CN108351377A - 动态响应分析探测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种探测装置，在针对微小电子设备实施动态信号响应分析时，对输入至一个探针的动态电信号的输入波形进行整形，并对经由试样输出的动态电信号的输出波形进行观察，优选对输入波形进行整形，使得经由试样输出的动态电信号的输出波形为大致脉冲形状。由此，能够对构成LSI的微小晶体管等微小电子设备，进行兆赫级以上的高速动态信号的响应分析。

Description

动态响应分析探测装置
技术领域
本发明涉及一种微小电子设备特性评价用探测装置，尤其涉及一种利用动态响应分析的微小电子设备的不良分析。
背景技术
由于电子设备的精细化，人们逐渐实现了大规模集成电路(Large-ScaleIntegration、LSI)的高速化和高性能化。但是，伴随着这样的电子设备的精细化，晶体管数量、接线数量、触点数量增大。因此，对故障品等的不良分析变得更为复杂。
过去，电子设备的不良分析是通过各种非破坏性分析，限定不良位置，然后通过观察所限定的推测不良位置的构造缺陷来进行。
观察构造缺陷时，要进行剖面观察等推测不良位置的破坏性分析。因此，在推测为不良原因的位置没有发现异常时，将无法进行不良样品的再评价。因此，在电子设备的不良分析中，期待有非破坏性分析的分析技术或能够在半破坏性分析的阶段以较高概率查明不良位置的分析技术。
针对这样的要求，提出了一种探测装置，通过对电子设备进行研磨直至不良位置所在的附近，然后使极微小的探针直接与电子设备的电路上接触，来评价电子设备的电气特性。
在日本专利特开2013-187510号公报(专利文献1)中，使用扫描型电子显微镜(Scanning Electron Microscope、SEM)，观察探针和试样表面的放大影像，同时使微小探针接触存在于试样表面的微细晶体管等，测定电气特性。由此，能仅对存在于试样内的亿单位的晶体管中的单个进行电气特性评价，这在过去十分困难。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2013-187510号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
本专利发明人在对探测装置中微小电子设备的动态响应分析进行深入研究后，得出以下见解。
过去的微小电子设备特性评价用探测装置是评价静态电气特性，即，针对在施加直流电压时会流过怎样的电流这一现象进行评价。将被认为是不良的晶体管的静态电气特性和正常晶体管的静态电气特性相比较，这些特性不同等时，确定为不良位置。
另一方面，实际使用这些晶体管时，是以兆赫级或千兆赫级的高速驱动信号运行。为了更精密地评价晶体管的电气特性，希望能进行接近实际运行环境的状态的动态信号的响应分析(动态分析或者动态评价)。
进而，在晶体管的不良分析中，只靠静态电气特性的评价可能存在无法辨别的不良。因此，近年来使用探测装置进行动态响应分析的必要性越来越高。
在高速动态信号的响应分析中，需要输入的高速信号不劣化地传递给试样，以及试样的响应信号不劣化地输出至示波器。
需要传输这种高速信号的测定系统针对所测定的频率必须具有充足的频带。为了传输更高速的信号(高频信号)，需要较大的频带。在这样的系统中，优化传输路径以抑制伴随传输的损耗，以及抑制阻抗变动以防止存在于传输路径的结构物或部件等造成信号反射、损耗是十分重要的。
图1是探测装置的测定路径的示意图。探测装置中，将函数发生器1所产生的输入信号通过输入电缆2传送至探针3，施加给试样4。经由输出电缆5，利用示波器6观察试样4的响应信号。此处，需要在真空室7中操作探针3，因此输入电缆2被配置于真空室7内。由此，输入电缆2的长度被固定，整个电缆长度与集成电路板等毫米以下的微小规模完全不同，是米级别的规模。这种规模差异容易导致传输损耗增大和构成测定系统的各部分的反射，不利于高速传输。
另外，输入电缆2和输出电缆5被GND层覆盖，而探针3没有被GND层覆盖。这样的构造可能使得阻抗变动变大。
进而，在探测装置的测定中，将试样4研磨到希望使探针3接触的层后，配置于探测装置，使探针3接触试样4的研磨面进行测定。
图2A和图2B是探测装置测定时的示意图，图2A为俯视图，图2B为侧视图，表示探针3接触到试样4的研磨面的状态。为了测定试样4的电气特性，使探针3接触了试样4的触点8，但这数十纳米级别的接触面上的污渍等接触电阻也会导致阻抗变动。
由于这些使频带劣化的原因，在像LSI实际运行的兆赫级，特别是千兆赫级的频率下，探测装置的动态信号响应分析会变得困难。
本发明的目的是在探测装置中，通过使用兆赫级以上的动态信号，实施构成LSI的微小晶体管等微小电子设备的不良分析。
解决技术问题的技术方案
本发明涉及一种探测装置，在针对微小电子设备实施动态信号响应分析时，对输入至一个探针的动态电信号的输入波形进行整形，并对经由试样输出的动态电信号的输出波形进行观察，优选对输入波形进行调整，使经由试样输出的动态电信号的输出波形为大致脉冲形状。
发明效果
通过本发明，能够对构成LSI的微小晶体管等微小电子设备，进行兆赫级以上的高速动态信号的响应分析。
附图说明
图1是探测装置的测定路径的示意图。
图2A是表示使探针接触试样的状态的图。
图2B是表示使探针接触试样的状态的图。
图3是实施例1的微小电子设备特性评价用探测装置的概略图。
图4A是用于说明频带对脉冲形状产生影响的图表。
图4B是用于说明频带对脉冲形状产生影响的图表。
图4C是用于说明频带对脉冲形状产生影响的图表。
图5是实施例2的微小电子设备特性评价用探测装置的结构图。
图6是实施例3的微小电子设备特性评价用探测装置的概略图。
图7是实施例4的微小电子设备特性评价用探测装置的概略图。
图8是实施例5的微小电子设备特性评价用探测装置的概略图。
具体实施方式
实施例中，公开了一种探测装置，其具备保持试样的试样台、与试样的规定位置接触的多个探针、内部配置有试样台和多个探针的试样室、以及观察试样和探针的带电粒子束显微镜，并具备对输入至一个探针的动态电信号的输入波形进行整形的输入波形形成机构、以及对经由试样输出的动态电信号的输出波形进行观察的输出波形观察机构。
另外在实施例中，公开了调整输入波形使得经由试样输出的动态电信号的输出波形为大致脉冲形状。另外在实施例中，公开了输入波形在波形的前方部分是凸形状，或者在波形的后方部分是凹形状。
另外，实施例中，公开了一种探测装置，具备记录有动态电信号的输入波形的数据库，根据输入的动态电信号的条件，输入波形形成机构形成记录于数据库的输入波形。
另外，实施例中，公开了一种探测装置，基于测定系统的等效电路模拟，输入波形形成机构自动形成输入波形。
另外，实施例中，公开了一种探测装置，输入波形形成机构基于输出波形，自动修正输出波形以使该输出波形成为大致矩形。
以下参照附图对上述以及其他新特征和效果进行说明。
实施例1
图3是本实施例的微小电子设备特性评价用探测装置的概略图。
本实施例中的探测装置，在能保持内部真空的真空室7内，具备探针3，其与试样4上的触点等接触，用于测定试样4的电气特性；SEM柱9，其用于向探针3、试样4照射电子束；二次电子检测器10，其用于检测通过照射电子束而从探针3、试样4产生的二次电子。
另外，该探测装置设有用于驱动探针3的探针驱动机构(未图示)和用于移动试样4的位置的试样台11。
获取晶体管的电气特性时，需要使探针接触源极、漏极、栅极的各触点，因此至少需要3根探针3。考虑到与基板接触的探针3和用于探针3出现破损时的预备探针等，探针的数量可多于3根，例如可设置6根以上的探针。
探针3和试样台11的移动由测定者利用控制终端(未图示)进行操作。
通过将探针3移动至所希望的触点，使探针3与触点接触，将测定信号通过探针3从函数发生器1传送至示波器6，并由半导体参数分析器12施加晶体管驱动所需的电压，获取动态响应特性，来对试样4的电气特性进行分析和评价。
此处如上所述，由于探测装置特有的构造，很难确保传输频带。图4A～图4C是用于说明频带对脉冲形状产生影响的图表。在确保了充足的传输频带时，将脉冲波传输到该系统后，将维持并输出干净的矩形波(图4A)。另一方面，传输信号的频带较小时，输入的脉冲波的矩形的上升部会劣化(图4B)。这是因为脉冲波形由多个频率分量构成，脉冲波形的矩形的上升、下降部分相当于高频分量。即，传输带区域较小的测定系统中，该高频分量会劣化，结果取得的脉冲波形如(图4B)一样，在上升形状中不维持矩形。而换一个看法，通过观察该矩形的上升形状，能把握更高频率下测定体的特性。
本实施例中，使用探测装置测定动态响应特性时，对输入波形进行整形，使输出的信号波形为矩形，弥补探测装置传输系统中的信号劣化。利用该传输波形，对维持了矩形的标准试样的上升和比较试样的输出信号的上升进行比较，能够测定更高频率下试样特性的差异。
图4C是波形整形后输入波形的代表形状。针对预测有劣化的上升或相当于下降的部分，使其成为电压急剧上升或下降的形状，弥补传输劣化。实际测定中，本形状的电压的上升量和上升时间通过测定系统的等效电路模拟决定。
实施例2
在本实施例中，对由微小电子设备特性评价用探测装置进行的不良分析进行说明。以下，以与实施例1的不同点为中心进行说明。
图5是本实施例的微小电子设备特性评价用探测装置的结构图。微小电子设备特性评价用探测装置在真空室7的内部具备用于测定电气特性的探针3和能够设置电子设备等试样4的试样台11。
另外，该探测装置还具备SEM柱9，其用于向探针3和试样4照射电子束；以及二次电子检测器10，其用于检测通过照射电子束而从探针3和试样4产生的二次电子。
真空室7内设有用于其内部排气的涡轮分子泵13和干泵14。只要是能将真空室7的内部保持真空的泵，则无论什么种类的泵均可，但优选能更好的保持真空，并且不会污染真空室7的泵。
真空室7的内部，大致区分为使用SEM的试样观察区域15、使用光学显微镜的试样观察区域16以及探针的更换区域17。通过使试样台11向这些区域移动，能够通过SEM进行试样观察、通过光学显微镜进行试样观察、以及进行探针的更换。
试样台11基本上配置在SEM柱9的正下方。进而，试样台11和SEM柱9之间配置有探针3。探针3的根数在本实施例中为4根。该探针3由探针驱动装置(未图示)固定。
通过将探针3移动至探针的更换区域17，使用探针提升杆19，将探针3提升至探针更换室18，能够进行探针3的更换。
为了测定试样4的电气特性，使探针3接触试样4时，首先要将试样台11移动到使用光学显微镜的试样观察区域16。该区域内设置有从上方观察试样4的第一CCD相机20和从侧方观察试样4的第二CCD相机21。通过在观察这些CCD相机20、21影像的同时驱动探针3，能够以大约0.1mm左右的精度使探针3移动至期望触点所在位置。
试样4中，实际希望测定的图案的大小多为直径100nm以下。因此，上述定位完成后，将试样台11向使用SEM的试样观察区域15移动。然后，在观察SEM图像的同时操作探针3，将探针3更精密地移动至测定位置。
各探针3与用于测定电子设备的电气特性的半导体参数分析器12、产生动态信号的函数发生器1、以及观察动态响应信号的波形的示波器6连接。函数发生器1具有能任意制作要产生的信号波形的功能。
以上装置的操作，例如探针3和试样台11的移动，通过显示于显示器22的图形用户界面(GUI)控制。也可以不使用GUI，而由操作屏等控制。
下面，对试样4的测定方法进行说明。
首先，通过故障诊断等限定推测为不良的晶体管，研磨试样4直到正常晶体管所期望的触点露出表面。
接下来，将触点露出表面的试样4设置于试样台11后，使探针3与触点接触。探针3与晶体管的源极、漏极、栅极、基板各触点接触。
与漏极接触的探针和与基板接触的探针连接半导体参数分析器12，与栅极接触的探针连接函数发生器1，与源极接触的探针连接示波器6。
将各探针3与各触点接触后，向漏极施加1V的电压，向基板施加0V的电压(接地)。通过函数发生器1，以100MHz的频率(脉冲宽度5ns)向栅极施加1V的电压。此时通过示波器6观察从源极发出的信号。
输出的响应波形如果不是矩形，则对输入波形进行整形。通过波形整形，由100MHz的脉冲形状实现0.7ns的上升时间。接下来，使用同样的测定条件和输入波形，观察推测为不良的晶体管的动态响应波形。结果，与正常的晶体管相比，发现上升时间存在劣化时，便能够判断晶体管故障，是为不良。
实施例3
本实施例中，针对从数据库选择输入波形的情况进行说明。以下，以与实施例1和2的不同点为中心进行说明。
图6是本实施例的微小电子设备特性评价用探测装置的概略图。本实施例中，将探针3与各触点8接触后，向漏极施加1V的电压，向基板施加0V的电压。通过函数发生器1向栅极输入信号时，其波形基于测定的频率或试样的种类，从保存了使用过的波形的数据库23选择。由此，会将最佳输入波形施加于试样，通过示波器6进行动态响应信号的测定。
实施例4
本实施例中，针对使用搜索算法确定输入波形的情况进行说明。以下，以与实施例1至3的不同点为中心进行说明。
图7是本实施例的微小电子设备特性评价用探测装置的概略图。本实施例中，将探针3与各触点8接触后，向漏极施加1V的电压，向基板施加0V的电压。在通过函数发生器1向栅极输入信号前，对于输入波形，使用测定系统的等效电路模拟器，将输出的模拟波形导出。利用对所输入的模拟波形进行重复修正的搜索算法，确定最佳输入波形，以使该波形成为矩形。通过向函数发生器1指示输入波形的运算处理部24来执行模拟计算和搜索算法。由此，会将经过优化的输入波形施加于试样，通过示波器6进行动态响应信号的测定。
实施例5
本实施例中，针对在修正输入波形的同时进行动态响应信号测定的情况进行说明。以下，以与实施例1至4的不同点为中心进行说明。
图8是本实施例的微小电子设备特性评价用探测装置的概略图。本实施例中，将探针3与各触点8接触后，向漏极施加1V的电压，向基板施加0V的电压。通过函数发生器1，向栅极自动重复输入信号。此时，会重复获取试样4输出的输出波形，并修正输入波形，同时进行动态响应信号的测定，使得该波形成为矩形。输入波形的修正由从示波器6接受了信号信息的运算处理部24进行。通过从运算处理部24将修正结果传送至函数发生器1，来对产生的输入波形进行整形。
标号说明
1…函数发生器
2…输入电缆
3…探针
4…试样
5…输出电缆
6…示波器
7…真空室
8…触点
9…SEM柱
10…二次电子检测器
11…试样台
12…半导体参数分析器
13…涡轮分子泵
14…干泵
15…使用SEM的试样观察区域
16…使用光学显微镜的试样观察区域
17…探针的更换区域
18…探针更换室
19…探针提升杆
20…CCD相机
21…CCD相机
22…显示器
23…数据库
24…运算处理部。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种探测装置，其具备：
保持试样的试样台；
与所述试样的规定位置接触的多个探针；
试样室，在其内部配置有所述试样台和所述多个探针；以及
观察所述试样和所述探针的带电粒子束显微镜，
该探测装置的特征在于，具备：
输入波形形成机构，其对输入至一个所述探针的动态电信号的输入波形进行整形；以及
输出波形观察机构，其对经由所述试样输出的动态电信号的输出波形进行观察，
所述输入波形形成机构基于所述输出波形，修正所述输出波形以使该输出波形成为大致矩形。
2.如权利要求1所述的探测装置，其特征在于，
调整所述输入波形以使经由所述试样输出的动态电信号的输出波形为大致脉冲形状。
3.如权利要求2所述的探测装置，其特征在于，
所述输入波形在波形的前方部分是凸形状，或者在波形的后方部分是凹形状。
4.如权利要求1所述的探测装置，其特征在于，
具备记录有动态电信号的输入波形的数据库，
根据输入的动态电信号的条件，所述输入波形形成机构形成记录于所述数据库的输入波形。
5.如权利要求1所述的探测装置，其特征在于，
基于测定系统的等效电路模拟，所述输入波形形成机构自动形成所述输入波形。
6.(删除)

Claims (6)

1.一种探测装置，其具备：
保持试样的试样台；
与所述试样的规定位置接触的多个探针；
试样室，在其内部配置有所述试样台和所述多个探针；以及
观察所述试样和所述探针的带电粒子束显微镜，
该探测装置的特征在于，具备：
输入波形形成机构，其对输入至一个所述探针的动态电信号的输入波形进行整形；以及
输出波形观察机构，其对经由所述试样输出的动态电信号的输出波形进行观察。
2.如权利要求1所述的探测装置，其特征在于，
调整所述输入波形以使经由所述试样输出的动态电信号的输出波形为大致脉冲形状。
3.如权利要求2所述的探测装置，其特征在于，
所述输入波形在波形的前方部分是凸形状，或者在波形的后方部分是凹形状。
4.如权利要求1所述的探测装置，其特征在于，
具备记录有动态电信号的输入波形的数据库，
根据输入的动态电信号的条件，所述输入波形形成机构形成记录于所述数据库的输入波形。
5.如权利要求1所述的探测装置，其特征在于，
基于测定系统的等效电路模拟，所述输入波形形成机构自动形成所述输入波形。
6.如权利要求1所述的探测装置，其特征在于，
所述输入波形形成机构基于所述输出波形，自动修正所述输出波形以使该输出波形成为大致矩形。
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