JP2007189113A - プローブ触針検知法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 デバイスへのダメージについて配慮した微小領域への触針に対応するプロービング装置及びプローブの触針検知法を提供することにある。また、荷電粒子線照射装置で実現が容易な触針検知法を有するプローブング装置を提供することにある。
【解決手段】 荷電粒子線照射光学系からの荷電粒子線でウェハ等の試料もしくは真空チャンバ内に配置した触針プローブからの二次粒子を用いた二次粒子粒子像の位置もしくは輝度の変化から触針プローブとウェハ等の試料の接触を検知することを特徴とし、特に触針測定部から離れた触針プローブの電位コントラストの変動、二次粒子像の結像点変動、機械的振動周期または振幅変動を用い荷電粒子照射によるデバイスダメージを抑制する事を特徴とする触針プローブ装置及び接触検知法。
【選択図】 図３

Description

この発明は、半導体素子等の電子回路の触針装置および触針法に関し、特にプローブの触針検知に関する。

半導体装置の製造工程から完成品のプロセス毎の検査において、電気的な測定は必須であり、通常は可視光光学系を用い触針が可能な触針用電極へメカニカルプローブで触針する測定が良く知られており、圧力センサ等を用いた触針検知が行われている。

通常の触針測定では可視光光学系により識別可能な数マイクロメートルから数百マイクロメートルの針あて電極へ触針する為、触針精度はシビアではなく、光学顕微鏡レベルの0.2マイクロメートル以上の解像度で十分触針可能であった。

0.5マイクロメートル以下の触針対象への微小領域触針を実現するためには、0.1マイクロメートル以下の解像度を有する荷電粒子照射光学系を用いたプローブ触針装置が用いられる様になったが、触針対象の微細化に応じプローブ先端寸法も微細化しているため、圧力センサの反応より前にプローブ先端が破損する為、有効な触針検知法が発案されておらず、現状プローブと触針対象の接点を観察し続けその挙動で触針を判断する事が一般的である。

荷電粒子線照射装置は解像度が小さい反面、照射する荷電粒子の持つ電荷や荷電粒子によるスパッタエッチング現象がデバイスに影響を及ぼし特性を変動させるケースがあり、これを最小限に抑制する事が測定の可否の重要なポイントである
特許文献１は、振動検出方式のプローブ駆動方式および測長装置について記載された文献である。特に請求項８は、振動するプローブを接触させた際の振動波形変化を用い外形座標を計測する振動検出方式の測長装置に関するものである。

特許文献２は、プロービング装置及びプロービング方法について記載された文献である。特に請求項５は、圧電素子によって共振状態の超音波振動を与え共振状態の乱れを測定する事によって接触検知を行う試料作成装置に関するものである。

特許文献３は、電気回路測定用探針の接触検知装置及びこの接触検知装置を用いた電気回路測定について記載された文献である。特に請求項２は、触針検知手段として電気的良導体と交流信号発生手段とによって形成される交流ループに流れる交流信号を検出する接触検知装置に関するものである。

特開２００１−２４１９３３号公報

特開２０００−１５５０８１号公報 特開平５−４１４２１号公報

本願発明者等は本願に先立って、触針検知の技術について検討を行った。近年用いられる様になって来た荷電粒子照射光学系を用いたプローブ触針装置は触針検知にプローブ先端部と触針対象物に荷電粒子を照射し観察を行う方法が用いられ、荷電粒子照射によるダメージが触針対象物に加えられる問題が存在した。

荷電粒子照射によるダメージは主に荷電粒子照射による帯電及び静電破壊現象、荷電粒子によるスパッタエッチング、荷電粒子と真空中残留ガスによるデポションであり、何れも荷電粒子がプローブ先端もしくは触針対象物に照射される事で発生する。

プローブへの帯電はプローブを接地する事で回避可能であるものの、それ以外のダメージは、触針検知の際にプローブ先端部と触針対象物に荷電粒子を照射する以上回避が困難である。

従ってこれらのダメージを最小限に抑制する事が可能なプローブ触針検知法及び装置を提供する事が本発明の課題であり、触針対象物が電気的に電流を流す良導体の場合の触針検知が第一の課題、触針対象物が良導体から電流を流さないフローティングの良導体および絶縁体の場合の触針検知が第二の課題である。

上記第一および第二の課題を解決するために、本発明では触針対象物すなわち試料上の触針測定部とプローブの接触部へ荷電粒子線照射を低減するもので、測定部から離れた箇所のプローブの状態をモニタする事で荷電粒子線照射量を低減する事で荷電粒子線照射によるダメージを低減させる事ができる。

上記第一の課題は、触針対象物が電気的に電流を流す良導体の場合、プローブに交流信号を印加する事で、プローブが接触前に得られるプローブ電位による階調変化および交流印加による荷電粒子線の結像点ずれを発生させ、プローブが接触した後にその振幅もしくは変位が変動する事を利用し接触検知が可能である。

上記第二の課題は、触針対象物が良導体から電流を流さないフローティングの良導体および絶縁体の場合、プローブの振動による結像点ずれ及び振動周期の変動がプローブ接触前後で変化する事を利用し接触検知が可能である。

上記手段による発明の代表的な効果は数百μｍ〜十ｎｍ程度の触針対象物に対するプローブの接触検知法および装置である。

また、その触針対象物の材質も触針対象物が電気的に電流を流す良導体から絶縁体まで適用可能である。

以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。実施例のプローブ駆動方法は、特に制限されないが、微小領域への触針を行う場合、長い距離を移動するための粗動機構と、微細な触針のための微動機構で構成され、各プローブへは装置外部との信号入出力が可能な端子を有するのが一般的である。

但し、本願発明はプローブの粗動機構と、微動機構で構成されたプローブ駆動方法を有する装置だけに限定される訳ではなく粗動機構のみの構成と、微動機構のみの構成と、微動および粗動機構を兼ね備えたプローブ駆動機構を有する触針検知法および装置に適用される。（以上はプローブ触針検知法及び装置の例）

図１は本発明による最も基本的なプローブ装置構成の概略構成図である。プローブ装置１は、荷電粒子光学系２で生成した荷電粒子線３を試料ステージ４上に配置した半導体素子等の試料５に照射すると共にプローブ駆動機構６に装着されたプローブ７によって信号の入出力と、二次粒子検出器８で試料５やプローブ７から放出される二次粒子を取得が可能な構成となっている。
本プローブ装置１の他の構成要素は、試料ステージ４を制御するステージ制御部９、プローブ7の駆動を制御するプローブ駆動制御部１０、プローブ７への信号入出力を制御するプローブ信号制御部１１、二次粒子検出器８を制御する二次粒子検出制御部１２、荷電粒子光学系２を制御する荷電粒子光学系制御部１３、各制御部を通じ本プローブ装置全体の制御を行う演算処理部１４と取得した二次粒子画像やプローブ入出力信号等を表示する表示部１５から構成されている。以下に従来の触針検知法について説明する。

図２は、最も基本的な触針検知について説明した図である。従来はプローブ７と触針対象パターン１６の接触点に荷電粒子線３を走査１７し二次粒子画像を取得しその観察画像からプローブ７と触針対象パターン１６の接触を判断していたが、触針作業開始から触針完了までの間、触針対象パターン１６へ荷電粒子線３を照射しつづける事となり、触針対象パターン１６および電気的に接続された同一回路上の半導体素子等に荷電粒子照射によるダメージが及ぶケースが存在する。

図３は、上記の荷電粒子照射によるダメージを低減するための触針検知箇所について荷電粒子線で上方から観察した画像概略図である。従来法では図３−ａに示す通り、プローブ7と触針対象パターン１６を同時に観察可能な図３−ｂを観察する事で触針判定を行っていたが、本発明では、触針パターンから離れた箇所図３−ｃもしくはその一部を拡大した領域を観察する事で触針判定を行う事を特徴とし、これにより触針対象パターン１６、電気的接続経路および同一回路上の半導体素子等へのダメージを大幅に低減する事が可能となる。以下に本発明の触針検知法について説明する。

図４は、触針検知の一実施例で触針検知に交流信号を用いた場合の説明図である。図４−ａに示すようにプローブ７が試料５に接触していない状態で交流信号１８をプローブ７に通電する事で交流信号の極性に応じて明コントラスト１９と暗コントラスト２０が交流信号１８の周波数に応じて繰り返され、また交流信号１８の電位により荷電粒子線の結像点ずれ２１が発生し、プローブ７を触針のため試料５に近づけて行き電気的に通電する良導体もしくはリーク電流レベルの電荷の受け渡しを行う絶縁体の試料５に接触すると図４−ｂまたは図４−ｃに示すように明コントラスト１９と暗コントラスト２０の階調差が小さくなるかもしくは消失し、結像点ずれ２１も小さくなるか消失する。この特徴を生かし、電気的に通電する良導体もしくはリーク電流レベルの電荷の受け渡しを行う絶縁体への触針検知において低ダメージ化を実現する。

図５は、触針検知の別の実施例で触針検知にプローブ振動を用いた場合の説明図である。図５−ａに示すようにプローブ７が試料５に接触していない状態ではプローブ７がその剛性に応じてほぼ一定の振動周期２２および振動振幅２３で振動を続け、プローブ７を触針のため試料５に近づけて行き試料５に接触すると図５−ｂまたは図５−ｃに示すように振動振幅２３が小さくなるかもしくは消失し、振動周期２２も変動するかかもしくは消失する。

この特徴を生かし、電気的に通電する良導体からリークも発生しない絶縁体への触針検知において低ダメージ化を実現する。

従来技術の多くは、触針時に可視光光学系を利用して触針を行っておりサブミクロン以上の触針対象パターンまでは可視光光学系で触針できる可能性があるものの、サブミクロン以下の微小触針対象パターンへの適用は不可能である。近年、微小領域への触針システムに荷電粒子光学系が用いられつつあり、正確な測定結果を得るためには荷電粒子線によるダメージの低減は必須である。しかし、現状有効な触針検知法が発案されておらず、本発明は構成上、大きな変更をせず触針検知を実現でき、シンプルでかつ低コストな触針検知法および装置としては利用の可能性大である。

本発明による最も基本的なプローブ装置構成の概略構成図である。 最も基本的な触針検知について説明した図である。 触針検知箇所を荷電粒子線で上方から観察した画像概略図である。 触針検知に交流信号を用いた場合の説明図である。 触針検知にプローブ振動を用いた場合の説明図である。

符号の説明

１…プローブ装置、 ２…荷電粒子光学系、 ３…荷電粒子線、 ４…試料ステージ、 ５…試料、 ６…プローブ駆動機構、 ７…プローブ、 ８…二次粒子検出器、 ９…ステージ制御部、 １０…プローブ駆動制御部、 １１…プローブ信号制御部、 １２…二次粒子検出制御部、 １３…荷電粒子光学系制御部、 １４…演算処理部、 １５…表示部、 １６…触針対象パターン、 １７…走査、 １８…交流信号、 １９…明コントラスト、 ２０…暗コントラスト、 ２１…結像点ずれ、 ２２…振動周期、 ２３…振動振幅。

Claims (7)

1. 荷電粒子線を形成して試料及び触針プローブに照射する荷電粒子線照射光学系と、上記荷電粒子線照射光学系によって上記試料及び上記触針プローブから放出される二次粒子を検出する二次粒子検出器とを用い、
   上記荷電粒子線と上記二次粒子検出器で取得した二次粒子信号の変化及び二次粒子画像の変化によりプローブと試料等の触針検知を行うことを特徴とする触針検知法。
2. 請求項１に記載の触針検知法において、
   上記触針プローブは、上記荷電粒子線を照射可能な試料室内に配置され、交流信号を供給しながら上記試料に触針し、触針前後の二次粒子信号の変化により触針検知を行うことを特徴とする触針検知法。
3. 請求項１又は２に記載の触針検知法において、
   上記荷電粒子線照射光学系は、集束イオンビームもしくは集束電子ビームであることを特徴とする触針検知法。
4. 請求項１から３の何れかに記載の触針検知法において、
   上記触針プローブから放出される二次粒子を検出する位置は上記試料と上記触針プローブの接触部近傍に限らず触針を検知する上記触針プローブを内包する任意の位置であることを特徴とする触針検知法。
5. 請求項１から４の何れかに記載の触針検知法において、
   上記二次粒子信号は上記二次粒子検出器で取得した二次粒子情報を電気信号化した情報であることを特徴とする触針検知法。
6. 請求項１から５の何れかに記載の触針検知法において、
   上記触針検知は触針前後のプローブ振動起因の振動周期変化および結像点変化と、触針前後のプローブの電位変化による結像点変化または輝度変化を検知することを特徴とする触針検知法。
7. 請求項１から６の何れかに記載の触針検知法において、
   上記電位変化を顕在化するため触針プローブもしくは試料または試料ステージに交流成分を給電することを特徴とする触針検知法。

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