像和DI-EBAC像重叠来确定不良22的位置。进而，该样品检查装置与通常的SEM同样，能容易地控制电子束3的照射量、加速电压、扫描速度等，能进行各种条件下的样品的检查。
另外，由于电子束3在是用于得到SEM像的电子束的同时也是用于得到DI-EBAC像的加热源，因此能同时取得SEM像和DI-EBAC像。
通过以上，根据本实施例，能容易地检测高电阻不良、埋没在样品内部的不良所引起的信号。
实施例2
本实施例所涉及的样品检查装置具备与实施例1大致同等的构成，但其电路构成不同。以下，以与实施例1的差异点为中心进行说明。
图9是本实施例所涉及的样品检查装置的概略图。与实施例1的装置不同，将大地间的可变电阻30a、30b和恒电压电源31a、31b置换成恒电流电源36。
在具备可变电阻30a、30b和恒电压电源31a、31b的方式中，在测定具有电阻值R34即电阻34的不良22时，需要使可变电阻30a、30b的电阻值与R34匹配。因此，在电阻值R34是未知的值的情况、电阻值R34随时间变化的情况下，必须每次都调整可变电阻30a、30b的电阻值，测定的步骤会复杂。因此，在本实施例所涉及的样品检查装置中，通过使用恒电流电源36，能使测定简便。
若将恒电流电源36生成的电流值设为I0，则具有电阻值R34即电阻34的不良22被施加V22＝R34×I0的电压。在此，若电阻34的电阻值R34因电子束3的照射而变化，则与此相伴，V22也变化。通过直接测定该V22的变化，或经由构成微分电路的电容器29a、29b、差动放大器23进行测定，能测定不良22所引起的信号。
通过以上，根据本实施例，通过使用恒电流电源36，不调整可变电阻的值就能检测不良22所引起的信号。
在实施例1以及2中说明了作为带电粒子束而使用电子束3的装置，但其也可以是离子束。进而，在实施例中，将不良22的信号用差动放大器23放大，但这并不限定于差动放大，也可以是单纯的电流放大或电压放大。另外，SEM柱1和探头21a、21b由一个控制部11控制，但SEM和探测器也可以成为不同的装置，分别独立进行控制。
其他还能进行不变更发明的要旨的范围内的构成要素的置换、追加、削除。
附图标记说明
1 SEM柱
2 电子源
3 电子束
4 检测器
5、6 聚光透镜
7 偏转线圈
8 电气视野移动线圈
9 物镜
11 控制部
12 电子束控制部
12b 物镜驱动部
13 图像处理部
14 系统控制单元
15 键盘
16 鼠标
17 图像显示器
18 计算机
19 样品
20a、20b 导电体
21a、21b 探头
22 不良
23 差动放大器
24 A/D转换器
25 像素累计部
26 帧累计部
28 射程半径
29a、29b 电容器
30a、30b 可变电阻
31a、31b 恒电压电源
32a、32b 电阻
33 稳态电流
34 不良22的电阻
35 热量
36 恒电流电源

Claims (12)

1.一种电路检查方法，其特征在于，
使至少1根探针接触形成了电路的样品，
一边经由所述探针对通过所述探针的接触确定的电路提供电力，一边用带电粒子束扫描所述样品，并经由所述探针测定被局部地加热的不良的电阻值变化，由此进行所述电路的不良分析。
2.根据权利要求1所述的电路检查方法，其特征在于，
对通过所述探针的接触确定的电路施加恒定的电压来对该电路提供电力，测定所述不良的加热所引起的、该不良的两端电压的变化，从而测定该不良的电阻值变化。
3.根据权利要求1所述的电路检查方法，其特征在于，
对通过所述探针的接触确定的电路提供恒定的电流来对该电路提供电力，测定所述不良的加热所引起的、该不良的两端电压的变化，从而测定该不良的电阻值变化。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的电路检查方法，其特征在于，
通过对所述探针测定到的信号进行时间微分来测定所述不良的电阻值变化。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的电路检查方法，其特征在于，
使所述不良的电阻值变化与所述带电粒子束的扫描同步来进行图像化。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的电路检查方法，其特征在于，
检测通过所述带电粒子束的照射产生的二次粒子并将样品的表面信息图像化，
使所述不良的电阻值变化与所述带电粒子束的扫描同步来进行图像化，
通过将基于所述不良的电阻值变化的图像与所述表面信息的图像重叠来确定所述不良的位置。
7.一种样品检查装置，具备：
载置样品的样品台；
向所述样品照射带电粒子束的带电粒子束照射系统；和
与所述样品接触的至少1根探针，
所述样品检查装置的特征在于，具备：
经由所述探针对通过所述探针的接触确定的电路提供电力的电源，
一边利用所述电源对通过所述探针的接触确定的电路提供电力，一边利用所述带电粒子光学系统对所述样品扫描带电粒子束，并利用所述探针测定被局部地加热的不良的电阻值变化。
8.根据权利要求7所述的样品检查装置，其特征在于，
所述电源是施加恒定的电压的恒电压源。
9.根据权利要求7所述的样品检查装置，其特征在于，
所述电源是提供恒定的电流的恒电流源。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的样品检查装置，其特征在于，
所述样品检查装置具备：
与所述探针连接的微分电路，
利用该微分电路对经由所述探针得到的、所述不良的电阻值变化所引起的信号进行时间微分。
11.根据权利要求7～10中任一项所述的样品检查装置，其特征在于，
所述样品检查装置具备：
显示使所述不良的电阻值变化所引起的信号与所述带电粒子束的扫描同步的图像的图像显示部。
12.根据权利要求7～10中任一项所述的样品检查装置，其特征在于，
所述样品检查装置具备：
检测通过带电粒子的照射产生的二次粒子的检测器；以及
将基于该二次粒子的样品的表面像、和使所述不良的电阻值变化所引起的信号与所述带电粒子束的扫描同步的图像重叠显示的图像显示部。
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