JP2009141090A - Scanning electron microscope - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路装置(または半導体装置)等における不良解析技術または不良解析装置に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a defect analysis technique in a semiconductor integrated circuit device (or semiconductor device) or a technique effective when applied to a defect analysis apparatus.
日本特開2002−343843号公報(特許文献1)には、2本の針当てによる電子ビーム吸収電流解析すなわちEBAC(Electron Beam Absorbed Current)解析に関し、一方を吸収電流アンプ、他方をGNDに接続してEBAC解析を行うか、または、両プローブを吸収電流アンプに接続し、各プローブから取り込んだ吸収電流像を画像処理・画像計算を行う半導体集積回路装置等(電子回路装置又は半導体装置)における不良解析技術が開示されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-343843 (Patent Document 1) relates to an electron beam absorbed current (EBAC) analysis using two needle contacts, that is, one connected to an absorption current amplifier and the other connected to GND. In a semiconductor integrated circuit device or the like (electronic circuit device or semiconductor device) that performs EBAC analysis or connects both probes to an absorption current amplifier and performs image processing / image calculation on the absorption current image captured from each probe An analysis technique is disclosed.
日本特開2002−368049号公報(特許文献2)には、解析対象配線の一端あるいは両端に針当てした状態で電子ビームを照射し、一つのプローブ針に流れる吸収電流を電圧変換増幅し、電子ビームの走査に同期して画像表示を行う半導体集積回路装置等における不良解析技術が開示されている。 In Japanese Patent Laid-Open No. 2002-368049 (Patent Document 2), an electron beam is irradiated in a state in which one end or both ends of a wiring to be analyzed is in contact with a needle, and an absorption current flowing through one probe needle is subjected to voltage conversion amplification and an electron. A failure analysis technique in a semiconductor integrated circuit device or the like that displays an image in synchronization with beam scanning is disclosed.
日本特開2004−296771号公報(特許文献3)には、差動アンプを用いたEBAC解析に関して出願:差動アンプに接続されたプローブを解析対象部両端に針当てし、荷電ビーム走査によって生じた吸収電流を差動増幅し、該差動増幅された信号の変化を前記荷電ビームの走査と同期して検出することにより前記配線の不良箇所の特定を行う半導体集積回路装置等における不良解析技術が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-296771 (Patent Document 3) filed for EBAC analysis using a differential amplifier: a probe connected to a differential amplifier is applied to both ends of an analysis target portion and generated by charged beam scanning. Analysis technique in a semiconductor integrated circuit device or the like for differentially amplifying the absorbed current and detecting a change in the differentially amplified signal in synchronization with scanning of the charged beam to identify a defective portion of the wiring Is disclosed.
日本特開2005−347773号公報(特許文献4)には、解析対象試料にプローブ針(探針)を少なくとも一本立てて、試料を電子ビームでスキャンしながら、そのプローブ針を流れる電流分布を映像化して観察することにより、配線の断線箇所を特定する半導体集積回路装置等における不良解析技術が開示されている。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-347773 (Patent Document 4), at least one probe needle (probe) is set up on a sample to be analyzed, and the current distribution flowing through the probe needle is scanned while scanning the sample with an electron beam. A failure analysis technique in a semiconductor integrated circuit device or the like that identifies a disconnection portion of a wiring by observing the circuit is disclosed.
半導体装置内配線に生じた断線不良・高抵抗不良の解析手法として、EBAC解析が知られている。EBAC解析は、電子ビームすなわちEB(Electron Beam)の集束性および透過性、吸収性を利用した解析手法である。EBは、微細スポットが容易に得られると共に、加速電圧に依存して絶縁膜や上層配線等を透過して半導体装置内部に侵入し、配線に到達したEBは吸収されて電流となる。この吸収電流を検出・増幅し、EB走査に同期して吸収電流像を表示することで配線の不良位置が特定可能となる。 EBAC analysis is known as an analysis method for disconnection failure and high resistance failure that has occurred in wiring in a semiconductor device. The EBAC analysis is an analysis method using the convergence, transmission, and absorption of an electron beam, that is, EB (Electron Beam). As for EB, a fine spot can be easily obtained, and it penetrates the inside of the semiconductor device through the insulating film and the upper layer wiring depending on the acceleration voltage, and the EB reaching the wiring is absorbed and becomes a current. By detecting and amplifying the absorbed current and displaying the absorbed current image in synchronization with the EB scanning, it becomes possible to specify the defective position of the wiring.
日本特開2002−368049号公報(特許文献2)では、プローブ針(探針)1本での解析例と2本での解析例を開示している。プローブ針が1本の場合、抵抗値が数10MΩ以上の高抵抗不良・断線不良ならば、不良部を境にアンプより遠い側からの吸収電流の流れ込みが小さいため、コントラスト差が生じ、上記同様に不良位置を特定できる。さらに、プローブ針が1本の場合は、多少の抵抗があっても電気的に接続されていれば、明るく反応して見えることから、ショート相手の配線も吸収電流像で観察可能であり、不良内容がオープン不良かショート不良かを選別する場合に有用である。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-368049 (Patent Document 2) discloses an analysis example with one probe needle (probe) and an analysis example with two probes. When there is one probe needle, if the resistance value is high resistance failure or disconnection failure of several tens MΩ or more, the absorption current flows from the side farther from the amplifier with the defective part as the boundary, so there is a contrast difference. The defective position can be specified. Furthermore, when there is a single probe needle, even if there is some resistance, if it is electrically connected, it appears to react brightly. This is useful when selecting whether the content is open or short.
プローブ針が2本の場合、一方のプローブ針を解析対象配線の一端に当てて、その出力を吸収電流アンプに接続し、もう一方はGNDに接続している。この状態でEBを走査すると、高抵抗不良・断線不良を境に、GND側の配線にEB照射されて発生した吸収電流はGNDに流れ込み、反対側の電流アンプで検出されないため、ディスプレイ上では暗く表示される。一方、高抵抗不良よりも吸収電流アンプ側配線に生じた吸収電流は、アンプに流れ込むため、ディスプレイ上に明るく表示される。従って、この明暗の境界部に不良が存在していることとなる。 When there are two probe needles, one probe needle is applied to one end of the analysis target wiring, the output is connected to the absorption current amplifier, and the other is connected to GND. When EB is scanned in this state, the absorption current generated by EB irradiation to the GND-side wiring flows into the GND and is not detected by the current amplifier on the opposite side, and is dark on the display. Is displayed. On the other hand, the absorption current generated in the absorption current amplifier side wiring rather than the high resistance defect flows into the amplifier, and thus is displayed brightly on the display. Therefore, there is a defect at this light / dark boundary.
また、日本特開2002−343843号公報(特許文献1)では、プローブ針2本で、両プローブをそれぞれ吸収電流アンプに接続し、各プローブから取り込んだ吸収電流像を画像処理・画像計算を行った解析手法を開示している。 In Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2002-343843 (Patent Document 1), two probes are connected to an absorption current amplifier, and image processing and image calculation are performed on the absorption current image captured from each probe. Disclosed analysis methods.
さらに、日本特開2004−296771号公報(特許文献3)では、差動アンプに接続されたプローブ針2本を解析対象部両端に針当てし、荷電ビーム走査によって生じた吸収電流を差動増幅し、該差動増幅された信号の変化を前記荷電ビームの走査と同期して検出する手法を開示している。これにより上記日本特開2002−368049号公報(特許文献2)のプローブ針2本による解析よりも低抵抗の不良位置が特定可能となる。 Furthermore, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-296771 (Patent Document 3), two probe needles connected to a differential amplifier are applied to both ends of a portion to be analyzed, and an absorption current generated by charged beam scanning is differentially amplified. A method for detecting a change in the differentially amplified signal in synchronization with the scanning of the charged beam is disclosed. This makes it possible to specify a defective position having a lower resistance than the analysis using two probe needles described in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-368049 (Patent Document 2).
上記の通り、EBAC解析は高抵抗不良や断線不良の位置特定に効果を発揮するが、以下のような課題があった。 As described above, the EBAC analysis is effective for specifying the position of a high resistance failure or disconnection failure, but has the following problems.
すなわち、EBAC解析は解析対象配線に吸収された電流を検出するため、アンプ接続されたプローブ針を解析対象配線に当てる必要があり、その作業が作業者にとって大きな負担である。 That is, since the EBAC analysis detects the current absorbed in the analysis target wiring, it is necessary to apply the probe needle connected to the amplifier to the analysis target wiring, which is a heavy burden on the operator.
先ず針当て対象パターンを試料内から探し出さねばならないが、試料自体の針当てパッドまたは試料表面にFIB加工により設けた比較的大寸法の針当て用パッドを、レイアウト像を参照しつつSEM像を観察しながら探し出すことは比較的容易である。しかし、予め上層配線を機械的研磨により除去し、露出したパターン中から針当て対象の配線やビアを探し出すことは、熟練作業者でも時間を要する。 First, the needle contact pattern must be found from within the sample, but the SEM image can be obtained by referring to the layout image of the needle contact pad of the sample itself or a relatively large sized needle contact pad provided by FIB processing on the sample surface. It is relatively easy to find out while observing. However, it takes time even for a skilled worker to remove the upper layer wiring by mechanical polishing in advance and search for the wiring or via to be a needle contact from the exposed pattern.
針当て対象パターンを探し出してSEM画面中央に位置させた後、プローブ針先端をSEM画面中央に移動させる必要がある。この操作は、SEM像の倍率を低倍にしてプローブ針をSEM画面内に移動させ、SEM観察倍率を上げながらプローブ針を針当てパターン上に移動させる作業を繰り返す必要がある。 After searching for the needle contact target pattern and positioning it at the center of the SEM screen, it is necessary to move the tip of the probe needle to the center of the SEM screen. For this operation, it is necessary to repeat the work of moving the probe needle onto the needle contact pattern while increasing the SEM observation magnification by moving the probe needle into the SEM screen while reducing the magnification of the SEM image.
次に、プローブ針先端を接触させる作業となるが、ここで用いられるプローブ針は、一般的にタングステン等の金属針であるが、先端が1μm以下と微細であるため、粗野な針当てを行うと一度の接触で針先が変形し、使用困難となる。また、針当て対象の配線やビアが微細(≦0.5μm)で柔らかい材質(CuまたはAl)であるため、FIB加工で設けた針当てパッドよりも繊細に接触させる必要がある。具体的には、SEM像を観察しながら、プローブ針の降下と先端位置補正を、観察倍率を変えつつ徐々に進めていく。EBAC解析において、この一連の操作が解析時間の約半分を占めると言っても過言ではない。 Next, the probe needle tip is brought into contact. The probe needle used here is generally a metal needle such as tungsten. However, since the tip is as fine as 1 μm or less, rough needle contact is performed. The needle tip is deformed by a single contact, making it difficult to use. In addition, since the wiring and vias to be needled are fine (≦ 0.5 μm) and are made of a soft material (Cu or Al), it is necessary to make the contact more delicate than the needlebing pad provided by FIB processing. Specifically, while observing the SEM image, the probe needle lowering and tip position correction are gradually advanced while changing the observation magnification. In EBAC analysis, it is no exaggeration to say that this series of operations occupies about half of the analysis time.
解析対象パターンが電気的に孤立し、高抵抗不良が半断線によるものであった場合、針当て位置の確認等のためのSEM像観察時に当該パターンに電荷が蓄積される。この状態でプローブ針を当てると、蓄積された電荷が一気にプローブ針に流れ込むため、半断線状態の高抵抗不良部や細いプローブ針の先端が電流集中によって溶断する場合がある。プローブ針の損傷は交換することで対応できるが、不良部の破壊は不良内容の確認不可となる。 When the analysis target pattern is electrically isolated and the high resistance failure is due to a half-break, charges are accumulated in the pattern during SEM image observation for confirmation of the needle contact position and the like. When the probe needle is applied in this state, the accumulated charge flows into the probe needle all at once, so that the high-resistance defective portion in a semi-disconnected state or the tip of the thin probe needle may melt due to current concentration. Damage to the probe needle can be dealt with by replacing it, but failure of the defective part makes it impossible to confirm the content of the defect.
EBAC解析に用いるプローブ針は先端が微細で配線/ビア/パッド等に接触させることから、上記したように針当て時の扱いや使用回数に従って先端が摩耗/変形するため、消耗品となる。これを交換する場合、試料室を大気開放して行うか、装置に専用の交換手段を設けておく必要がある。試料室を大気開放する場合、針交換の作業性および真空排気による解析時間の長大化を考慮する必要がある。また、専用の交換手段を設ける場合、装置が大形化し、装置価格が高くなる。 Since the probe needle used for EBAC analysis has a fine tip and is brought into contact with a wiring / via / pad or the like, the tip wears / deforms according to the handling and the number of times of use of the needle as described above, and thus becomes a consumable item. When exchanging this, it is necessary to open the sample chamber to the atmosphere or to provide a dedicated exchanging means for the apparatus. When the sample chamber is opened to the atmosphere, it is necessary to consider the workability of needle replacement and the increase in analysis time due to vacuum evacuation. Further, when a dedicated exchange means is provided, the apparatus becomes large and the apparatus price increases.
本発明の目的は、メンテナンス性に優れた半導体集積回路装置等の不良解析装置(たとえばEBAC解析装置等)のを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a failure analysis device (for example, an EBAC analysis device or the like) such as a semiconductor integrated circuit device having excellent maintainability.
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。 The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
すなわち、本願発明は試料中の解析対象位置(針当て位置)を画像表示部の視野の中心部に移動すると、それに対応して、プローバのプローブ針の先端部を自動的に画像表示部の視野内に移動することができる走査型電子顕微鏡装置である。 That is, according to the present invention, when the analysis target position (needle contact position) in the sample is moved to the center of the field of view of the image display unit, the tip of the probe needle of the prober is automatically moved to the field of view of the image display unit. It is a scanning electron microscope apparatus which can move in.
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。 The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
すなわち、試料中の解析対象位置(針当て位置)を画像表示部の視野の中心部に移動すると、それに対応して、プローバのプローブ針の先端部を自動的に画像表示部の視野内に移動することができるので解析時間を大幅に削減することができる。 That is, when the analysis target position (needle contact position) in the sample is moved to the center of the field of view of the image display unit, the tip of the probe needle of the prober is automatically moved within the field of view of the image display unit. Analysis time can be greatly reduced.
〔実施の形態の概要〕
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。
[Outline of Embodiment]
First, an outline of a typical embodiment of the invention disclosed in the present application will be described.
1.以下を含む走査型電子顕微鏡装置:
(a)電子線の走査に対応して、試料からの応答情報を画面上に画像表示する画像表示部;
(b)前記画像表示部に表示された電子光学系の視野の中心部に、前記試料の不良解析位置を移動すると、前記視野内にプローバのプローブ針の先端部を自動的に移動することができるようにされたステージ制御部。
1. Scanning electron microscope apparatus including:
(A) An image display unit that displays response information from the sample on the screen in response to scanning of the electron beam;
(B) When the defect analysis position of the sample is moved to the center of the field of view of the electron optical system displayed on the image display unit, the tip of the probe needle of the prober can be automatically moved within the field of view. Stage control unit that can be used.
2.以下を含む走査型電子顕微鏡装置:
(a)試料を収容することができる試料室;
(b)前記試料室において、前記試料にプローバのプローブ針の先端部が接触する際に、前記試料に蓄積した電荷を前記プローブ針を介して除去することができるように、前記試料室内に設けられたスロー・リーク回路。
2. Scanning electron microscope apparatus including:
(A) a sample chamber in which a sample can be stored;
(B) provided in the sample chamber so that the charge accumulated in the sample can be removed via the probe needle when the tip of the probe needle of the prober contacts the sample in the sample chamber. Slow leak circuit.
3.以下を含む走査型電子顕微鏡装置:
(a)電子光学系を収容する電子顕微鏡装置本体;
(b)前記電子顕微鏡装置本体内に設けられ、試料を収容することができる試料室;
(c)前記試料室内に設けられ、プローブ針を取り付けられるようにされたプローバ;
(d)前記試料室内に設けられ、電子線の走査に対応して前記プローブ針を介してもたらされる前記試料からの応答情報を増幅することができるようにされたプリアンプ・ユニット、
ここで、前記試料室は、前記電子顕微鏡装置本体内から大気中へ引き出すことができるようにされている。
3. Scanning electron microscope apparatus including:
(A) an electron microscope apparatus main body containing an electron optical system;
(B) a sample chamber provided in the electron microscope apparatus body and capable of accommodating a sample;
(C) a prober provided in the sample chamber and to which a probe needle can be attached;
(D) a preamplifier unit provided in the sample chamber and capable of amplifying response information from the sample provided via the probe needle in response to scanning of an electron beam;
Here, the sample chamber can be drawn out from the main body of the electron microscope apparatus to the atmosphere.
4.以下を含む走査型電子顕微鏡装置:
(a)電子線の走査に対応して、試料からの応答情報を画面上に画像表示する画像表示部;
(b)試料に複数のプローブ針を当てることができるプローバ;
(c)前記試料をその主面を含む面内で回転させることができるステージ制御部;
(d)前記プローバを制御することができるプローバ制御部、
ここで、前記画像表示部は前記試料の前記回転に対応して回転することができるようにされており、それに対応して、前記プローバ制御部は前記複数のプローブ針の操作を相互に入れ替え可能にされている。
4). Scanning electron microscope apparatus including:
(A) An image display unit that displays response information from the sample on the screen in response to scanning of the electron beam;
(B) a prober capable of applying a plurality of probe needles to the sample;
(C) a stage control unit capable of rotating the sample in a plane including its main surface;
(D) a prober control unit capable of controlling the prober;
Here, the image display unit can be rotated corresponding to the rotation of the sample, and the prober control unit can interchange the operations of the plurality of probe needles in response to the rotation. Has been.
5.以下を含む走査型電子顕微鏡装置:
(a)試料を収容することができる試料室;
(b)前記試料室内に設けられ、前記試料にプローブ針を当てることができるプローバ;
(c)前記プローブ針の先端部を前記試料の主面に向けてラフ降下とファイン降下の組み合わせにより降下させることにより、前記プローブ針の前記先端部を前記試料の前記主面に着地させることができるプローバ制御部、
ここで、前記プローバ制御部は、前記ラフ降下の後における前記ラフ降下の前と後の前記プローブ針の前記先端部の前記試料の前記主面に平行な面内での位置ずれを補正することができるようにされている。
5). Scanning electron microscope apparatus including:
(A) a sample chamber in which a sample can be stored;
(B) a prober provided in the sample chamber and capable of applying a probe needle to the sample;
(C) Landing the tip of the probe needle on the main surface of the sample by lowering the tip of the probe needle toward the main surface of the sample by a combination of rough descent and fine descent Prober control unit,
Here, the prober control unit corrects a positional deviation in a plane parallel to the main surface of the sample of the tip of the probe needle before and after the rough descent after the rough descent. Have been able to.
〔本願における記載形式・基本的用語・用法の説明〕
1.本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクションに分けて記載する場合もあるが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しを省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
[Description format, basic terms, usage in this application]
1. In the present application, the description of the embodiment may be divided into a plurality of sections for convenience, if necessary. However, unless otherwise specified, these are not independent from each other. Each part of a single example, one part is the other part of the details, or part or all of the modifications. Moreover, as a general rule, the same part is not repeated. In addition, each component in the embodiment is not indispensable unless specifically stated otherwise, unless it is theoretically limited to the number, and obviously not in context.
2.同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「AからなるX」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、A以外の要素を主要な構成要素のひとつとするものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Aを主要な成分として含むX」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、SiGe合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。 2. Similarly, in the description of the embodiment, etc., regarding the material, composition, etc., “X consisting of A” etc. is an element other than A unless specifically stated otherwise and clearly not in context. It is not excluded that one of the main components. For example, as for the component, it means “X containing A as a main component”. For example, “silicon member” is not limited to pure silicon, but also includes SiGe alloys, other multi-component alloys containing silicon as a main component, and members containing other additives. Needless to say.
3.同様に、図形、位置、属性等に関して、好適な例示をするが、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、厳密にそれに限定されるものではないことは言うまでもない。 3. Similarly, suitable examples of graphics, positions, attributes, and the like are given, but it is needless to say that the present invention is not strictly limited to those cases unless explicitly stated otherwise, and unless otherwise apparent from the context.
4.さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。 4). In addition, when a specific number or quantity is mentioned, a numerical value exceeding that specific number will be used unless specifically stated otherwise, unless theoretically limited to that number, or unless otherwise clearly indicated by the context. There may be a numerical value less than the specific numerical value.
5.「ウエハ」というときは、通常は半導体集積回路装置(半導体装置、電子装置も同じ)をその上に形成する単結晶シリコンウエハ等を指すが、エピタキシャルウエハ、SOI基板、絶縁基板と半導体層等の複合ウエハ等も含むことは言うまでもない。 5). “Wafer” usually refers to a single crystal silicon wafer or the like on which a semiconductor integrated circuit device (same as a semiconductor device or an electronic device) is formed, but an epitaxial wafer, an SOI substrate, an insulating substrate, a semiconductor layer, etc. Needless to say, composite wafers are also included.
6.「走査型電子顕微鏡装置」すなわちSEM(Scanning Electron Microscope)というときは、一般に電子線(収束電子線)を試料上に走査することで試料を励起して、その走査に対応して出てくる2次電子情報等(応答信号または応答情報)を画像化することで、試料の状態を解析する装置を指す。走査型電子顕微鏡装置は、一般に励起用のエネルギー線として、電子線以外に光等の電磁波線、イオン等の粒子線を利用できるようにされる。更に、応答情報として、2次電子のみでなく、その他のエネルギー線情報としての電子、イオン、光、熱、エックス線、ガンマー線のほか、電位分布、試料から検出される各種電流等を検出する機能を有するものもある。従って、「走査型電子顕微鏡装置」は、単に主な機能としてSEMの機能を有するものに限らず、副次的機能としてSEMの機能を有するものも含む。 6). In the case of a “scanning electron microscope device”, that is, SEM (Scanning Electron Microscope), a sample is generally excited by scanning an electron beam (convergent electron beam) on the sample, and is emitted in response to the scanning. A device that analyzes the state of a sample by imaging secondary electron information (response signal or response information). In general, a scanning electron microscope apparatus can use an electromagnetic wave beam such as light and a particle beam such as an ion in addition to an electron beam as an energy beam for excitation. Furthermore, not only secondary electrons but also other energy beam information such as electrons, ions, light, heat, X-rays, gamma rays, potential distribution, various currents detected from the sample, etc. as response information Some have Accordingly, the “scanning electron microscope apparatus” is not limited to having a SEM function as a main function, but also includes a SEM function as a secondary function.
〔実施の形態の詳細〕
実施の形態について更に詳述する。各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
[Details of the embodiment]
The embodiment will be further described in detail. In the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar symbols or reference numerals, and description thereof will not be repeated in principle.
1.本実施の形態の走査型電子顕微鏡装置の主要な機能、適用分野等の説明
本実施の形態のEBAC解析装置等の走査型電子顕微鏡装置は以下の機能を備えている。
(1)プローブ針当て作業の簡略化
試料のレイアウトデータとステージ座標を用いて、2点または3点アライメントによる座標系ロックを行うと共に、ソフト解析で指定された不良ネットのレイアウトデータの取り込みを行う。これらに基づいて試料の位置決めおよびプローブ針の呼び込み後、自動針当て機能とプローブ針の接触検知機能を用いて針当てする。
(2)帯電によるプローブ針先端や不良部の破壊防止
パターンに蓄積された電荷を徐々に逃散させるための(高抵抗を介してGND接続した)スローリーク回路を設け、プローブ針が針当て対象パターンに接触するまでプローブ針をスローリーク回路に接続する。針当て後、プローブ針を切換回路により、EBACアンプに接続先を切り換える。
(3)プローブ針交換および試料交換の簡易化
試料室の一部を大気中に引き出し可能とし、当該部に試料ホルダ、プローバ、ステージ、アンプを搭載する。
1. Description of Main Functions and Application Fields of Scanning Electron Microscope Apparatus of the Present Embodiment The scanning electron microscope apparatus such as the EBAC analysis apparatus of the present embodiment has the following functions.
(1) Simplification of probe needle contact work Using the sample layout data and stage coordinates, the coordinate system is locked by 2-point or 3-point alignment, and the layout data of the defective net specified by software analysis is captured. . Based on these, after the sample is positioned and the probe needle is called in, the needle is applied using the automatic needle application function and the probe needle contact detection function.
(2) Prevention of destruction of probe needle tip and defective part due to electrification A slow leak circuit is provided for gradually escaping the charge accumulated in the pattern (GND connection via high resistance), and the probe needle is the target pattern for needle contact. Connect the probe needle to the slow leak circuit until it touches. After the needle contact, the connection destination of the probe needle is switched to the EBAC amplifier by the switching circuit.
(3) Simplification of probe needle replacement and sample replacement A part of the sample chamber can be pulled out to the atmosphere, and a sample holder, prober, stage, and amplifier are mounted on the part.
前記(1)のように、ソフト解析で指定された不良ネットおよびプローブ針のSEM視野内への移動、自動針当てとプローブ針の接触検知により、煩雑な作業が簡略化され、作業者の負担が大幅に軽減される。 As described in (1) above, troublesome work is simplified by moving the defective net and probe needle specified in the software analysis into the SEM field of view, and automatic needle contact and probe needle contact detection. Is greatly reduced.
さらに前記(2)のように、試料とプローブ針の交換が同時に行えることから、装置の小形化・低価格化が図れる。また、ステージやアンプも含めて引き出せるため、それらのメンテナンスも容易となる。 Furthermore, since the sample and the probe needle can be exchanged simultaneously as in (2), the apparatus can be reduced in size and cost. Also, since the stage and the amplifier can be pulled out, the maintenance of them becomes easy.
本願の実施の形態のEBAC解析装置等の主な適用技術分野は、配線系の不良解析である。その適用対象は、半導体装置全般であり、ウエハ、チップ、パッケージ品等何れの形態にも適用可能である。その他、各種モジュール基板にも適用可能である。但し、モジュール基板の場合、半導体装置に比べて各層の膜厚が大きいため、その分加速電圧を高くする必要がある。上記不良解析以外として、プローブ針を小形メスやピンセット等に付け替えて生体組織の摘出や観察への応用も考えられる。その際、プローブ針の呼び込み機能や針当て機能が有効に活用できる。 The main technical field of application of the EBAC analysis apparatus and the like of the embodiment of the present application is failure analysis of the wiring system. The object of application is general semiconductor devices and can be applied to any form such as a wafer, a chip, and a package product. In addition, it is applicable to various module substrates. However, in the case of a module substrate, since the film thickness of each layer is larger than that of the semiconductor device, it is necessary to increase the acceleration voltage accordingly. In addition to the above-described failure analysis, the probe needle may be replaced with a small knife or tweezers and applied to extraction or observation of living tissue. At that time, the probe needle calling function and the needle contact function can be effectively utilized.
2.本願の一実施の形態の走査型電子顕微鏡装置の全体構成等の説明(主に図1及び図2)
本発明におけるEBAC解析装置の構成を図1および図2に示す。先ず、図1及び図2に基づいて、各構成要素を説明する。図1又は図2に示すように、EB光学系51はEB(電子線)を試料1に照射・走査する。加速電圧、ビーム電流、走査領域、走査速度等はEB制御部74により制御される。ここで用いられる電子銃は、試料1に照射されるビーム電流が数10pA以上得られるものであれば何れでも良く、タングステン・ヘアピンや六ホウ化ランタンを用いた熱電子銃、ショットキー電子銃、電界放出電子銃などがある。ガン・バルブ52はEB光学系51と試料室85の間を仕切るバルブで、本バルブを閉じることにより試料室85を大気開放してもEB光学系51に大気が侵入することが無いため、試料室85を大気開放する度にEB電源を落とす必要が無い。二次電子検出器49すなわちSED(Secondary Electron Detector)は、EB照射により試料表面から放出される二次電子を検出する。検出信号は、EB画像取得部75に取り込まれ、EB走査に同期してSEM像として画像処理部71を介して画像表示される。ガスノズル53は、不良箇所へのマーキングに用いるCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)ガスを供給する。ガスノズル制御部68により、マーキング時には、駆動機構でノズル53が伸び、CVDガスが供給される。使用するガスについては後述する。プローバ55は、ベースステージ58上に2台以上設置され、プローバ制御部76により、試料1へのプローブ針当てを行う。XYZ方向に粗動/微動が可能で、粗動はモータ駆動機構、微動はピエゾ駆動機構を用いる。それらの移動量検知および原点位置検出が可能である。プリアンプユニット56は、プローバ55毎にベースステージ58上に設置され、内部にはプリアンプとスローリーク回路およびその切換手段を設けている。プリアンプとスローリーク回路の切換はEBACアンプ制御部78により行う。詳細は別途記述する。メインアンプユニット82は、一つのプリアンプからの出力を増幅するアンプと、二つのプリアンプからの出力を差動増幅する差動アンプと、それらの切換手段で構成される。アンプの切換はEBACアンプ制御部78により行う。増幅された信号は、EBAC画像取得部77に取り込まれ、EB走査に同期してEBAC像として画像表示部71を介して画像表示される。詳細は別途記述する。試料ステージ57は、試料ホルダ54を搭載し、ステージ制御部79により XY方向および回転(θ方向)移動が可能、原点位置検出が可能である。ベースステージ58は、上記プローバ55、プリアンプユニット56、試料ホルダ54を搭載し、ステージ制御部79により、XY方向移動が可能、移動量検知が可能であり、また、原点位置検出が可能である。
2. Description of the overall configuration of a scanning electron microscope apparatus according to an embodiment of the present application (mainly FIGS. 1 and 2)
The configuration of the EBAC analysis apparatus according to the present invention is shown in FIGS. First, each component is demonstrated based on FIG.1 and FIG.2. As shown in FIG. 1 or 2, the EB
ベース86は、試料室前扉63に固定され、ベースステージ58を搭載する。保持機構81により、試料室前扉63が閉じた時、ベース86を機械的に保持・固定する。前扉63は、試料室85の構成要素で、スライド機構(図示せず)で保持される。試料1およびプローブ針83の交換時には、第2図に示すように引き出される。試料室85は、防振機構62を備えた架台61上に設置され、前扉63には上記の通りステージ58等を備えている。真空ポンプ排気により真空雰囲気が得られる。架台61は、床からの振動を防ぐ防振機構62を備え、試料室85を真空排気および大気開放するための真空ポンプ64およびバルブ65,66を備えている。排気制御部67は、試料室85を真空排気および大気開放するための制御手段であり、真空排気時はバルブ65を開き、大気開放時はバルブ65を閉じてバルブ66を開いて空気または不活性ガスを前扉63が開くまで導入する。プローバ制御部76は、データ処理部72からの命令に従い、プローバ55の移動量/移動速度を制御する。詳細は後述する。レイアウトデータ取得部73は試料1のレイアウトデータおよび試料構造データ等を格納しているワークステーション等から必要なデータを取り込む。データ処理部72は、EB制御部74からの制御データおよびEB画像取得部75、EBAC画像取得部77からの画像データによる画像処理機能、レイアウトデータ取得部73およびプローバ制御部76、ステージ制御部79からの各座標データによる座標変換機能、各制御部への制御命令の送信機能を有する。画像表示部71は、各画像取得部73、75,77での取得画像(SEM像、EBAC像、レイアウト像)をデータ処理部72で処理後の画像データおよび各種数値データを表示する機能を有する。
The
試料交換またはプローブ針交換時、図2に示すように試料室85の前扉63をスライドさせ、プローバ55および試料ホルダ54を露出させる。図示した状態に至る手順は以下の通りである。
(1)ガスノズル53を退避させる。
(2)ステージ57,58およびプローバ55を原点復帰させる。
(3)ガンバルブ52を閉じる(装置にガンバルブを備えていない場合は、ここでEB電源をOFFにする)。
(4)バルブ65を閉じる。
(5)ベース86の保持機構81を開放する。
(6)バルブ66を開いて空気または不活性ガスを試料室85内に導入する。
(7)試料室85内が大気圧に到達または前扉63が開いたらバルブ66を閉じる。
(8)前扉63を引き出した後、試料ステージ57から試料ホルダ54ごと外して試料1を交換する。あるいは、プローブ針83を交換する。
At the time of sample replacement or probe needle replacement, as shown in FIG. 2, the
(1) The
(2) Return the origins of the
(3) Close the gun valve 52 (if the device does not have a gun valve, turn off the EB power here).
(4) Close the
(5) The
(6) The
(7) When the inside of the
(8) After pulling out the
試料交換/プローブ針交換の終了後は、以下の手順で進める。
(1)前扉63を閉じる。
(2)バルブ65を開いて試料室85内を排気する。
(3)保持機構81により、ベース86を保持・固定する。
(4)試料室85内が所定の真空度に達したらガンバルブ52を開く(装置にガンバル52ブを備えていない場合は、ここでEB電源をONにする)。
(5)EBを照射し、解析を始める。
After completing the sample exchange / probe needle exchange, proceed as follows.
(1) Close the
(2) The
(3) The
(4) When the inside of the
(5) Irradiate EB and start analysis.
3.本願の一実施の形態の走査型電子顕微鏡装置の針当て動作等の説明(主に図3から図7)
図3は、図1および図2に示したステージ57,58およびプローバ55の詳細を示すと共に、試料ステージ57のみでのEBAC解析を説明する。
3. Description of the needle contact operation of the scanning electron microscope apparatus according to the embodiment of the present application (mainly FIGS. 3 to 7)
FIG. 3 shows details of the
図3(a)は、ベースステージ58、試料ステージ57、プローバ55が全て原点位置にある状態を示す。プローバ55の原点位置は、プローブ針83がXYZ方向に試料1から最も遠ざかった位置である。この状態で前扉63を引き出すことにより、試料1およびプローブ針83が相互に干渉することが無く、上方を遮る物が無いため、容易に交換可能となる。そして、前扉63を閉じると試料中心位置とSEM視野中心91(すなわちEB光軸中心)とがほぼ一致する。プローブ針交換後、SEM視野中心91と原点位置における各プローブ針先端との距離(Lx,Ly)を把握しておく。すなわち、プローブ針交換後、プローバ原点位置からプローブ針先端がSEM視野中心91までの移動量または移動パルス数を調べる。本構成において、プローバ55を4方向に配置しているが、2台としても良い。また、プローバ可動範囲が試料全域をカバーし得る程に大きい場合には、試料ステージ57にXおよびY方向への移動手段を特に設ける必要は無い。これらによって装置は一層の小形化が図れるが、一方、プローバ55を少なくした分、プローブ針交換のために試料室大気開放の頻度が高くなる。また、EBAC解析以外の応用も限られる。
FIG. 3A shows a state where the
図3(b)は、不良解析位置をSEM視野内に合わせる工程を示す。試料1を移動し、不良解析位置89をSEM視野の中心部に合わせる。この時、作業者がSEM像から不良解析位置89を容易に見つけだせる状態(FIBによる針当てパッド形成済み等)に無い場合、試料1のレイアウトデータと試料ステージ座標を用いて、2点または3点アライメントによる座標系ロックを先に行う。次いで、レイアウトデータにおける不良解析位置89の座標を指定し、座標変換に基づいてステージ移動させ、不良解析位置89をSEM視野の中心部に合わせる。
FIG. 3B shows a process of aligning the failure analysis position within the SEM visual field. The
図3(c)は、不良解析位置89へのプローバ呼び込みと針当て工程を示す。上記工程後、プローバを指定してプローバ呼び込み動作を指示する。指定されたプローバ55は、上記の距離(Lx,Ly)を移動する。この操作により、SEM視野中心部にプローブ針先端が位置される。この後、プローブ針先端を針当て対象パターンの直上に来るよう調整後、プローブ針83を降下して針当てする。プローバ呼び込みにおいて、プローバ83をその中心軸に沿って移動させると共に、SEM視野の全体または一部の輝度変化を監視し、所定値以上の輝度変化が生じた時点をプローバ到達と判断してプローバ55を停止させるようにしても良い。これにより、SEM視野中心91と各プローブ針先端との距離(Lx,Ly)を事前に把握する必要が無い。プローブ針当て後、SEM像からEBAC像に切り換えてEBAC解析を行う。
FIG. 3C shows a prober call-in and needle contact process to the
図3(d)は、EBAC解析におけるEB照射電流確認工程を示す。ファラデーカップ88は試料ホルダ54に設けており、試料ホルダ54を貫通した電極に接続される。試料ステージ57には試料ホルダ54が嵌り込むようになっており、ファラデーカップ88の電極に対向した位置に電極を設けている。そして、この電極から試料室前扉63に設けたコネクタ(図示せず)に配線が施され、微小電流計に接続される。EBAC像のコントラストが低い場合、EB照射電流を確認し、調整することがある。その場合、上記針当てした状態でベースステージ58を移動し、ファラデーカップ88をSEM視野中心に位置させることでEB照射電流を確認できる。逆に、本工程でEB照射電流を確認・調整後、ベースステージ58を原点位置に戻して不良解析位置をSEM視野内に合わせても良い。
FIG. 3D shows an EB irradiation current confirmation process in the EBAC analysis. The
図4に基づいて、ベースステージ58のみでのEBAC解析を説明する。図3の試料ステージのみを用いた例では針当てが1箇所であるが、本例では2箇所以上の針当てが可能である。
Based on FIG. 4, an EBAC analysis using only the
図4(a)は、第1の針当て位置94をSEM視野内に合わせる工程を示す。ここで、図4(a)図のベースステージ58、試料ステージ57、プローバ55a,bが全て原点位置状態から、レイアウトデータとベースステージ座標を用いた2点または3点アライメントによる座標系ロックおよびSEM視野中心91と原点位置における各プローブ針先端との距離(Lx,Ly)測定は、既に実施済みとする。レイアウトデータにおける第1の針当て位置94の座標を指定し、座標変換に基づいてステージ移動させ、第1の針当て位置94をSEM視野の中心部91に合わせると共に、原点位置からのステージ移動量(Sx1,Sy1)を記憶する。
FIG. 4A shows a process of aligning the first
図4(b)は、第1の針当て位置94へのプローバ呼び込みと針当て工程を示す。プローバ55aを指定してプローバ呼び込み動作を指示する。指定されたプローバ55aは、上記の距離(Lx,Ly)とベースステージ移動量(Sx1,Sy1)から求めた移動量に従って移動する。この操作により、SEM視野中心部91にプローブ針先端が位置される。この後、プローブ針先端を針当て対象パターンの直上に来るよう調整後、プローブ針83を降下して針当てする。
FIG. 4 (b) shows the prober calling to the first
図4(c)は、第2の針当て位置をSEM視野内に合わせる工程を示す。図4(a)同様、レイアウトデータにおける第2の針当て位置95の座標を指定し、座標変換に基づいてステージ移動させ、第2の針当て位置95をSEM視野の中心部91に合わせると共に、原点位置からのステージ移動量(Sx2,Sy2)を記憶する。
FIG. 4C shows a step of adjusting the second needle contact position within the SEM visual field. As in FIG. 4A, the coordinates of the second
図4(d)は、第2の針当て位置95へのプローバ呼び込みと針当て工程を示す。図4(b)と同様に、プローバ55bを指定してプローバ呼び込み動作を指示する。指定されたプローバ55bは、上記の距離(Lx,Ly)とベースステージ移動量(Sx2,Sy2)から求めた移動量に従って移動する。この操作により、SEM視野中心部91にプローブ針先端が位置される。この後、プローブ針先端を針当て対象パターンの直上に来るよう調整後、プローブ針83を降下して針当てする。もし、第3、第4の針当てを行う場合は、上記操作を繰り返す。
FIG. 4D shows the prober calling to the second
次に、図5を用いてプローバ制御における針当て動作について説明する。作業者は、上記工程でプローブ針をSEM視野内に呼び込み後、SEM像観察とプローバ位置調整により、プローブ針先端が針当て対象パターン直上に位置させ、データ処理部72からプローバ制御部76に針当て命令を出す。プローバ制御部76は以下の工程を自動的に行う。
(1)図5(a):図3および図4で針当て位置までプローブ針83を移動させる。
(2)図5(b):予めプローバ制御部76に設定済みの粗動域LCに従って、プローブ針83を粗動機構により高速降下(ラフ降下)させる。
(3)図5(c):ピエゾ駆動機構により、プローブ針83を低速降下(ファイン降下)させる。
(4)図5(d):ピエゾ駆動機構の全ストロークSFを降下させても接触が得られない場合、ピエゾ駆動の全ストロークSF分を高速で戻す。
(5)図5(e):予めプローバ制御部76に設定済みの1step分の粗動Scを粗動機構により高速降下させる。
(6)図5(f):再び、ピエゾ駆動機構により、プローブ針83を低速降下させる。
Next, a needle contact operation in prober control will be described with reference to FIG. The operator calls the probe needle into the SEM visual field in the above process, and then, by observing the SEM image and adjusting the prober position, the tip of the probe needle is positioned immediately above the pattern to be touched by the needle, and the needle is transferred from the
(1) FIG. 5A: The
(2) FIG. 5B: The
(3) FIG. 5C: The
(4) FIG. 5 (d): If contact is not obtained even when the full stroke SF of the piezo drive mechanism is lowered, the full stroke SF of the piezo drive is returned at high speed.
(5) FIG. 5 (e): The coarse motion Sc for one step that has been previously set in the
(6) FIG. 5F: The
このように、接触が得られるまで図5(d)以降(高速ピエゾ駆動で上昇、粗動機構で1step分高速降下、そして低速ピエゾ駆動で降下)を繰り返す。作業者は、SEM像でプローブ針先端を監視し、プローブ針83が概略先端方向にずれた時を接触と判断して、データ処理部72からプローバ制御部76に針当て停止命令を出す。上記構成において、粗動域LCは、プローバZ軸原点におけるプローブ針先端と試料表面のSEM像焦点位置の差から求める。あるいは、試料室側面に赤外顕微鏡を設け、プローブ針先端と試料表面の距離から求める。また、粗動機構による1step分の粗動Scは、ピエゾ駆動機構の全ストロークSFを基準に設定(Sc<SF)する。
In this way, the processes in and after FIG. 5D are repeated until a contact is obtained (ascending by high-speed piezo drive, high-speed descent by one step by the coarse movement mechanism, and descent by low-speed piezo drive). The operator monitors the tip of the probe needle with the SEM image, determines that the
図6の例は、図5に示した粗動でのプローブ針降下において、プローブ針先端が降下前の位置からXY方向にずれた場合の補正方法であり、図5の針当て動作(粗動機構による降下後)と共に実行される。プローバ呼び込みによりプローブ針先端をSEM視野内に呼び込み後、針当て対象パターン(ここではFIB加工で形成したパッド)の直上にプローブ針先端を合わせる。プローブ針先端位置合わせ後、SEM画面上に図6(a)に示すように画像処理ウィンドウを画面上に設定する。画像処理ウィンドウは領域Aから領域Dまで4つの領域で構成され、ウィンドウ中心をプローブ針先端に合わせる。データ処理部72に設けた針当てボタンを押すと、データ処理部72はEB画像取得部75を介し、画像処理ウィンドウの各領域の輝度を取り込み、データを格納する。その後、プローバ制御部76に針当て開始命令を出す。プローバ制御部76は、針当て開始命令を受け取り後、図5の通り設定済みの粗動域LCに従って、プローブ針83を粗動機構により高速降下させた後、データ処理部72に粗動降下終了コマンドを送る。データ処理部72は、画像処理ウィンドウの各領域の輝度を取り込んで格納データと比較し、XY方向に隣接する領域の輝度変化を比較し、輝度が減少した領域から増加領域にプローブ針先端がずれたと判定する。そして、輝度の増加領域から減少領域の方向にプローバ55を粗動機構で移動させると共に、各領域の輝度を取り込む。移動前の輝度と同等レベルに戻った時点で移動を停止し、補正完了となる。尚、この位置ズレ補正は、短い区間での位置ズレ量が小さいならば、粗動機構による降下時の全てにおいて行う必要は無く、最初の粗動域LC分を移動後に行うのみで良い。そして、引き続き、この画像処理ウィンドウを用いて針当て検出を行うこととしても良い。
The example of FIG. 6 is a correction method when the tip of the probe needle is displaced in the XY direction from the position before the descent in the probe needle descent in the coarse movement shown in FIG. Executed after descent by mechanism). After calling the probe needle tip into the SEM visual field by calling the prober, the probe needle tip is aligned directly above the target pattern (here, a pad formed by FIB processing). After the probe needle tip alignment, an image processing window is set on the screen as shown in FIG. 6A on the SEM screen. The image processing window is composed of four regions from region A to region D, and the window center is aligned with the probe needle tip. When a needle contact button provided in the
図6で説明した位置ずれ検出技術の応用例を図7を用いて説明する。図6による粗動機構による降下後の位置ズレ補正後の状態を図6(a)に示す。位置ズレ補正完了判定後、画像処理ウィンドウはピエゾ素子駆動による微動降下時の輝度検出に切り替わる。そして、各領域の輝度の変化を監視し、図7(b)に示すように、何れかの領域が予め設定しておいた閾値に達した時点(ここでは領域Bが最初)を接触と判定し、降下を停止する。 An application example of the positional deviation detection technique described in FIG. 6 will be described with reference to FIG. FIG. 6A shows a state after the positional deviation correction after the descent by the coarse movement mechanism shown in FIG. After determining the completion of the positional deviation correction, the image processing window is switched to luminance detection at the time of fine movement descent by driving the piezo element. Then, a change in luminance in each area is monitored, and as shown in FIG. 7B, a point in time when any area reaches a preset threshold value (here, area B is the first) is determined as contact. And stop the descent.
4.本願の一実施の形態の走査型電子顕微鏡装置のプリアンプ・ユニット等の説明(主に図8から図11)
次に、図8から図10を用いてプリアンプユニットについて説明する。図8(a)に具体例1の基本的な構成を示す。本ユニットは、プローブ針83を介して得られた吸収電流を増幅するためのプリアンプ98と、解析対象パターンの蓄積した電荷をスローリークさせるためのGNDに接続された高抵抗と、EBACアンプ制御部78からの信号によって切り替わるリレー97とで構成される。そして、これらをパーマロイ等の金属で覆うと共に、プローブ針83からプリアンプ98を介した試料室前扉63のコネクタ87までの間を同軸ケーブルで接続し、外側ケーブル(外部シールド線)をGND接続することにより、ノイズの影響を低減できる。リレー97の制御は、プローバ制御部76により行う。先ず、プローブ針83を高抵抗側に接続した状態で解析対象パターンに針当てを行う。これにより、解析対象パターンに位置合わせから針当てまでのSEM観察で蓄積された電荷が時間を掛けてGNDに流れるため、プローブ針先端や半断線状態の不良部の損傷を防止できる。
4). Description of preamplifier unit and the like of scanning electron microscope apparatus according to one embodiment of the present application (mainly FIGS. 8 to 11)
Next, the preamplifier unit will be described with reference to FIGS. FIG. 8A shows a basic configuration of the first specific example. This unit includes a
図8(b)の具体例2は、上記構成のリレー97aとコネクタ87aにリレー97bとコネクタ87bを加えたものである。これにより、コネクタ87bに各種計測器を接続可能となり、EBAC解析のみならず、ROMの特性評価や抵抗等のV-I特性評価が可能となる。また、電源やGNDを接続することで、任意箇所のVC(Voltage Contrast:電位コントラスト)法による不良解析も可能となる。
Specific example 2 in FIG. 8B is obtained by adding
図9の具体例3は、図8に示した高抵抗は抵抗値が固定であるため、抵抗値によっては、電荷の蓄積量が大きい大面積のパターンに対してスローリーク効果が小さい場合がある。そこで、前記の高抵抗を図9(a)に示すように可変抵抗または図9(b)に示すように固定抵抗の切換とし、解析対象パターンのサイズに応じて抵抗値を変えることとした。抵抗値の範囲は、1MΩから10GΩである。ここで、解析対象パターンのサイズを求める方法として、図9(c)に示すように、解析対象パターン全体をSEM画面上に表示させる。この時、解析対象パターン全体がほぼ画面一杯ならば、その時の観察倍率における視野サイズをパターンの全体サイズと見なす。表示画面に対して解析対象パターン全体が小さい場合、対象パターンを包含する領域をドラッグ指定し、(ドラッグ指定した画素数÷表示画面全体の画素数)×観察倍率における視野サイズで解析対象パターンの全体サイズを求める。 In the specific example 3 of FIG. 9, since the resistance value of the high resistance shown in FIG. 8 is fixed, the slow leak effect may be small for a large area pattern with a large amount of charge accumulation depending on the resistance value. . Therefore, the high resistance is switched between a variable resistance as shown in FIG. 9A or a fixed resistance as shown in FIG. 9B, and the resistance value is changed according to the size of the analysis target pattern. The resistance value ranges from 1 MΩ to 10 GΩ. Here, as a method for obtaining the size of the analysis target pattern, the entire analysis target pattern is displayed on the SEM screen as shown in FIG. At this time, if the entire analysis target pattern is almost full of the screen, the visual field size at the observation magnification at that time is regarded as the entire pattern size. If the entire analysis target pattern is small relative to the display screen, drag the area that includes the target pattern, and (the number of pixels specified by dragging ÷ the total number of pixels on the entire display screen) x field size at the observation magnification. Find the size.
図10の具体例4は、図8および図9に示した具体例は高抵抗を用いたスローリーク切換回路97、99を設置しているのに対し、リレー97とGNDの間に電圧可変電源を備えたものである。針当て時、先ずリレー97をGND側に切り換えてプローブ針83に電圧を印加する。この時の印加電圧はプローブ針先端や不良部を損傷しない程度(≦−10V)とする。プローブ針83に電圧を印加した状態でプローブ針83を降下し、解析対象パターンに接触した時点で降下を停止すると共に、印加電圧を0Vまで徐々に下げる。これにより、解析対象パターンに蓄積された電荷は、GNDに徐々に流れるため、プローブ針先端や不良部を損傷することがない。
10 is different from the specific example shown in FIGS. 8 and 9 in that the slow
次にメインアンプ・ユニットについて説明する。図11に示すように、メインアンプユニット111は、オフセット調整機能を持つ差動アンプと、ゲイン調整機能を持つポストアンプと、アンプ切換のためのリレー97とで構成される。各プローバ55に設けたプリアンプユニット56から本メインアンプユニット111の間に選択切換手段を設けて、差動アンプ/ポストアンプに接続するプローバ55を切換・選択可能としても良い。また、プリアンプユニット56と同様に金属ケースに入れると共に、両アンプユニット間を接続するケーブルに同軸ケーブルを用いることで、周辺からのノイズの影響を低減できる。
Next, the main amplifier unit will be described. As shown in FIG. 11, the
5.本願の一実施の形態の走査型電子顕微鏡装置を用いたEBAC解析の具体例の説明(主に図8、図9、図11、図12、及び図13)
図11(a)に示すように、ポストアンプのみで解析解析対象パターンの断線不良箇所を特定する場合、プローブ針1本で解析可能である。その際、プリアンプユニット56の出力は、差動アンプを介さずにポストアンプへ接続する。
5). Description of specific examples of EBAC analysis using scanning electron microscope apparatus according to one embodiment of the present application (mainly FIG. 8, FIG. 9, FIG. 11, FIG. 12, and FIG. 13)
As shown in FIG. 11A, when the disconnection failure portion of the analysis analysis target pattern is specified only by the post-amplifier, the analysis can be performed with one probe needle. At that time, the output of the
一方、数10MΩ以下の高抵抗不良箇所を特定する場合は、プローブ針2本で解析する。その際、一方のプローブ針は上記同様にプリアンプユニット56を介してポストアンプに接続する。もう一方のプローブ針は、図8(b)に示したコネクタ87bに接続すると共にGNDを接続することで解析可能となる。あるいは、前述の図9(b)に示したプリアンプユニットの固定抵抗器群の中にバイパス(抵抗値≒0Ω)を設け、もう一方のプローブ針83をこのバイパスを介してGNDに接続することでも解析可能となる。
On the other hand, when specifying a high resistance defect location of several tens of MΩ or less, analysis is performed with two probe needles. At this time, one probe needle is connected to the post amplifier via the
差動アンプでの解析は、1MΩ以下の高抵抗不良あるいはネット間のショート不良を解析する場合に有効である。この場合は、図11(b)のように2つのプリアンプユニット出力を差動アンプに接続する。そして、差分をポストアンプで増幅して出力する。上記メインアンプユニット111の出力はEBAC画像取得部77からデータ処理部72にEBAC画像データとして送られる。データ処理部72は、EBAC画像(図12(b))の観察倍率および座標に合わせたレイアウト像(図12(a))を図12に示すように、並べて表示する。レイアウト像(図12(a))とEBAC像(図12(b))を比較し、ネット115の明反応が途切れている所(不良位置116)を探す。EBAC像上で不良位置116を指定すると、観察倍率と画素位置からレイアウト座標が算出・記憶される。この時、低倍で不良位置116を指定すると、位置精度が悪く、物理解析に余計な時間を取ることとなるため、観察倍率を上げた後に行う。
Analysis with a differential amplifier is effective when analyzing high resistance defects of 1 MΩ or less or short-circuit defects between nets. In this case, two preamplifier unit outputs are connected to the differential amplifier as shown in FIG. Then, the difference is amplified by a post-amplifier and output. The output of the
図12に示すように、上記座標の取り込み後、物理解析を容易とするための不良位置116にマーキング117を行う。ガスノズル制御部68によりガスノズル53を所定位置に伸ばし、バルブを開けてCVDガスを不良位置116に供給する。次いで、EB制御手段により、マーキング形状に合わせたEB照射を行う。これにより、試料表面の不良位置に光学顕微鏡やSEM、FIBで容易に識別可能なマーク117が形成されるため、物理解析時に上記不良位置の座標が無くても不良位置を探し出すことが出来る。ここで用いるCVDガスとしては、Cr(CO)6やMo(CO)6やW(CO)6等の金属カルボニル化合物、ジメチル金アセチルアセトネートやジメチル金トリフルオロアセチルアセトネートやジメチル金ヘキサフルオロアセチルアセトネートと言った金(Au)のアセチルアセトネート化合物、シクロオクタジエン銅ヘキサフルオロアセチルアセトネートや銅ヘキサフルオロアセチルアセトネート・トリメチルビニルシランと言った銅(Cu)のアセチルアセトネート化合物、シクロペンタジエニル銅トリメチルフォスフィンやメチルシクロペンタジエニル・トリメチルプラチナと言ったCuやプラチナ(Pt)等のシクロペンタジエニル化合物がある。図12におけるマーキングは不良位置を中心として十字方向に形成しているが、これに限らず、不良位置の直上に点状または矩形に形成しても良い。
As shown in FIG. 12, after capturing the coordinates, marking 117 is performed on the
図13において、ネット115の出力端にEBIC(Electron Beam Induced Current:電子ビーム誘起電流)反応118が見える。これは、EBが配線層より下の拡散層まで達して電子-正孔対を生成した結果である。この反応を用いてショート不良相手のネットを特定することができる。図13はその一例を示すもので、ソフト解析で図12のようにネットの何処かで断線もしくは高抵抗不良が生じていると推定されたネット(第1のネット)115aに針当てしてEBAC解析を行ったところ、想定外のネット(第2のネット)115bが見られた。EBAC観察倍率を上げ、第2のネット出力端のEBIC反応箇所(図12の第1のEBIC反応118と別の第2のEBIC反応121b)をクリックする。処理装置は、クリックされた画素位置と観察倍率からレイアウト座標を算出し、レイアウトデータを格納しているワークステーション等に対象ネットを抽出させる。この時、EBAC装置側のステージ精度やアライメント精度等の影響で、算出したレイアウト座標に誤差が生ずるため、範囲を持たせて(ex.±1μm)領域で抽出させる。当該指定領域119に出力端を持つネット115xをレイアウト表示画面上に表示する。作業者は、EBAC像と照合して該当ネット115xを特定することができる。尚、抽出された複数のネットを順次EBAC画像に重ねることでも良い。
In FIG. 13, an EBIC (Electron Beam Induced Current)
6.セクション1から5の補足説明(主に図1から図13)
図6又は図7に示すように、微細パターンに直接針当てするようなプローブ針83は先端半径が数100nm以下と非常に微細なため、一度の解析で先端が変形し、試料交換の度にプローブ針も交換することもある。また、1個の試料中で複数箇所を解析する場合、途中でプローブ針83を交換することもある。そのため、試料室85(図1)にプローブ針交換手段を設けることで対応することも考えられるが、装置が複雑・大型化する。これに対して本実施の形態の装置では、プローバ55を4台としてそれぞれにアンプ56を備えていることから、針交換の頻度が1/2〜1/4(EBAC解析の針当ては1〜2箇所/解析)に削減できる。また、図2に示したように、試料ホルダ54とプローバ55を引き出し可能としたことに加えてガンバルブ52(必須ではないが)によるEB光学系51の密閉化により、試料1とプローブ針83の交換が一度に且つ短時間でできるため、日本特開2002−368049号公報(特許文献2)記載の試料交換室および上記のプローブ針交換手段を設ける必要が無くなり(それらを設けてもよい)、装置の小形化が容易に図れる。また、ステージ57,58やアンプ56も含めて引き出せるため、それらのメンテナンスも容易となる。図3および図4に示したように、プローバ55(プローブ針83)の呼び込み機能を設けたことで、作業者はプローブ針呼び込みの命令を出すのみで良く、従来のように、いちいち倍率を変えつつSEM像を観察してプローブ針位置を確認しながらプローバ55を移動させる操作が無くなる。変形しやすいプローブ針83の針当て作業を図5に示したように、プローブ針83の降下を自動化したことで、作業者は接触時のプローブ針先端のズレを監視するのみで良く、作業者の負担が大幅に軽減される。さらに、図6でプローブ針降下時の位置ズレを自動的に補正し、図7でプローブ針先端の接触を自動的に検知可能としたことにより、作業者の負担はさらに大幅に軽減される。加えて、接触状態をほぼ一定に制御されるため、プローブ針先端の変形量が抑えられ、プローブ針83の交換頻度を削減できる。プローブ針83の接続先を図8から図10に示すように、プリアンプ56とスローリーク回路に切換可能とし、針当て時のSEM観察で蓄積された電荷がプローブ針83から高抵抗を介してゆっくりGNDに流れるため、プローブ針先端や半断線状態の不良部の損傷を防止できる。また、外部端子(たとえば図8(b)の87b)への切換によって各種計測器が接続でき、EBAC解析以外の解析も可能となる。
6). Supplementary explanation of
As shown in FIG. 6 or FIG. 7, the
さらに、また、図12および図13で述べたように、EBAC像から不良位置の座標やショート不良相手ネットの特定が容易に可能なため、作業者の負担および解析時間を大幅に削減できる。 Furthermore, as described in FIGS. 12 and 13, since it is possible to easily identify the coordinates of the defective position and the short defective partner net from the EBAC image, the burden on the operator and the analysis time can be greatly reduced.
7.プロービング・ユニットの操作性改良方法の説明(主に図14)
図14に示すように、大径ウエハ4等のような大寸法試料に対して試料全域に針当て可能なプローバ55(針当て領域132がウエハ4より大きい)は、EB光学系(対物レンズ)51(図1)の作動距離からの制約および試料室85の大形化等により、実現が難しい。従って不良チップ3等は解析可能であるが、プローバ針当て領域132外のチップは解析できない。図14に示した例は、その一解決策である。本例においては、図1における試料ステージ57が無く、ベースステージ58を少なくともXYステージとθステージ131で構成し、XYステージ上に設けたθステージ131上に大径ウエハ4を搭載し、プローバ針当て領域132の外のチップに対しては、θステージ131を180°回転させることで針当てを可能とする。これにより、SEM画像は図14(c)に示すように反転するため、作業者は画像反転を意識した針当て操作が必要となる(図14(b)および(c))。そこで、図14(d)に示すように、SEM画像を反転すると共に、θステージ回転分を考慮したXYステージの座標変換を行う。さらに、図14(e)に示すように、プローバ操作系133を入れ換えると共に、プローバの座標変換を行う。これらの処理により、作業者は試料(ウエハ)反転前と同じイメージで操作可能となるため、余計な負担を生じない。本例では、大径ウエハをθステージ131上で180°回転させているが、90°毎に回転させて大径ウエハ4を1/4ずつ解析することとしても良い。その場合、プローバの針当て領域は、(大径ウエハの1/4+XY方向に1チップ分)有れば良いため、装置のより一層の小形化が図れる。上述の通り、ステージおよびプローバの座標変換とプローバ操作系の入れ換えにより、作業者は試料の回転を意識せずにレイアウトデータとの照合が可能となる。また、高精度なXYステージの可動範囲を大径ウエハ以上にする必要が無いことと、試料室85も小さくできることから、装置価格を抑えることができる。
7). Explanation of how to improve the operability of the probing unit (mainly Fig. 14)
As shown in FIG. 14, a prober 55 (
8.マーキングの応用例の説明(主に図15)
図15の例は、不良箇所へのマーキング形成をEBAC解析のための針当てに応用したものである。上記例で述べたように、EBAC解析には対象パターンに針当てする必要がある。しかし、微細で機械的強度の弱い配線やビアに対して針当てする場合、プローブ針83で引っ掻いて断線等をさせぬよう、細心の注意を払う必要がある。プローブ針83は根元は0.2ミリメートルほどの円柱状で、先端部1ミリメートルほどが針状に細くなっている。しかし、対象配線の寸法は、下層で0.13マイクロメートル程度であり、上層でも0.4マイクロメートル程度である。従って、プローブ針の先端部(頂点部)の寸法と対象配線の寸法は同程度ということになり、針当てが極めて困難な場合もある。
8). Explanation of application examples of marking (mainly Fig. 15)
In the example of FIG. 15, marking formation at a defective portion is applied to a needle pad for EBAC analysis. As described in the above example, the EBAC analysis needs to be applied to the target pattern. However, when needle contact is applied to fine wiring and vias with low mechanical strength, it is necessary to pay close attention not to scratch the
以下、手順に従って説明する。 Hereinafter, it demonstrates according to a procedure.
手順1:解析対象パターン141の近傍にプローブ針83を接触させる。
Procedure 1: The
手順2:成膜領域142として、解析対象パターン141の一部とプローブ針先端を包含する領域を設定する。
Procedure 2: A region including a part of the
手順3:ガスノズルからCVDガスを吹き付けながら、成膜領域142にEBを照射・走査する。
Procedure 3: EB is irradiated and scanned to the film-forming area |
手順4:EBのエネルギによりCVDガスが分解して成膜領域142に導電膜143が形成される。
Procedure 4: The CVD gas is decomposed by the energy of EB, and a
手順5:導電膜形成により、解析対象パターン141とプローブ針83間が電気的に接続される。
Procedure 5: The
手順6:SEM観察からEBAC観察に切り換えて解析を行う。 Procedure 6: Switch from SEM observation to EBAC observation for analysis.
プローブ針83に対して解析対象パターン141が微細すぎる、あるいは解析対象パターンの露出部分が小さい等により、直接針当てが難しい場合に有用な手法である。これにより、機械的強度の弱い配線やビアに対して直接針当てせずに解析できるため、作業者の負担が軽減できる。
This is a useful technique when the direct contact with the
9.サマリ
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
9. Summary The invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited thereto, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the scope of the invention.
例えば、前記実施形態においては、EBAC機能やEBIC機能を有する走査型電子顕微鏡またはそれを用いた半導体集積回路装置(半導体装置)等の不良解析技術について、具体的に説明したが、それらを有さない走査型電子顕微鏡等にも適用できることは言うまでもない。 For example, in the above-described embodiment, the failure analysis technology of the scanning electron microscope having the EBAC function or the EBIC function or the semiconductor integrated circuit device (semiconductor device) using the same has been specifically described. Needless to say, the present invention can also be applied to a scanning electron microscope or the like.
1 試料
51 電子光学系
55 プローバ
71 画像表示部
79 ステージ制御部
83 プローブ針
89 不良解析位置
1
Claims (5)
(a)電子線の走査に対応して、試料からの応答情報を画面上に画像表示する画像表示部;
(b)前記画像表示部に表示された電子光学系の視野の中心部に、前記試料の不良解析位置を移動すると、前記視野内にプローバのプローブ針の先端部を自動的に移動することができるようにされたステージ制御部。 Scanning electron microscope apparatus including:
(A) An image display unit that displays response information from the sample on the screen in response to scanning of the electron beam;
(B) When the defect analysis position of the sample is moved to the center of the field of view of the electron optical system displayed on the image display unit, the tip of the probe needle of the prober can be automatically moved within the field of view. Stage control unit that can be used.
(a)試料を収容することができる試料室;
(b)前記試料室において、前記試料にプローバのプローブ針の先端部が接触する際に、前記試料に蓄積した電荷を前記プローブ針を介して除去することができるように、前記試料室内に設けられたスロー・リーク回路。 Scanning electron microscope apparatus including:
(A) a sample chamber in which a sample can be stored;
(B) provided in the sample chamber so that the charge accumulated in the sample can be removed via the probe needle when the tip of the probe needle of the prober contacts the sample in the sample chamber. Slow leak circuit.
(a)電子光学系を収容する電子顕微鏡装置本体;
(b)前記電子顕微鏡装置本体内に設けられ、試料を収容することができる試料室;
(c)前記試料室内に設けられ、プローブ針を取り付けられるようにされたプローバ;
(d)前記試料室内に設けられ、電子線の走査に対応して前記プローブ針を介してもたらされる前記試料からの応答情報を増幅することができるようにされたプリアンプ・ユニット、
ここで、前記試料室は、前記電子顕微鏡装置本体内から大気中へ引き出すことができるようにされている。 Scanning electron microscope apparatus including:
(A) an electron microscope apparatus main body containing an electron optical system;
(B) a sample chamber provided in the electron microscope apparatus body and capable of accommodating a sample;
(C) a prober provided in the sample chamber and to which a probe needle can be attached;
(D) a preamplifier unit provided in the sample chamber and capable of amplifying response information from the sample provided via the probe needle in response to scanning of an electron beam;
Here, the sample chamber can be drawn out from the main body of the electron microscope apparatus to the atmosphere.
(a)電子線の走査に対応して、試料からの応答情報を画面上に画像表示する画像表示部;
(b)試料に複数のプローブ針を当てることができるプローバ;
(c)前記試料をその主面を含む面内で回転させることができるステージ制御部;
(d)前記プローバを制御することができるプローバ制御部、
ここで、前記画像表示部は前記試料の前記回転に対応して回転することができるようにされており、それに対応して、前記プローバ制御部は前記複数のプローブ針の操作を相互に入れ替え可能にされている。 Scanning electron microscope apparatus including:
(A) An image display unit that displays response information from the sample on the screen in response to scanning of the electron beam;
(B) a prober capable of applying a plurality of probe needles to the sample;
(C) a stage control unit capable of rotating the sample in a plane including its main surface;
(D) a prober control unit capable of controlling the prober;
Here, the image display unit can be rotated corresponding to the rotation of the sample, and the prober control unit can interchange the operations of the plurality of probe needles in response to the rotation. Has been.
(a)試料を収容することができる試料室;
(b)前記試料室内に設けられ、前記試料にプローブ針を当てることができるプローバ;
(c)前記プローブ針の先端部を前記試料の主面に向けてラフ降下とファイン降下の組み合わせにより降下させることにより、前記プローブ針の前記先端部を前記試料の前記主面に着地させることができるプローバ制御部、
ここで、前記プローバ制御部は、前記ラフ降下の後における前記ラフ降下の前と後の前記プローブ針の前記先端部の前記試料の前記主面に平行な面内での位置ずれを補正することができるようにされている。 Scanning electron microscope apparatus including:
(A) a sample chamber in which a sample can be stored;
(B) a prober provided in the sample chamber and capable of applying a probe needle to the sample;
(C) Landing the tip of the probe needle on the main surface of the sample by lowering the tip of the probe needle toward the main surface of the sample by a combination of rough descent and fine descent Prober control unit,
Here, the prober control unit corrects a positional deviation in a plane parallel to the main surface of the sample of the tip of the probe needle before and after the rough descent after the rough descent. Have been able to.
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