JP2014143348A - Method for analyzing fault in semiconductor device, and fault analysis device - Google Patents

Method for analyzing fault in semiconductor device, and fault analysis device Download PDF

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JP2014143348A JP2013012015A JP2013012015A JP2014143348A JP 2014143348 A JP2014143348 A JP 2014143348A JP 2013012015 A JP2013012015 A JP 2013012015A JP 2013012015 A JP2013012015 A JP 2013012015A JP 2014143348 A JP2014143348 A JP 2014143348A
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Akira Shimase
朗 嶋瀬
Akihito Uchikado
哲人 内角
Toshiyuki Mashima
敏幸 真島
Shigehisa Oguri
茂久 小栗
Hirotoshi Terada
浩敏 寺田
Nobuyuki Hirai
伸幸 平井
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Hamamatsu Photonics KK
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Hamamatsu Photonics KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the efficiency of analyzing a fault in a semiconductor device when proceeding with analysis using two different beams.SOLUTION: A scanning electron microscope image obtained by irradiation of, and scanning with, an electron beam BEM by an electron optics system OPT upon a sample SPL to be analyzed which is placed on a sample stage SST in a vacuum chamber CHM and a layout image are compared, and coordinate system locking is performed in which a stage coordinate system on the electron optics system side and a layout coordinate system are corresponded. Then, EBAC analysis is conducted from the principal surface side of the sample SPL by the electron optics system OPT, etc. Next, OBIRCH analysis is conducted from the revere side of the sample SPL by a photon optics system FOT. Thereafter, a CVD gas is introduced by a gas injector GIG while controlling its flow rate, and an analysis mark constituting a marker is formed at a specified short-circuiting place.

Description

本発明は、半導体装置の不良解析方法、および不良解析装置に関し、半導体装置の不良解析に適用可能な技術である。   The present invention relates to a semiconductor device failure analysis method and a failure analysis device, and is a technology applicable to semiconductor device failure analysis.

特開2007−096011号公報(特許文献1)には、試料に接触させた導電性プローブを介して、荷電粒子ビームとレーザビームとを試料に照射したときの試料情報を検出する技術が記載されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2007-096011 (Patent Document 1) describes a technique for detecting sample information when a charged particle beam and a laser beam are irradiated onto a sample via a conductive probe brought into contact with the sample. ing.

この技術においては、SEM(Scanning Electron Microscope)の内部にメカニカルプローバを搭載して除振台半導体装置への針当てを可能とした上で、SEMの真空チャンバの下面に窓を設け、その窓を介して半導体装置の裏面にレーザを照射する構成の装置を用いる。そして、電子ビームとレーザビームとをサンプルに同一箇所に照射しつつ、あるいは、タイミングをずらして照射しつつ、メカニカルプローブで検出する電流信号を画像化することで不良を解析する。   In this technology, a mechanical prober is mounted inside the SEM (Scanning Electron Microscope) to enable needle contact to the vibration isolation table semiconductor device, and a window is provided on the lower surface of the vacuum chamber of the SEM. An apparatus having a configuration in which the back surface of the semiconductor device is irradiated with laser is used. Then, the defect is analyzed by imaging the current signal detected by the mechanical probe while irradiating the sample with the electron beam and the laser beam, or irradiating the sample at different timings.

特開2007−096011号公報JP 2007-096011 A

上記した特許文献1では、電流を検出して配線の断線や高抵抗の不良部を特定可能であると開示されている。しかし、2つの異なるビームを用いて解析を進めるには、ビーム間の調整や、ビーム照射方法の工夫が必要であるにも拘わらず、それらに関する記述はなく、具体的な解析技術について十分に考慮されていない。   In the above-described Patent Document 1, it is disclosed that a disconnection of a wiring or a defective portion having a high resistance can be identified by detecting a current. However, in order to proceed with the analysis using two different beams, there is no description about them even though adjustments between the beams and the beam irradiation method must be devised. It has not been.

その他の課題と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   Other problems and novel features will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

一実施の形態による半導体装置の不良解析方法は、以下のステップを有する。   A semiconductor device failure analysis method according to an embodiment includes the following steps.

(a)真空チャンバ内のステージに載置した解析対象であるサンプルへの電子光学系による電子ビームの照射、走査から得られる走査電子顕微鏡像とレイアウト像とを対照して、電子光学系側のステージ座標系とレイアウト座標系とを対応させる座標系ロックを行う。   (A) A sample placed on a stage in a vacuum chamber is irradiated with an electron beam by an electron optical system, and a scanning electron microscope image obtained by scanning is compared with a layout image. A coordinate system lock is performed to associate the stage coordinate system with the layout coordinate system.

(b)サンプルの第1の面側から、EBAC(Electron Beam Absorbed Current)解析を行う。   (B) EBAC (Electron Beam Absorbed Current) analysis is performed from the first surface side of the sample.

(c)第1の面と対向する面であるサンプルの第2の面側から、OBIRCH(Optical Beam Induced Resistance Change)解析を行う。   (C) OBIRCH (Optical Beam Induced Resistance Change) analysis is performed from the second surface side of the sample which is the surface facing the first surface.

(d)特定した短絡箇所に目印となる解析マークを形成する。   (D) An analysis mark serving as a mark is formed at the identified short-circuit location.

上記一実施の形態によれば、半導体装置の不良解析効率を向上させることができる。   According to the one embodiment, the failure analysis efficiency of the semiconductor device can be improved.

本実施の形態による不良解析装置における構成の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of a structure in the defect analysis apparatus by this Embodiment. 図1の不良解析装置による解析位置へのアクセス手順の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the access procedure to the analysis position by the defect analysis apparatus of FIG. 図1の不良解析装置によるEBAC解析による解析手順の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the analysis procedure by EBAC analysis by the failure analysis apparatus of FIG. 図1の不良解析装置によるOBIRCH解析による解析手順の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the analysis procedure by OBIRCH analysis by the failure analysis apparatus of FIG. 図1の不良解析装置による反応位置指定の手順の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the procedure of reaction position designation | designated by the failure analysis apparatus of FIG. 図1の不良解析装置によるSDL解析の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the SDL analysis by the defect analysis apparatus of FIG. 図1の不良解析装置を用いたパワーデバイスの不良解析の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the failure analysis of the power device using the failure analysis apparatus of FIG. 図1の不良解析装置を用いた半導体装置におけるショート不良の場合の解析工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the analysis process in the case of the short circuit defect in the semiconductor device using the failure analysis apparatus of FIG. 図1の不良解析装置によるOBIC反応とEBIC反応とを用いた座標系ロックの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the coordinate system lock | rock using OBIC reaction and EBIC reaction by the failure analysis apparatus of FIG. 本実施の形態6による不良解析装置の構成の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of a structure of the defect analysis apparatus by this Embodiment 6. 本実施の形態7による不良解析装置の構成の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of a structure of the defect analysis apparatus by this Embodiment 7. 図11の不良解析装置に設けられたメカニカルプローバの構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of the mechanical prober provided in the failure analysis apparatus of FIG. 図12におけるA−B断面図である。It is AB sectional drawing in FIG. 図11の不良解析装置も設けられたサンプルホルダの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the sample holder provided with the defect analysis apparatus of FIG. 図14のサンプルホルダの他例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the sample holder of FIG. 図11の不良解析装置におけるフォトン光学系の構成の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of a structure of the photon optical system in the defect analysis apparatus of FIG. 図11の不良解析装置におけるフォトン光学系の構成の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of a structure of the photon optical system in the defect analysis apparatus of FIG. 図11の不良解析装置における光学系の構成例を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the structural example of the optical system in the defect analysis apparatus of FIG. 図17の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of FIG. 図11の不良解析装置において固浸レンズを設けた光学系の構成例を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the structural example of the optical system which provided the solid immersion lens in the defect analysis apparatus of FIG. 図11の不良解析装置に固浸レンズを一体化した真空ウィンドウを設けた構成の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the structure which provided the vacuum window which integrated the solid immersion lens in the defect analysis apparatus of FIG. 図11の不良解析装置に反射対物光学系を設けた構成の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the structure which provided the reflective objective optical system in the defect analysis apparatus of FIG. 図22に続く構成の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a structure following FIG.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.

また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。   Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。   Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   Similarly, in the following embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc. of components, etc., the shape of the component is substantially the case unless it is clearly specified and the case where it is clearly not apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.

また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。   In all the drawings for explaining the embodiments, the same members are denoted by the same reference symbols in principle, and the repeated explanation thereof is omitted. In order to make the drawings easy to understand, even a plan view may be hatched.

(実施の形態1)
〈概要〉
半導体装置の不良は、開発時、量産時、それぞれの検査段階、顧客の受入検査段階、組み上がったセットの検査段階、さらに市場で一定期間動作した段階などの各種段階で発生する。
(Embodiment 1)
<Overview>
Defects in semiconductor devices occur at various stages such as development, mass production, each inspection stage, customer acceptance inspection stage, assembled set inspection stage, and a stage that has been operating for a certain period in the market.

これらで発生した不良を早期に解析して原因を究明し、その対策を講じて製品の信頼性を高めていくことが半導体メーカーの責務の一つとなっている。しかし、近年、半導体装置の微細化、多層化、高機能化、それらに加え、実装形態の変化に伴い、半導体装置表面からの解析が裏面からの解析に移行してきていることもあり、解析の困難さが増している。このため、各種の不良解析技術を適正に組み合わせて駆使することで速やかで確実な解析の遂行を図っている。   It is one of the responsibilities of semiconductor manufacturers to analyze the defects that have occurred at an early stage to determine the cause and to take countermeasures to improve product reliability. However, in recent years, analysis from the surface of the semiconductor device has shifted to analysis from the back side due to miniaturization, multi-layering, high functionality, and changes in the mounting form of the semiconductor device. The difficulty is increasing. For this reason, a quick and reliable analysis is performed by properly combining various defect analysis techniques.

本実施の形態では、一つの解析から次の解析に速やかに移行するための複合解析装置と、それを用いた解析方法を開示する。配線の不良として一定の頻度で発生するショート不良の位置を短時間で特定する。   In the present embodiment, a composite analysis apparatus for quickly shifting from one analysis to the next analysis and an analysis method using the same are disclosed. The position of a short circuit defect that occurs at a certain frequency as a wiring defect is specified in a short time.

通常、不良解析は、テスタのフェイル情報に基づいてソフト的に不良配線あるいは不良端子を推定する故障診断から解析を開始する。その上で、発光解析、OBIRCH解析、またはSDL(Soft Defect Localization)解析などを用いて不良に関係する箇所を抽出する。   Usually, the failure analysis starts from failure diagnosis in which a defective wiring or a defective terminal is estimated by software based on the fail information of the tester. After that, a portion related to the defect is extracted by using light emission analysis, OBIRCH analysis, SDL (Soft Defect Localization) analysis, or the like.

発光解析は、テスタにより電流異常を生じさせるテストパターンに保持、あるいは、不良を発生させるテストパターンを掃引して不良サンプルから発生する発光を検出する。OBIRCH解析は、赤外レーザを集束、走査、照射し、電流経路に発生する電流変化をレーザ走査に同期させて表示することで不良に伴う電流経路を顕在化する。SDL解析は、赤外レーザを照射した状態でテスタのパス/フェイルを判定し、それを不良サンプル上の各点について実施することでレーザ照射によって変化する不良に絡む位置を調べる。このように抽出された不良に関係する箇所に故障診断で指摘された配線や端子との対応を検討して不良の要因を含む配線を特定する。   In the light emission analysis, light emission generated from a defective sample is detected by holding a test pattern that causes current abnormality by a tester or sweeping a test pattern that generates a defect. In the OBIRCH analysis, an infrared laser is focused, scanned, and irradiated, and current changes generated in the current path are displayed in synchronization with the laser scanning to reveal the current path associated with the defect. In the SDL analysis, the pass / fail of the tester is determined in a state where the infrared laser is irradiated, and the test is performed for each point on the defective sample, thereby checking the position related to the defect that is changed by the laser irradiation. Thus, the correspondence with the wiring and the terminal pointed out by the failure diagnosis is examined at the location related to the defect extracted, and the wiring including the cause of the defect is specified.

ここで、発光解析、OBIRCH解析、およびSDL解析は、例えば130nmデバイスルール以降の半導体装置に対して表層に電源/接地の幅広い配線の敷き詰め、配線の多層化、さらに実装形態がフリップチップの場合があることなどから、サンプルの裏面から発光を取得、あるいはレーザを照射する方式を採用することが一般的になっている。   Here, in the light emission analysis, OBIRCH analysis, and SDL analysis, for example, a wide range of power supply / ground wiring is spread on the surface layer of a semiconductor device after the 130 nm device rule, the wiring is multi-layered, and the mounting form is a flip chip. For some reason, it has become common to acquire light emission from the back surface of a sample or to employ a method of irradiating a laser.

上記までで特定した不良関連配線に対して、次の解析では、電子ビームをサンプルに集束、走査、照射した状態で特定した配線に針当てして電流を検出し、その電流像を電子ビームの走査に同期して表示することで配線のショート状態を観察するEBAC解析を適用する。   For the defect-related wiring identified above, in the next analysis, the electron beam is focused on the sample, scanned, and applied to the identified wiring, and the current is detected. The EBAC analysis is used to observe the short-circuit state of the wiring by displaying in synchronization with the scanning.

半導体装置内の、物理的な不良位置の特定が困難なランダムロジック領域内では、各配線がそれぞれにユニークな形状を持っているため、配線のショート状態の可視化によって、特定した配線に対してショートしている配線を特定することができる。   In a random logic area where it is difficult to identify a physical defect location in a semiconductor device, each wiring has a unique shape. It is possible to specify the wiring that is being performed.

この場合、元々の配線とショート相手の配線とのショートの確率が最も高い配線の隣接部が1箇所、あるいは短い間であれば、そこを走査電子顕微鏡(SEM)で観察することでショートの状況を観察できるが、隣接箇所が複数、あるいは、両配線の併走距離が長い場合、EBAC解析では両方の配線の形状が全て表示されるためにショート箇所を特定することができない。   In this case, if the adjacent portion of the wiring having the highest probability of short-circuiting between the original wiring and the short-circuited partner wiring is at one place or in a short time, the state of the short-circuit is observed by observing it with a scanning electron microscope (SEM). However, when there are a plurality of adjacent locations or when the parallel running distance between both wires is long, the EBAC analysis displays all of the shapes of both wires, and thus the short-circuited portion cannot be specified.

そこで、両方の配線から集束したイオンビーム(FIB:Focused Ion Beam)によって開口部を設け、その開口部に金属膜を埋め込むことでパッドを引き出し、それらに針当てして電流を流し、OBIRCH解析することでショート箇所を特定する手法を採用している。このように、ショート箇所特定では、EBAC解析とOBIRCH解析を連続して実施することがある。   Therefore, an opening is provided by an ion beam (FIB: Focused Ion Beam) focused from both wirings, a pad is drawn out by embedding a metal film in the opening, a current is passed by applying a needle to them, and an OBIRCH analysis is performed. Therefore, the method of identifying the short part is adopted. As described above, in the short location identification, the EBAC analysis and the OBIRCH analysis may be continuously performed.

しかし、本発明者の検討では、EBAC解析では、既に解析対象である配線に針当てしており、そこで特定したショート相手にその場でさらに針当てすることも可能であるが、解析装置が別々のため、一度サンプルを取り出して、FIB加工した上でOBIRCH解析装置に投入して解析する必要がある。これらの操作に要する時間は、装置の稼動状況によっても変化するが、短くて半日程度、長ければ数日程度のロスとなることがある。   However, according to the inventor's study, in the EBAC analysis, the wiring that has already been analyzed is needle contacted, and it is possible to further contact with the short partner identified there, but the analysis devices are different. Therefore, it is necessary to take out a sample once, subject it to FIB processing, and input it into an OBIRCH analyzer for analysis. Although the time required for these operations varies depending on the operating status of the apparatus, it may be as short as half a day or as long as a few days.

そこで、本実施の形態では、解析の手順を速やかに進めることのできる一体化した解析装置を提供するものとする。この解析装置の場合には、EBAC解析にて特定したショート相手に、そのまま針当てし、連続してOBIRCH解析を実施することにより解析時間の短縮を図ることで、解析全体の効率向上に繋げられる。   Therefore, in the present embodiment, an integrated analysis device capable of promptly proceeding with the analysis procedure is provided. In the case of this analysis device, it is possible to improve the efficiency of the entire analysis by shortening the analysis time by directly contacting the short partner specified in the EBAC analysis and continuously performing the OBIRCH analysis. .

以下、上記した概要に基づいて、実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, the embodiment will be described in detail based on the above-described outline.

〈不良解析装置の構成例〉
図1は、本実施の形態による不良解析装置における構成の一例を示す説明図である。
<Configuration example of defect analysis device>
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the failure analysis apparatus according to the present embodiment.

不良解析装置FKSは、図示するように、真空チャンバCHMが設けられている。真空チャンバCHM内の上部には、電子ビームBEMを放出する電子源DENが設けられている。   The defect analysis apparatus FKS is provided with a vacuum chamber CHM as shown in the figure. An electron source DEN that emits an electron beam BEM is provided in the upper part of the vacuum chamber CHM.

電子源DENの下方には、SEMを構成する電子光学系OPTが真空チャンバCHM内に格納されている。真空チャンバCHMは、除振台RVBに設けられた定盤PLT上に載置されている。真空チャンバCHMは、除振台RVBによって床振動が遮断される構成となっている。   Below the electron source DEN, an electron optical system OPT constituting the SEM is stored in the vacuum chamber CHM. The vacuum chamber CHM is placed on a surface plate PLT provided on the vibration isolation table RVB. The vacuum chamber CHM is configured such that floor vibration is blocked by the vibration isolation table RVB.

真空チャンバCHMは、真空バルブVAL1、真空配管VPE、および真空バルブVAL2を介して真空ポンプVPMが接続されている。真空チャンバCHMは、真空ポンプVPMによって真空排気される。真空チャンバCHMの右下部には、真空バルブVAL3を介してローディングチャンバLCBが設けられている。   A vacuum pump VPM is connected to the vacuum chamber CHM via a vacuum valve VAL1, a vacuum pipe VPE, and a vacuum valve VAL2. The vacuum chamber CHM is evacuated by a vacuum pump VPM. A loading chamber LCB is provided on the lower right side of the vacuum chamber CHM via a vacuum valve VAL3.

ローディングチャンバLCBは、真空チャンバCHMを大気中に開放することなく、サンプルSPLの取り入れ/取り出しを行うチャンバである。これにより、電子光学系OPTの電子源DENに輝度が高く、高いビーム集束性を実現できる電界放射(FE:Field Emission)型電子源を搭載するために真空チャンバCHMの真空度を高く保つことができる。   The loading chamber LCB is a chamber for taking in / out the sample SPL without opening the vacuum chamber CHM to the atmosphere. Accordingly, the vacuum degree of the vacuum chamber CHM can be kept high in order to mount a field emission (FE) type electron source capable of realizing high beam focusing and high brightness on the electron source DEN of the electron optical system OPT. it can.

電子光学系OPTは、上方から下方にかけて、アパーチャーAPA1、コンデンサレンズCLEN、アパーチャーAPA2、偏光器PLS、および対物レンズLEN1がそれぞれ設けられている。   The electron optical system OPT is provided with an aperture APA1, a condenser lens CLEN, an aperture APA2, a polarizer PLS, and an objective lens LEN1 from above to below.

真空チャンバCHM内において、電子光学系OPTの下方には、サンプルステージSSTが設けられている。サンプルステージSSTの中央部には、サンプルSPLである半導体装置を載置するサンプルホルダSHDが配置されている。サンプルステージSSTは、サンプルホルダSHDを移動可能な構成となっている。サンプルホルダSHDは、例えばガラスなどの光を透過させることのできる透明な材料からなる。   In the vacuum chamber CHM, a sample stage SST is provided below the electron optical system OPT. A sample holder SHD on which a semiconductor device that is a sample SPL is placed is arranged at the center of the sample stage SST. The sample stage SST is configured to be able to move the sample holder SHD. The sample holder SHD is made of a transparent material that can transmit light, such as glass.

サンプルホルダSHDの左上方には、2次電子検出器EDTが設けられており、該サンプルホルダSHDの右上方には、ガスインジェクタGIGが設けられている。ガスインジェクタGIGは、真空チャンバCHM内にCVD(Chemical Vapor Deposition)ガスなどを流量制御して供給する。これは、後述するサンプルSPLへのマーク形成を目的とする。   A secondary electron detector EDT is provided on the upper left side of the sample holder SHD, and a gas injector GIG is provided on the upper right side of the sample holder SHD. The gas injector GIG supplies a CVD (Chemical Vapor Deposition) gas or the like in the vacuum chamber CHM with a flow rate controlled. This is for the purpose of forming a mark on the sample SPL described later.

サンプルホルダSHDの外周近傍には、4つのメカニカルプローバMPRがそれぞれ設けられている。メカニカルプローバMPRは、サンプルSPLの周辺部にそれぞれ設けられている。各々のメカニカルプローバMPRには、ヘッドアンプHAPがそれぞれ接続されている。真空チャンバCHMの右外側には、メインアンプMAPが設けられている。   Four mechanical probers MPR are provided in the vicinity of the outer periphery of the sample holder SHD. The mechanical prober MPR is provided in the periphery of the sample SPL. A head amplifier HAP is connected to each mechanical prober MPR. A main amplifier MAP is provided on the right outside of the vacuum chamber CHM.

なお、図1では、2つのメカニカルプローバMPR、およびそれら2つのメカニカルプローバMPRに接続される2つのヘッドアンプHAPが示されており、残る2つのメカニカルプローバMPRと2つのヘッドアンプHAPについては図示していない。   In FIG. 1, two mechanical probers MPR and two head amplifiers HAP connected to the two mechanical probers MPR are shown, and the remaining two mechanical probers MPR and two head amplifiers HAP are illustrated. Not.

真空チャンバCHMの底面には、円形状の真空ウィンドウVWDが設けられている。この真空ウィンドウVWDは、サンプルホルダSHDと同様に、石英ガラスなどの光を透過させることのできる透明な材料からなる。   A circular vacuum window VWD is provided on the bottom surface of the vacuum chamber CHM. The vacuum window VWD is made of a transparent material that can transmit light, such as quartz glass, like the sample holder SHD.

真空ウィンドウVWDの下方には、フォトン光学系FOTが設けられている。フォトン光学系FOTは、光学系ステージSTGに搭載されている。フォトン光学系FOTの右側において、上方から下方にかけては、照明系LHT、反射レーザ検出器RLD、およびレーザ発振器LAR1がそれぞれ設けられている。フォトン光学系FOTの左側において、上方から下方にかけては、赤外線カメラICAM、およびレーザ発振器LAR2がそれぞれ設けられている。赤外線カメラICAMを装備することにより、後述するアナログ製品やパワーデバイス製品の解析に対応させることができる。   A photon optical system FOT is provided below the vacuum window VWD. The photon optical system FOT is mounted on the optical system stage STG. On the right side of the photon optical system FOT, an illumination system LHT, a reflection laser detector RLD, and a laser oscillator LAR1 are provided from above to below. On the left side of the photon optical system FOT, an infrared camera ICAM and a laser oscillator LAR2 are provided from above to below. By installing the infrared camera ICAM, analysis of analog products and power device products described later can be supported.

照明系LHTは、赤外線カメラICAMにより画像を取得する際にサンプルSPLに照射する照明である。照明系LHTから照射された光は、ハーフミラーHM1を介してサンプルSPLに照射される。照射された光は、サンプルSPLから反射し、ハーフミラーHM2を介して赤外線カメラICAMに照射され、該赤外線カメラICAMにより画像が取得される。   The illumination system LHT is illumination that irradiates the sample SPL when an image is acquired by the infrared camera ICAM. The light irradiated from the illumination system LHT is irradiated to the sample SPL via the half mirror HM1. The irradiated light is reflected from the sample SPL and irradiated to the infrared camera ICAM through the half mirror HM2, and an image is acquired by the infrared camera ICAM.

フォトン光学系FOTは、上方から下方にかけて、対物レンズLEN2、ハーフミラーHM1,HM2、レーザ走査系SCN、ハーフミラーHM3、ミラーMRRがそれぞれ設けられている。   The photon optical system FOT is provided with an objective lens LEN2, half mirrors HM1 and HM2, a laser scanning system SCN, a half mirror HM3, and a mirror MRR from above to below.

不良解析装置FKSには、制御装置PC、および電源/コントローラPCONがそれぞれ接続されている。制御装置PCは、例えばパーソナルコンピュータなどからなる。制御装置PCには、モニタMONが接続されている。電源/コントローラPCONは、不良解析装置FKSに電源を供給するとともに、不良解析装置FKSの全ての制御を司る。制御装置PCは、電源/コントローラPCONの制御信号に基づいて、不良解析装置FKSの動作を制御する。   A controller PC and a power supply / controller PCON are connected to the defect analysis device FKS. The control device PC is composed of a personal computer, for example. A monitor MON is connected to the control device PC. The power supply / controller PCON supplies power to the failure analysis device FKS and controls all of the failure analysis device FKS. The control device PC controls the operation of the failure analysis device FKS based on a control signal from the power supply / controller PCON.

電子光学系OPTの上方に設けられた電子源DENから引き出された電子ビームBEMは、アパーチャーAPA1にてビームを制限され、コンデンサレンズCLENによって集束される。その後、アパーチャーAPA2を通過し、対物レンズLEN1によってサンプルホルダSHD上に載置されたサンプルSPLに集束、走査、照射される。   The electron beam BEM extracted from the electron source DEN provided above the electron optical system OPT is limited by the aperture APA1 and focused by the condenser lens CLEN. Thereafter, the light passes through the aperture APA2, and is focused, scanned, and irradiated on the sample SPL placed on the sample holder SHD by the objective lens LEN1.

この際、サンプルSPLから放出される2次電子を2次電子検出器EDTが捕捉して、その信号を増幅し、電子ビームBEMの走査と同期させ、制御装置PCに接続されているモニタMONに表示する。これにより、サンプルSPLの表面像を得ることができる。   At this time, the secondary electrons emitted from the sample SPL are captured by the secondary electron detector EDT, the signal is amplified, synchronized with the scanning of the electron beam BEM, and the monitor MON connected to the control device PC. indicate. Thereby, the surface image of the sample SPL can be obtained.

また、メカニカルプローバMPRは、サンプルステージSSTに載置されたサンプルSPLの配線などに針当てを行い、電流を検出する。メカニカルプローバMPRによって検出された電流は、メカニカルプローバMPR毎に設けられたヘッドアンプHAPによってそれぞれ増幅される。   In addition, the mechanical prober MPR detects a current by stylusing the wiring of the sample SPL mounted on the sample stage SST. The current detected by the mechanical prober MPR is amplified by a head amplifier HAP provided for each mechanical prober MPR.

このように、各々のメカニカルプローバMPRが電流を検出した直後にヘッドアンプHAPによって個別に信号増幅を行うことによって、途中の経路でのノイズの混入が抑制されることになり、高精度な信号増幅を実現することができる。   In this way, by performing signal amplification individually by the head amplifier HAP immediately after each mechanical prober MPR detects a current, mixing of noise in the middle path is suppressed, and high-precision signal amplification Can be realized.

ノイズの混入が抑制された信号は、さらにメインアンプMAPによって増幅され、モニタMON上に電子ビームBEMの走査と同期した電流像であるEBAC像として表示される。   The signal in which the mixing of noise is suppressed is further amplified by the main amplifier MAP and displayed on the monitor MON as an EBAC image that is a current image synchronized with the scanning of the electron beam BEM.

レーザ発振器LAR1,LAR2は、レーザビームLBEMを発振、射出する。これらレーザ発振器LAR1,LAR2は、射出するレーザビームは、それぞれが放出する光の波長が異なっている。レーザ発振器LAR1は、例えば、波長がシリコンのバンドギャップを越えるエネルギの波長であり、レーザ発振器LAR2は、例えば、波長がシリコンのバンドギャップを越えないエネルギの波長である。   The laser oscillators LAR1 and LAR2 oscillate and emit a laser beam LBEM. These laser oscillators LAR1 and LAR2 have different wavelengths of light emitted from the emitted laser beams. The laser oscillator LAR1 is, for example, a wavelength of energy that exceeds the band gap of silicon, and the laser oscillator LAR2 is, for example, the wavelength of energy that does not exceed the band gap of silicon.

これは後述する解析アプリケーションにおいて、熱だけを半導体装置の配線系に与えるか、あるいは熱に加えてトランジスタ部に電子−正孔対を発生させるかで、異なる情報を取得して別の解析プロセスを進めることを目的としている。   This is because in the analysis application described later, whether only heat is applied to the wiring system of the semiconductor device or whether electron-hole pairs are generated in the transistor part in addition to heat, different information is acquired and another analysis process is performed. The purpose is to advance.

レーザ発振器LAR2から発振、射出されたレーザビームLBEMは、光学系ステージSTGに載置されたフォトン光学系FOTに導入される。フォトン光学系FOT内において、レーザビームLBEMは、ミラーMRRによって方向が変えられる。方向が変えられたレーザビームLBEMは、レーザ走査系SCNによって走査され、対物レンズLEN2にてサンプルSPL上に集束される。   The laser beam LBEM oscillated and emitted from the laser oscillator LAR2 is introduced into the photon optical system FOT mounted on the optical system stage STG. In the photon optical system FOT, the direction of the laser beam LBEM is changed by the mirror MRR. The laser beam LBEM whose direction has been changed is scanned by the laser scanning system SCN and focused on the sample SPL by the objective lens LEN2.

真空ウィンドウVWD、およびサンプルステージSSTは、上述したように石英ガラスなどの透明な材料であるので、レーザビームLBEMは、真空ウィンドウVWD、およびサンプルステージSSTを通過し、サンプルSPLの裏面に集束、走査、照射されることになる。   Since the vacuum window VWD and the sample stage SST are transparent materials such as quartz glass as described above, the laser beam LBEM passes through the vacuum window VWD and the sample stage SST, and is focused and scanned on the back surface of the sample SPL. , Will be irradiated.

レーザビームLBEMの反射レーザは、同じ光路を戻り、ハーフミラーHM3によって分離、反射されて反射レーザ検出器RLDに入る。反射レーザ検出器RLDは、反射レーザを検出する。この反射レーザ検出器RLDによって検出される反射レーザの強度によってレーザ顕微鏡(LSM:Laser Scanning Microscope)像を形成する。このLSM像もモニタMONに表示される。   The reflected laser of the laser beam LBEM returns on the same optical path, is separated and reflected by the half mirror HM3, and enters the reflected laser detector RLD. The reflected laser detector RLD detects the reflected laser. A laser scanning microscope (LSM) image is formed based on the intensity of the reflected laser detected by the reflected laser detector RLD. This LSM image is also displayed on the monitor MON.

この構成によって、サンプルSPLの上方の主面(第1の面)側からは電子ビームBEMを、サンプルSPLの下方の裏面(第2の面)側からはレーザビームLBEMを所望の位置、領域においてそれぞれ集束、走査、照射することができ、容易にSEM像やLSM像などを取得することができる。さらには、メカニカルプローバMPRを設けたことによって、これらメカニカルプローバMPRによって検出されたEBAC像の取得も可能とすることができる。   With this configuration, the electron beam BEM is applied from the upper main surface (first surface) side of the sample SPL and the laser beam LBEM is applied from the lower surface (second surface) side of the sample SPL to a desired position and region. Focusing, scanning, and irradiation can be performed respectively, and an SEM image, an LSM image, and the like can be easily obtained. Furthermore, by providing the mechanical prober MPR, it is possible to obtain an EBAC image detected by the mechanical prober MPR.

〈不良解析装置による解析例〉
図2〜図5は、図1の不良解析装置による解析手順の一例を示す説明図である。
<Example of analysis by defect analysis device>
2-5 is explanatory drawing which shows an example of the analysis procedure by the defect analysis apparatus of FIG.

図2は、解析位置へのアクセス手順の一例を示しており、図3は、EBAC解析による解析手順の一例を示している。図4は、OBIRCH解析による解析手順の一例を示しており、図5は、反応位置指定の手順を示している。   FIG. 2 shows an example of an access procedure to the analysis position, and FIG. 3 shows an example of an analysis procedure by EBAC analysis. FIG. 4 shows an example of an analysis procedure by OBIRCH analysis, and FIG. 5 shows a procedure for specifying a reaction position.

〈解析位置へのアクセス〉
まず、制御装置PCにインストールしたソフトウェアを起動する、あるいは、図示しないEWS(Engineering Work Station)にインストールされているソフトウェアを起動する。
<Access to analysis position>
First, the software installed in the control device PC is activated, or the software installed in an EWS (Engineering Work Station) (not shown) is activated.

EWSは、例えば、ネットワークなどを介して制御装置PCに接続されている。   The EWS is connected to the control device PC via, for example, a network.

ここで、制御装置PCにインストールされたソフトウェア、あるいは、EWSにインストールされているソフトウェアは、いわゆるレイアウトビューアと呼ばれるソフトウェアである(以下、レイアウトビューアという)。レイアウトビューアは、レイアウトデータなどに基づいて半導体装置のレイアウトを図形としてモニタMON上に表示するソフトウェアである。   Here, the software installed in the control device PC or the software installed in the EWS is software called a so-called layout viewer (hereinafter referred to as a layout viewer). The layout viewer is software that displays the layout of the semiconductor device as a graphic on the monitor MON based on layout data or the like.

レイアウトビューアが起動すると、その制御画面をモニタMONに表示させ、解析対象の半導体装置のレイアウトを呼び出してサンプルステージSSTと連動させるCAD(Computer Aided Design)ナビゲーション機能を適用する。   When the layout viewer is activated, its control screen is displayed on the monitor MON, and a CAD (Computer Aided Design) navigation function for calling the layout of the semiconductor device to be analyzed and interlocking with the sample stage SST is applied.

解析位置へのアクセスは、CADナビゲーション機能によって半導体チップ内で特徴的パターンを指定して半導体装置のレイアウトデータの座標系と半導体装置を載置しているサンプルステージSSTの座標系とを対応させる座標系ロックを実施する。   Access to the analysis position is performed by designating a characteristic pattern in the semiconductor chip by a CAD navigation function and associating the coordinate system of the layout data of the semiconductor device with the coordinate system of the sample stage SST on which the semiconductor device is mounted. Perform system lock.

以下、解析位置へのアクセスについて、図2を用いて説明する。   Hereinafter, access to the analysis position will be described with reference to FIG.

ローディングチャンバLCBを大気解放して扉を開け、該ローディングチャンバLCB内に設けられているチップホルダ(図示せず)にサンプルSPLである解析対象の半導体装置をセットし、図示しない真空ポンプを動作させてローディングチャンバLCBを真空排気する。ここで、半導体装置をセットしたチップホルダのことを、以下サンプルSPLと呼ぶことにする。   The loading chamber LCB is opened to the atmosphere, the door is opened, the semiconductor device to be analyzed, which is the sample SPL, is set in a chip holder (not shown) provided in the loading chamber LCB, and a vacuum pump (not shown) is operated. Then, the loading chamber LCB is evacuated. Here, the chip holder in which the semiconductor device is set is hereinafter referred to as a sample SPL.

続いて、ローディングチャンバLCB内の圧力が所定の真空度まで到達したら、ローディングチャンバLCBとメインチャンバである真空チャンバCHMとの間の真空バルブVAL3を開ける。そして、サンプルSPLを真空チャンバCHM内に導入し、サンプルホルダSHD上に載置する。   Subsequently, when the pressure in the loading chamber LCB reaches a predetermined degree of vacuum, the vacuum valve VAL3 between the loading chamber LCB and the vacuum chamber CHM which is the main chamber is opened. Then, the sample SPL is introduced into the vacuum chamber CHM and placed on the sample holder SHD.

サンプルステージSSTは、サンプルSPLがフォトン光学系FOTの光軸上に位置するように移動させ、レーザ発振器LAR2からレーザビームLBEMを射出させる。   The sample stage SST moves so that the sample SPL is positioned on the optical axis of the photon optical system FOT, and emits a laser beam LBEM from the laser oscillator LAR2.

射出したレーザビームLBEMは、ミラーMRR、ハーフミラーHM3、レーザ走査系SCN、および対物レンズLEN2などによって構成されたフォトン光学系FOTを用いてサンプルSPL内の半導体装置の裏面から集束、走査、照射する。   The emitted laser beam LBEM is focused, scanned, and irradiated from the back surface of the semiconductor device in the sample SPL using a photon optical system FOT including a mirror MRR, a half mirror HM3, a laser scanning system SCN, an objective lens LEN2, and the like. .

その反射強度をフォトン光学系FOTにおける対物レンズLEN2、およびハーフミラーHM1などの光路によって戻し、反射レーザ検出器RLDに導入する。これによって、図2(a)に示すように、半導体チップ全体のLSM像IMG1を取得する。ここで、図2の示す例では、特徴的パターンとして半導体チップの隅に形成されている位置合わせマークを使用することとする。   The reflected intensity is returned by an optical path such as the objective lens LEN2 and the half mirror HM1 in the photon optical system FOT, and introduced into the reflected laser detector RLD. As a result, as shown in FIG. 2A, an LSM image IMG1 of the entire semiconductor chip is acquired. Here, in the example shown in FIG. 2, an alignment mark formed at the corner of the semiconductor chip is used as a characteristic pattern.

取得したチップ全体のLSM像IMG1から最初の特徴的なマークを選択する。選択したマークの位置にサンプルステージSSTを移動させ、該マークを拡大するために、対物レンズLEN2を切り替えて倍率を上げる。そして、上記と同様に、フォトン光学系FOTを用いて、図2(b)に示すように、LSM像IMG2を取得する。   The first characteristic mark is selected from the acquired LSM image IMG1 of the entire chip. The sample stage SST is moved to the position of the selected mark, and in order to enlarge the mark, the objective lens LEN2 is switched to increase the magnification. In the same manner as described above, the LSM image IMG2 is acquired using the photon optical system FOT as shown in FIG.

この時、モニタMONには、取得したLSM像IMG2とレイアウト像とを並べて表示している。それらの画像に表示されているマークMK1の適当な位置を、例えばモニタMONの画面上にてLSM像IMG2上のマウスカーソルを操作して指定する。   At this time, the acquired LSM image IMG2 and the layout image are displayed side by side on the monitor MON. An appropriate position of the mark MK1 displayed in those images is designated by operating the mouse cursor on the LSM image IMG2 on the screen of the monitor MON, for example.

制御装置PCは、指定されたマウスカーソルの位置から、サンプルステージSSTにおけるステージ座標を計算する。この計算結果は、例えば、制御装置PCに内蔵されているハードディスクなどの記憶装置に格納される。   The control device PC calculates stage coordinates in the sample stage SST from the designated mouse cursor position. This calculation result is stored, for example, in a storage device such as a hard disk built in the control device PC.

さらに、レイアウト像内で同じようにマウスカーソルで対応するマークMK1の位置を指定することで、制御装置PCは、指定されたレイアウト座標を計算し、同様に、算出したレイアウト座標を記憶装置に格納する。   Further, by similarly designating the position of the corresponding mark MK1 with the mouse cursor in the layout image, the control device PC calculates the designated layout coordinates and similarly stores the calculated layout coordinates in the storage device. To do.

続いて、LSM像IMG1から2つめの特徴的なマークMK2を選択し、該マークMK2の位置にサンプルステージSSTを移動させて対物レンズLEN2を切り替えて倍率を上げ、フォトン光学系FOTを用いて、図2(c)に示すように、LSM像IMG3を取得する。   Subsequently, the second characteristic mark MK2 is selected from the LSM image IMG1, the sample stage SST is moved to the position of the mark MK2, the objective lens LEN2 is switched to increase the magnification, and the photon optical system FOT is used. As shown in FIG. 2C, an LSM image IMG3 is acquired.

モニタMONに表示されているマークMK2の適当な位置を、LSM像IMG2上のマウスカーソルを操作して指定する。制御装置PCは、指定されたマウスカーソルの位置から、サンプルステージSSTにおけるステージ座標を計算し、記憶装置に格納する。   An appropriate position of the mark MK2 displayed on the monitor MON is designated by operating the mouse cursor on the LSM image IMG2. The control device PC calculates the stage coordinates in the sample stage SST from the position of the designated mouse cursor and stores it in the storage device.

同様に、レイアウト像においてもマウスカーソルで対応するマークMK2の位置を指定して指定されたレイアウト座標を計算し、算出したレイアウト座標を記憶装置に格納する。   Similarly, in the layout image, the designated layout coordinates are calculated by designating the position of the corresponding mark MK2 with the mouse cursor, and the calculated layout coordinates are stored in the storage device.

図2(b)および図2(c)と同様に、LSM像IMG1から3つめの特徴的なマークMK3を選択し、フォトン光学系FOTを用いて、図2(d)に示すように、LSM像IMG4を取得する。マークMK3についても、ステージ座標、およびレイアウト座標をそれぞれ計算し、記憶装置に格納する。   Similar to FIGS. 2B and 2C, the third characteristic mark MK3 is selected from the LSM image IMG1, and the photon optical system FOT is used to select the LSM as shown in FIG. An image IMG4 is acquired. Also for the mark MK3, stage coordinates and layout coordinates are calculated and stored in the storage device.

制御装置PCは、変換係数に基づいてステージ座標をレイアウト座標に変換し、座標ロックが完了する。変換係数は、該制御装置PCに組み込まれた制御プログラムなどが有する。これにより、観察している半導体チップの領域がレイアウト上のどの位置に相当するのかを特定することができる。   The control device PC converts the stage coordinates into layout coordinates based on the conversion coefficient, and the coordinate lock is completed. The conversion coefficient is included in a control program incorporated in the control device PC. As a result, it is possible to specify the position on the layout corresponding to the observed area of the semiconductor chip.

ここでは、半導体チップがZ方向に傾いている可能性も考慮して、3つのマークMK1〜MK3の位置を指定したが、2つのマークを用いて座標ロックを行うようにしてもよい。   Here, considering the possibility that the semiconductor chip is tilted in the Z direction, the positions of the three marks MK1 to MK3 are specified, but coordinate lock may be performed using the two marks.

ここまででは、サンプルSPLにおけるショート箇所の特定はできていないが、不良に絡む配線は特定されており、その配線のレイアウト座標は分かっている。よって、その位置を指定することで変換係数に従ってステージ座標が計算され、その位置がフォトン光学系FOTの光軸の中心となるようにサンプルステージSSTが移動し、そこでのLSM像LSMIを、図2(e)に示すように取得する。これは半導体チップ裏面からの取得像であり、表示されるのは半導体装置のゲート層の画像である。   Up to this point, the short portion in the sample SPL has not been specified, but the wiring involved in the defect has been specified, and the layout coordinates of the wiring are known. Therefore, the stage coordinates are calculated according to the conversion coefficient by designating the position, and the sample stage SST moves so that the position becomes the center of the optical axis of the photon optical system FOT, and the LSM image LSMI there is shown in FIG. Obtain as shown in (e). This is an acquired image from the back surface of the semiconductor chip, and what is displayed is an image of the gate layer of the semiconductor device.

〈EBAC解析の一例〉
図3は、EBAC解析の一例を示す説明図である。
<Example of EBAC analysis>
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of EBAC analysis.

次工程であるEBAC解析では、半導体装置(サンプルSPL)の配線に、メカニカルプローバMPRによって直接針当てをするダイレクトプロービング方式を採用している。   In the EBAC analysis, which is the next process, a direct probing method is used in which a probe is directly applied to the wiring of the semiconductor device (sample SPL) by a mechanical prober MPR.

前述したように、メカニカルプローバMPRは、真空チャンバCHM内に格納されており、電子光学系OPTからの集束した電子ビームBEMによるSEM像を観察しながら針位置を操作する。これによって、微細な配線へのダイレクトプロービングを可能とすることができる。   As described above, the mechanical prober MPR is housed in the vacuum chamber CHM, and operates the needle position while observing the SEM image by the focused electron beam BEM from the electron optical system OPT. This enables direct probing to fine wiring.

サンプルSPLの表面側は、解析対象の配線各層が含まれており、所定の配線層に針当てが可能な層まで上層膜を機械的に研磨、あるいは、プラズマ加工によって配線各層を露出させた状態までエッチングした状態とする。ここでは、所定の配線層まで機械的に研磨した状態のサンプルSPLの解析について説明する。   The surface side of the sample SPL includes the wiring layers to be analyzed, and the upper layer film is mechanically polished to a layer that can be needled to a predetermined wiring layer, or the wiring layers are exposed by plasma processing It is set as the state etched to. Here, the analysis of the sample SPL in a state where the predetermined wiring layer is mechanically polished will be described.

最初に針当てを実施する配線層のレイアウト像LOIを、図3(a)に示すように、モニタMONに表示し、図3(a)におけるレイアウト像LOIの中で解析対象配線HP57を制御装置PCのGUI(Graphic User Interface)やキーボードなどによりレイアウトビューアを操作し、ハイライト表示して顕在化させる。この時のレイアウト表示位置は、図2(e)においてサンプルステージSSTを移動したステージ座標に対応するレイアウト座標を中心として表示している。   As shown in FIG. 3A, the layout image LOI of the wiring layer for which needle contact is first performed is displayed on the monitor MON, and the analysis target wiring HP57 in the layout image LOI in FIG. A layout viewer is operated with a GUI (Graphic User Interface) or a keyboard of a PC, and is highlighted to be revealed. The layout display position at this time is displayed around the layout coordinates corresponding to the stage coordinates where the sample stage SST is moved in FIG.

続いて、電子ビームBEMを電子光学系OPTによって集束、走査、照射してサンプルSPL表面から2次電子を放出させる。放出した2次電子は、2次電子検出器EDTにより捕捉して電子ビームBEMの走査に同期させて強度変化を表示する。これによって、図3(b)に示すSEM像SMIを取得する。図3(a)に示すモニタMON上に表示しているレイアウト像LOIを参照して解析対象配線HP57にSEM像で先端を観察しつつ、メカニカルプローバMPRをタッチダウンさせる。   Subsequently, the electron beam BEM is focused, scanned, and irradiated by the electron optical system OPT to emit secondary electrons from the surface of the sample SPL. The emitted secondary electrons are captured by the secondary electron detector EDT, and the intensity change is displayed in synchronization with the scanning of the electron beam BEM. As a result, the SEM image SMI shown in FIG. With reference to the layout image LOI displayed on the monitor MON shown in FIG. 3A, the mechanical prober MPR is touched down while observing the tip of the analysis target wiring HP57 with the SEM image.

電子ビームBEMを走査してタッチダウンしたメカニカルプローバMPRから解析対象配線HP57に吸収された電流を検出する。検出した電流は、メカニカルプローバMPRの直後に設けられたヘッドアンプHAPによって増幅された後、メインアンプMAPによってさらに増幅され、電子ビーム走査に同期した電流像であるEBAC像EBI(図3(c))にて解析対象のEBAC配線反応HPR58を観察する。   The current absorbed in the analysis target wiring HP57 is detected from the mechanical prober MPR touched down by scanning the electron beam BEM. The detected current is amplified by a head amplifier HAP provided immediately after the mechanical prober MPR, further amplified by the main amplifier MAP, and an EBAC image EBI that is a current image synchronized with electron beam scanning (FIG. 3C). ) Observe the EBAC wiring reaction HPR58 to be analyzed.

モニタMONにてGUIを操作し、図3(d)に示すように、EBAC像EBIを低倍にして観察し、解析対象EBAC配線反応HPR58以外の配線形状を観察する。これがショート相手EBAC配線反応HPR59となる。   The GUI is operated on the monitor MON, and the EBAC image EBI is observed at a low magnification as shown in FIG. 3D, and the wiring shapes other than the analysis target EBAC wiring reaction HPR58 are observed. This is the short partner EBAC wiring reaction HPR59.

解析対象配線とショート相手配線との位置関係を観察するため、図3(e)に示すように、さらに低倍のEBAC像EBIを観察する。これにより、長距離量配線が併走しており、そのどこかにショートが存在していることは分かる。   In order to observe the positional relationship between the analysis target wiring and the short mating wiring, a further reduced EBAC image EBI is observed, as shown in FIG. As a result, it can be seen that the long distance wiring runs side by side and a short circuit exists somewhere.

しかし、EBAC解析では、ショートしている配線のどの位置からも注入した電子ビーム電流が流れ込み、その横を解析対象配線は走って、そちらにも電子ビーム電流が流れ込む。その状態で、下層に潜った配線の併走については電子ビームの物質内でのカスケード散乱の影響もあって像分解能が低下するため、併走配線は通常1本のEBAC反応としか観察できず、ショート箇所を特定することができない。   However, in the EBAC analysis, the injected electron beam current flows from any position of the short-circuited wiring, the wiring to be analyzed runs beside it, and the electron beam current flows there. In this state, the parallel wiring of the underlying layer is affected by cascade scattering in the material of the electron beam, and the image resolution is reduced. Therefore, the parallel wiring can usually be observed as only one EBAC reaction, and the short circuit The location cannot be specified.

レイアウト像LOIにおいても、図3(f)に示すように、配線併走部HP60については確認しておく。これで両配線の全体像も確認して、両配線が針当て可能なように露出している箇所を捜す。   Also in the layout image LOI, the wiring parallel portion HP60 is confirmed as shown in FIG. This also confirms the overall image of both wires, and searches for an exposed part so that both wires can be struck.

〈OBIRCH解析の一例〉
図4は、OBIRCH解析の一例を示す説明図である。
<Example of OBIRCH analysis>
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of OBIRCH analysis.

次の工程のOBIRCH解析は、これは以下の手順で進める。   The OBIRCH analysis of the next step proceeds with the following procedure.

まず、解析対象配線レイアウトHPL61とショート相手配線レイアウトHPL62のレイアウト像LOIは、図3(f)において両配線の露出している箇所を確認しているので、図4(a)に示すように、その箇所のレイアウト像をモニタMON上に表示する。図4(a)では、両配線が分岐している箇所がそれに当たる場合であり、分岐部を表示している。   First, the layout image LOI of the analysis target wiring layout HPL61 and the short counterpart wiring layout HPL62 confirms the exposed part of both wirings in FIG. 3 (f), so as shown in FIG. The layout image at that location is displayed on the monitor MON. FIG. 4A shows a case where a portion where both wirings are branched corresponds to the branch portion.

そして、メカニカルプローバMPRにて針当てする際にSEM像で観察倍率と同じ倍率にモニタMON表示されているレイアウトビューアのGUIを操作し、図4(b)に示すようにレイアウト像LOIも拡大して両配線を表示する。   When the needle is touched by the mechanical prober MPR, the GUI of the layout viewer displayed on the monitor MON at the same magnification as the observation magnification in the SEM image is operated, and the layout image LOI is also enlarged as shown in FIG. 4B. Display both wires.

SEM像を取得して針当てする配線を確認し、図4(c)に示すようにSEM像SMIを見ながら、解析対象配線HP57とショート相手配線HP63にそれぞれに針当てする。   The SEM image is acquired and the wiring to be applied with the needle is confirmed. As shown in FIG. 4C, while the SEM image SMI is viewed, the wiring is applied to the analysis target wiring HP57 and the short mating wiring HP63.

所定の2本のメカニカルプローバMPR間に電圧を加え、電流を流した状態で、レーザ発振器LAR2から発生させたレーザ、すなわちレーザビームLBEMをフォトン光学系FOTでサンプルSPLに装着されている半導体装置の裏面から集束、走査、照射する。   A semiconductor device in which a laser generated from a laser oscillator LAR2, that is, a laser beam LBEM, is applied to a sample SPL by a photon optical system FOT while a voltage is applied between two predetermined mechanical probers MPR and a current flows. Focus, scan, and irradiate from the back.

これにより、流れている電流のレーザ加熱による変化を、EBAC解析時と同様にヘッドアンプHAP,およびメインアンプMAPにより増幅し、それをレーザ走査に同期した2次元画像とすることによりOBIRCH解析が実施される。   As a result, the change of the flowing current due to laser heating is amplified by the head amplifier HAP and the main amplifier MAP in the same manner as in the EBAC analysis, and is converted into a two-dimensional image synchronized with the laser scanning, so that the OBIRCH analysis is performed. Is done.

この時、メカニカルプローバMPRによって針当てしている箇所では、図4(d)に示すように、針当て部OBIRCH反応OB64を観察することが多いが、そこから延びる電流経路を示すOBIRCH反応OB65も観察できる。このOBIRCH反応OB65は、途中で折り返してきているが、OBIRCH反応は、電流の流れる経路を示しており、この折り返し部が配線間のショート箇所に相当することになる。   At this time, as shown in FIG. 4 (d), the needle contact portion OBIRCH reaction OB64 is often observed at the location where the needle is touched by the mechanical prober MPR, but the OBIRCH reaction OB65 indicating the current path extending therefrom is also observed. I can observe. The OBIRCH reaction OB65 is turned back halfway, but the OBIRCH reaction shows a path through which a current flows, and this turned-back portion corresponds to a short-circuit portion between the wirings.

折り返し部のOBIRCH像を、対物レンズLEN2を切り替え、サンプルステージSSTの位置を補正した上で焦点合わせを実施し、図4(e)に示すように、拡大してOBIRCH像OBIをモニタMONに表示する。   The OBIRCH image of the folded portion is switched after the objective lens LEN2 is switched and the position of the sample stage SST is corrected, and as shown in FIG. 4E, the OBIRCH image OBI is enlarged and displayed on the monitor MON. To do.

さらに、走査したレーザの反射光を反射レーザ検出器RLDによって検出することでLSM像を取得し、図4(f)に示すように、そのLSM画像をOBIRCH像に重畳して合成し、画像OLIとして記録のために制御装置PCのハードディスクなどの記憶装置に保存する。   Furthermore, an LSM image is obtained by detecting reflected light of the scanned laser by the reflected laser detector RLD, and the LSM image is superimposed on the OBIRCH image and synthesized as shown in FIG. For storage in a storage device such as a hard disk of the control device PC.

〈反応位置指定の例〉
図5は、反応位置指定の一例を示す説明図である。
<Example of reaction position specification>
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of reaction position designation.

ここまでによってショート箇所の特定はできたが、この状態では不良位置特定工程の次に控えている物理解析工程で、その位置を観察すればよいのかの情報が得られない。そこで、反応位置指定を行う。   Although the short part has been specified so far, in this state, it is not possible to obtain information on whether or not the position should be observed in the physical analysis process that is reserved after the defective position specifying process. Therefore, the reaction position is designated.

まず、図4(d)において取得したOBIRCH像OBIに対して、同じ倍率で同じ位置のSEM像を取得し、図5(a)に示すように重畳画像OBSを合成して保存する。続いて、折り返し部に相当する位置を中心とした適当なパターン(ここでは、例えば中心に向かうライン状のパターンを採用)を形成するが、これにはEBCVD(Electron Beam Chemical Vapor Deposition)を適用している。   First, an SEM image at the same position is acquired with respect to the OBIRCH image OBI acquired in FIG. 4D, and the superimposed image OBS is synthesized and stored as shown in FIG. Subsequently, an appropriate pattern (here, for example, a line-shaped pattern toward the center) is formed around the position corresponding to the folded portion. For this, EBCVD (Electron Beam Chemical Vapor Deposition) is applied. ing.

ここで使用するCVDガスは、例えば、タングステンをデポジションするW(CO)6やCH成分をデポジションするアルケン類などがあり、単にパターンを形成するためで抵抗を問題にしない場合には、各種のガスから選択が可能である。   The CVD gas used here includes, for example, W (CO) 6 for depositing tungsten and alkenes for depositing a CH component. It is possible to select from these gases.

このCVDガスをガスインジェクタGIGにより真空チャンバCHM内に流量制御しながら導入しながら、電子ビームBEMを形成するパターンに集束、走査、照射し、CVDガスを分解してパターンを形成する。この形成したパターンは、図5(b)に示すようにEBCVDマークECM66として物理解析工程でこの部分の断面を作製するような場合に活用可能となる。   While introducing this CVD gas into the vacuum chamber CHM while controlling the flow rate in the vacuum chamber CHM by the gas injector GIG, the pattern is formed by converging, scanning and irradiating the pattern to form the electron beam BEM, and decomposing the CVD gas. The formed pattern can be utilized when a cross section of this portion is produced in the physical analysis step as the EBCVD mark ECM 66 as shown in FIG.

また、物理解析工程でもレイアウトビューアなどによってレイアウトデータを使用できるような場合には、図5(c)に示すように解析対象配線HP57とショート相手配線HP63がショートしている箇所のレイアウト像LOIを表示して、ショート箇所のレイアウト座標を表示する。そして、それを記録することで、物理解析において解析箇所へのアクセスすることも可能となる。   Further, when layout data can be used by a layout viewer or the like in the physical analysis process, a layout image LOI of a portion where the analysis target wiring HP57 and the short partner wiring HP63 are short-circuited as shown in FIG. Display the layout coordinates of the short part. And by recording it, it becomes possible to access the analysis location in the physical analysis.

以上のような手順を踏む解析処理に従えば、1つの不良解析装置FSKにおいて座標系を互いにロックして、配線へのダイレクトプロービングによってEBAC解析してショート相手配線を認識、ショート配線同士へのその場でのダイレクトプロービングによってOBIRCH解析してショート箇所を特定、さらに、ショート箇所にマーク形成あるいはレイアウト座標の認識を行うことができる。   According to the analysis process following the above procedure, the coordinate systems are locked to each other in one defect analysis device FSK, EBAC analysis is performed by direct probing to the wiring, the short partner wiring is recognized, and the short wiring is connected to each other. OBIRCH analysis can be performed by direct probing in the field to identify a short portion, and further, mark formation or layout coordinate recognition can be performed at the short portion.

これらのように、SEMにより観察しながらのメカニカルプローバMPRによる針当てが可能となるので、電子ビームBEMを用いた解析後にレーザビームLBEMを用いた解析を実施する際、解析対象の配線に直接針当てを可能とすることができる。これによって、真空チャンバから取り出してFIBなどにより配線にパッドを形成していた工程などを不要とすることができ、この工程で要していた時間を省くことができる。よって、サンプルSPLにおける解析時間を短縮することができる。   As described above, since it is possible to perform needle contact with the mechanical prober MPR while observing with the SEM, when the analysis using the laser beam LBEM is performed after the analysis using the electron beam BEM, the needle is directly connected to the wiring to be analyzed. You can make a guess. As a result, it is possible to eliminate the process of taking out the pads from the vacuum chamber and forming the pads on the wiring by FIB or the like, and the time required for this process can be saved. Therefore, the analysis time in the sample SPL can be shortened.

以上のように、本実施の形態1の不良解析装置は、真空排気される真空チャンバ(真空チャンバCHM)と、ステージ(サンプルステージSST)と、電子光学系(電子光学系OPT)と、検出器(2次電子検出器EDT)と、ガスインジェクタ(ガスインジェクタGIG)と、メカニカルプローバ(MPR)と、定盤(定盤PLT)と、第1の除振台(除振台RVB)と、レーザ発振器(レーザ発振器LAR1,LAR2)と、フォトン光学系(フォトン光学系FOT)と、光学系ステージ(光学系ステージSTG)と、反射レーザ検出器(反射レーザ検出器RLD)と、赤外線カメラ(赤外線カメラICAM)とを有する。   As described above, the failure analysis apparatus according to the first embodiment includes a vacuum chamber (vacuum chamber CHM) to be evacuated, a stage (sample stage SST), an electron optical system (electron optical system OPT), and a detector. (Secondary electron detector EDT), gas injector (gas injector GIG), mechanical prober (MPR), surface plate (surface plate PLT), first vibration isolation table (vibration isolation table RVB), laser Oscillators (laser oscillators LAR1, LAR2), photon optical system (photon optical system FOT), optical system stage (optical system stage STG), reflection laser detector (reflection laser detector RLD), infrared camera (infrared camera) ICAM).

ステージは、真空チャンバ内に設けられ、解析対象となるサンプル(サンプルSPL)を載置して移動させる。電子光学系は、真空チャンバ内に設けられ、電子線を集束、走査、照射する。検出器は、真空チャンバ内に設けられ、電子線照射によって発生する2次電子を検出する。   The stage is provided in the vacuum chamber and places and moves a sample (sample SPL) to be analyzed. The electron optical system is provided in a vacuum chamber and focuses, scans, and irradiates an electron beam. The detector is provided in the vacuum chamber and detects secondary electrons generated by electron beam irradiation.

ガスインジェクタは、真空チャンバ内に設けられ、電子線照射によって分解、および固着するガスを供給する。メカニカルプローバは、サンプルの表面をプロービングする。定盤は、真空チャンバを積載する。第1の除振台は、定盤から伝わる振動が真空チャンバに伝わることを防止する。レーザ発振器は、レーザビーム(レーザビームLBEM)を発振して射出する。フォトン光学系は、真空チャンバの下方に設けられ、レーザ発振器から射出されたレーザビームを集束させてサンプルに照射する。   The gas injector is provided in a vacuum chamber and supplies a gas that is decomposed and fixed by electron beam irradiation. A mechanical prober probes the surface of the sample. The platen is loaded with a vacuum chamber. The first vibration isolation table prevents vibration transmitted from the surface plate from being transmitted to the vacuum chamber. The laser oscillator oscillates and emits a laser beam (laser beam LBEM). The photon optical system is provided below the vacuum chamber, focuses the laser beam emitted from the laser oscillator, and irradiates the sample.

光学系ステージは、フォトン光学系を移動させる。反射レーザ検出器は、サンプルから反射した反射光を検出し、レーザ顕微鏡像(LSM像)を形成する。赤外線カメラは、サンプルから発生する光を検出する。また、真空チャンバは、底面に光を透過させる材質からなる真空窓を有し、フォトン光学系から射出されるレーザビームを真空窓を介してサンプルに照射する。   The optical system stage moves the photon optical system. The reflected laser detector detects the reflected light reflected from the sample and forms a laser microscope image (LSM image). The infrared camera detects light generated from the sample. The vacuum chamber has a vacuum window made of a material that transmits light on the bottom surface, and irradiates the sample with a laser beam emitted from the photon optical system through the vacuum window.

本実施の形態1の半導体装置の不良解析方法は、以下のステップを有する。   The semiconductor device failure analysis method according to the first embodiment includes the following steps.

真空チャンバ(真空チャンバCHM)内のステージに載置した解析対象であるサンプル(サンプルSPL)への電子光学系(電子光学系OPT)による電子ビーム(電子ビームBEM)の照射、走査から得られる走査電子顕微鏡像とレイアウト像とを対照して、電子光学系側のステージ座標系とレイアウト座標系とを対応させる座標系ロックを行う。   Scanning obtained by irradiating and scanning an electron beam (electron beam BEM) by an electron optical system (electron optical system OPT) onto a sample (sample SPL) to be analyzed placed on a stage in a vacuum chamber (vacuum chamber CHM) By contrasting the electron microscope image and the layout image, a coordinate system lock is performed to associate the stage coordinate system on the electron optical system side with the layout coordinate system.

また、EBAC解析を行うステップは、以下のステップを有する。   The step of performing EBAC analysis includes the following steps.

サンプルの解析対象配線に真空チャンバ内に設置した第1のメカニカルプローバ(メカニカルプローバMPR)の針を接触させる。電子ビームを集束、走査、照射した状態で、接触させた第1のメカニカルプローバが検出する解析対象配線に吸収された電子ビーム電流の変化から第1の電流像を取得し、第1の電流像とレイアウトデータとを対照して、解析対象配線と短絡している短絡配線を特定する。   A needle of a first mechanical prober (mechanical prober MPR) installed in the vacuum chamber is brought into contact with the sample analysis wiring. A first current image is obtained from a change in the electron beam current absorbed in the analysis target wiring detected by the contacted first mechanical prober in a state in which the electron beam is focused, scanned, and irradiated, and the first current image is obtained. And the layout data, the short-circuit wiring that is short-circuited with the analysis target wiring is specified.

OBIRCH解析を行うステップは、以下のステップを有する。   The step of performing the OBIRCH analysis includes the following steps.

短絡配線に第2のメカニカルプローバの針を接触させる。第1のメカニカルプローバと第2のメカニカルプローバとの間に電圧を印加することにより流れる電流の変化から電流像を取得し、短絡配線の短絡位置を特定する。   The needle of the second mechanical prober is brought into contact with the short-circuit wiring. By applying a voltage between the first mechanical prober and the second mechanical prober, a current image is acquired from a change in the flowing current, and the short-circuit position of the short-circuit wiring is specified.

さらに、解析マークを形成するステップは、以下のステップを有する。   Further, the step of forming the analysis mark includes the following steps.

真空チャンバ内に膜析出ガス(CVDガス)を導入し、特定した短絡配線の短絡位置近傍に電子ビームを照射して析出膜を形成し、サンプル上に解析マークを形成する。   A film deposition gas (CVD gas) is introduced into the vacuum chamber, an electron beam is irradiated in the vicinity of the short-circuit position of the identified short-circuit wiring to form a deposited film, and an analysis mark is formed on the sample.

その他、前記実施の形態に記載された一部を以下に記載する。   In addition, a part described in the above embodiment will be described below.

不良解析装置において、フォトン光学系は、サンプルにレーザビームを集束させる対物レンズの先端部に固浸レンズを有し、固浸レンズは、サンプルにレーザビームを集束させる際に真空窓に密着させる。また、真空窓は、シリコンからなる。   In the defect analysis apparatus, the photon optical system has a solid immersion lens at the tip of the objective lens that focuses the laser beam on the sample, and the solid immersion lens is brought into close contact with the vacuum window when the laser beam is focused on the sample. The vacuum window is made of silicon.

(実施の形態2)
〈概要〉
本実施の形態2では、図1の不良解析装置FKSを用いて、SDL(Soft Defect Localization)解析を適用する場合について説明する。
(Embodiment 2)
<Overview>
In the second embodiment, a case will be described in which SDL (Soft Defect Localization) analysis is applied using the defect analysis apparatus FKS of FIG.

ここで、SDL解析とは、サンプルの1点にレーザを照射した時点でテストパターンを掃引し、テスト結果であるパス/フェイルを判定して、それをサンプルの各点について実施し、レーザ走査に同期させたテスタのパス/フェイル変化画像を形成してマージン性不良位置を特定する解析手法である。   Here, the SDL analysis means that a test pattern is swept when a laser beam is irradiated on one point of a sample, a pass / failure that is a test result is determined, and each point of the sample is performed, and laser scanning is performed. This is an analysis method in which a pass / fail change image of a synchronized tester is formed to identify a marginal defect position.

この時、テスタのシュムープロットを取得して温度変化によってパス/フェイルが変化する、つまり、温度変化でそのサンプルが不良になるかならないかの境界条件に電圧と周波数等のテスタ条件を設定している。   At this time, the tester's shmoo plot is obtained, and pass / fail changes with temperature change.In other words, the tester conditions such as voltage and frequency are set as the boundary condition that the sample may become defective due to temperature change. ing.

従って、不良の要因でない箇所にレーザをスポット照射して温度を上げてもテスタ出力のパス/フェイルは変化しないが、例えば不良の要因となっている高抵抗のビアが存在する箇所にレーザをスポット照射してテスティングするとパス/フェイルが変化することがある。   Therefore, even if the laser beam is irradiated to a spot that is not the cause of the defect and the temperature is raised, the pass / fail of the tester output does not change. Pass / fail may change when tested by irradiation.

このパス/フェイルが変化するレーザスポットの位置が不良に絡む位置であり、ここをさらに詳細に解析して不良位置を特定していく。このSDL解析で反応しやすい不良は配線系の高抵抗部であり、ビアである頻度が高いことが知られている。ただし、SDL解析で検出するSDL反応は、レーザビームのスポット径に熱の広がり分が加わり、しかも、サンプル裏面からのレーザビーム照射のため、数ミクロンの広がりをもつ。微細化した近年の半導体装置では、その反応領域の中に多数のビアが含まれることになり、不良ビアを特定することが困難である。   The position of the laser spot where the pass / fail changes is a position where the defect is involved, and this is analyzed in more detail to identify the defect position. It is known that a defect that easily reacts in this SDL analysis is a high resistance portion of the wiring system, and the frequency of vias is high. However, the SDL reaction detected by the SDL analysis has a spread of several microns due to the laser beam irradiation from the back surface of the sample, with the addition of heat spread to the spot diameter of the laser beam. In recent miniaturized semiconductor devices, a large number of vias are included in the reaction region, and it is difficult to specify a defective via.

このため、SDL反応を検出した箇所についての論理解析やレイアウト解析を実施し、さらには、電子ビームを使って内部波形を観測するEBテスティングと呼ばれる別の解析を実施することにより、不良ビアの特定を進めている。それにより、解析には多くの時間を要している。   For this reason, by performing logic analysis and layout analysis on the location where the SDL reaction is detected, and further performing another analysis called EB testing that observes the internal waveform using an electron beam, We are proceeding with identification. As a result, the analysis takes a lot of time.

これに対して、以下に示す本実施の形態2では、SDL反応の検出から不良に絡む可能性の高いビアまでの特定に対して、図1の不良解析装置FKSを適用することにより、解析時間を短縮することが可能となる。   On the other hand, in the second embodiment shown below, the analysis time is obtained by applying the failure analysis apparatus FKS of FIG. 1 to the identification from the detection of the SDL reaction to the via that is likely to be involved in the failure. Can be shortened.

〈SDL解析の一例〉
図6は、図1の不良解析装置によるSDL解析の一例を示す説明図である。SDL解析は、以下の工程により解析を進める。
<Example of SDL analysis>
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of SDL analysis by the failure analysis apparatus of FIG. The SDL analysis proceeds with the following steps.

〈SDL反応検出〉
取得するSDL反応取得には、不良解析装置FKS(図1)に半導体装置を動作させるためのソケット、ボード、ケーブルなどの治具類を組み込み、それをテスタに繋いでテストプログラムを動作させて、レーザ照射によるパス/フェイル判定を2次元画像化してもよい。
<SDL reaction detection>
To acquire the SDL reaction, jigs such as sockets, boards, and cables for operating the semiconductor device are incorporated into the failure analysis device FKS (FIG. 1), and connected to a tester to operate the test program. Pass / fail judgment by laser irradiation may be made into a two-dimensional image.

しかし、実際には、治具類を真空内に持ち込むことによる脱ガスの問題や、対物レンズの作動距離の問題などで、図1の不良解析装置FKSにSDL解析のための半導体装置動作環境を組み込むことに困難が生じる。   However, in reality, due to the problem of degassing by bringing jigs into the vacuum or the problem of the working distance of the objective lens, the failure analysis apparatus FKS in FIG. 1 has a semiconductor device operating environment for SDL analysis. Difficult to incorporate.

このため、テスタとリンクした別装置でSDL反応を検出している。一例として、別装置であるSDL解析装置にてSDL反応SDL67を取得した像にLSM像を重ねた画像IMGを図6(a)に示している。   For this reason, the SDL reaction is detected by a separate device linked to the tester. As an example, FIG. 6A shows an image IMG obtained by superimposing an LSM image on an image obtained by acquiring an SDL reaction SDL67 by an SDL analysis device which is another device.

SDL反応位置にレーザを照射すると、テスタ出力のパス/フェイルが変化しており、想定されるのは、このSDL反応の中に含まれるビアの1つの抵抗がレーザの照射によって変化していることである。   When the SDL reaction position is irradiated with a laser, the pass / fail of the tester output changes, and it is assumed that the resistance of one via included in the SDL reaction is changed by the laser irradiation. It is.

〈反応領域内ビアの抽出例〉
続いて、レイアウトビューアにおいて、レイアウト像LOIをモニタMON上に表示し、光学系ステージSTG上に載置されたフォトン光学系FOTの画像の座標系とレイアウト像の座標系を対応(=座標系ロック)させて、図6(b)に示すように、SDL反応領域SDL68に含まれるビアを抽出する。
<Extraction example of via in reaction area>
Subsequently, in the layout viewer, the layout image LOI is displayed on the monitor MON, and the coordinate system of the image of the photon optical system FOT placed on the optical system stage STG corresponds to the coordinate system of the layout image (= coordinate system lock). And vias included in the SDL reaction region SDL 68 are extracted as shown in FIG.

座標系をロックすれば、フォトン光学系FOTの座標系で指定した領域をレイアウト座標系に変換して、レイアウトデータ内の領域として指定することができ、その中に含まれるビアを抽出するのはレイアウトデータを処理する各種のレイアウトビューアで実行可能である。この例では、図6(b)の右側の拡大図に示すように、SDL反応領域SDL68に含まれるビアの数は、例えば、30個程となっている。   If the coordinate system is locked, the area specified in the coordinate system of the photon optical system FOT can be converted into the layout coordinate system and specified as an area in the layout data, and the vias included in it can be extracted. It can be executed by various layout viewers that process layout data. In this example, as shown in the enlarged view on the right side of FIG. 6B, the number of vias included in the SDL reaction region SDL68 is, for example, about 30.

〈反応領域内ビアから伸びる配線抽出例〉
抽出したビアに接続している配線の抽出もレイアウトビューアに装備されている等電位追跡機能などを用いて実行することができる。最近では、ビアの抽出とそこに繋がる配線の抽出を比較的簡便な操作で実行可能なGUIを装備した解析支援システム、あるいは、レイアウトビューアそれ自体にその機能を持たせたものもある。ここで、ビアの数は30個程であったが、それらに繋がる配線としては、図6(c)に示すように、配線A69−1から配線F69−6までの6本が抽出されている。
<Example of extraction of wiring extending from via in reaction area>
Extraction of the wiring connected to the extracted via can also be executed using an equipotential tracking function provided in the layout viewer. Recently, there are analysis support systems equipped with a GUI that can extract vias and wirings connected to the vias with relatively simple operations, or layout viewers that have the function. Here, although the number of vias was about 30, as the wiring connected to them, as shown in FIG. 6C, six wirings from the wiring A69-1 to the wiring F69-6 are extracted. .

〈レーザ照射有無による配線形状のEBAC解析例〉
この例では、SDL反応領域SDL68へのレーザの照射によってテスタのパス/フェイルが変化しており、その領域に含まれるビアの1つに何らかの異常があると考えるべきであり、その時に抵抗変化が生じているとすれば、その解析に不良解析装置FKSを用いてEBAC解析を適用するのが妥当である。
<Example of EBAC analysis of wiring shape with and without laser irradiation>
In this example, the tester pass / fail is changed by laser irradiation to the SDL reaction region SDL68, and it should be considered that there is some abnormality in one of the vias included in the region. If it occurs, it is appropriate to apply the EBAC analysis to the analysis using the failure analysis device FKS.

ただし、不良解析装置FKSによるEBAC解析では、配線にメカニカルプローバMPRにて針当てすることが必要であり、SDL反応を検出した後、一度サンプルSPLを取り出して表層の絶縁層と配線層を除去し、再度、サンプルSPLを、ローディングチャンバLCBを介して真空チャンバCHMへ導入している。   However, in the EBAC analysis by the defect analysis device FKS, it is necessary to apply a needle to the wiring with the mechanical prober MPR. After detecting the SDL reaction, the sample SPL is taken out once and the insulating layer and the wiring layer on the surface layer are removed. Again, the sample SPL is introduced into the vacuum chamber CHM via the loading chamber LCB.

ビアを抽出した時点でレイアウト上のSDL反応領域SDL68の座標が判明しているので、そこがフォトン光学系FOTの光軸の近傍になるようにサンプルステージSSTを操作し、設定してレーザ照射準備状態としておく。   Since the coordinates of the SDL reaction region SDL68 on the layout are known at the time of extracting the via, the sample stage SST is operated and set so that it is in the vicinity of the optical axis of the photon optical system FOT to prepare for laser irradiation. Leave it in a state.

ここで、図6(c)において抽出した6本の配線のうち、先ず配線A69−1に注目して、真空チャンバCHM内に載置したメカニカルプローバMPRにより配線A69−1に針当てする。   Here, out of the six wirings extracted in FIG. 6C, first, the wiring A69-1 is focused, and a needle probe is applied to the wiring A69-1 by the mechanical prober MPR placed in the vacuum chamber CHM.

この状態で電子ビームBEMを集束、走査、照射してEBAC解析を実施して、図6(d)に示すように、配線A69−1のEBAC像を取得する。そして、レーザビームLBEMをSDL反応領域SDL68であり、配線A69−1のビアが含まれる箇所にフォトン光学系FOTを制御してスポット照射した状態で配線A69−1のEBAC像を取得する。   In this state, the electron beam BEM is focused, scanned, and irradiated to perform EBAC analysis, and an EBAC image of the wiring A69-1 is obtained as shown in FIG. Then, an EBAC image of the wiring A69-1 is obtained in a state where the laser beam LBEM is in the SDL reaction region SDL68 and the spot including the via of the wiring A69-1 is controlled by the photon optical system FOT.

もし、レーザ照射によってEBAC像に変化が生じたとしたら、配線A69−1のビアに温度に反応する何らかの異常が含まれていることになる。この事例では、配線A69−1では変化が生じなかったため、さらに他の配線(配線B69−2〜F69−6)についても同様の解析を実施している。   If the EBAC image is changed by the laser irradiation, the via of the wiring A69-1 includes some abnormality that reacts to temperature. In this case, since no change occurred in the wiring A69-1, the same analysis was performed for the other wirings (wirings B69-2 to F69-6).

その結果、配線E69−5についてのみレーザビームLBEMの照射の有無でEBAC像の変化が認められた。これは配線E69−5の中でSDL反応領域SDL58に含まれるビアに異常があることを示している。ここでのEBAC解析を1箇所への針当てで実施しているため、配線E69−5以外は、配線の形状そのものがEBAC像で確認することができ、該配線E69−5ではSDL反応領域SDL68で配線が途切れて見えている。   As a result, only in the wiring E69-5, a change in the EBAC image was observed with or without the laser beam LBEM irradiation. This indicates that there is an abnormality in the via included in the SDL reaction region SDL58 in the wiring E69-5. Since the EBAC analysis here is performed by needle contact to one place, the shape of the wiring itself can be confirmed by an EBAC image except for the wiring E69-5. In the wiring E69-5, the SDL reaction region SDL68 is confirmed. The wiring looks broken.

ビアの抵抗の変化が小さい場合には、EBAC解析でメインアンプMAP内に機能として組み込まれている差動アンプを用いて、配線の両端2箇所へメカニカルプローバMPRにより針当てを行い、EBAC像を取得するのが有効である。   When the change in the resistance of the via is small, using the differential amplifier incorporated as a function in the main amplifier MAP in EBAC analysis, needle contact is applied to the two ends of the wiring with the mechanical prober MPR, and the EBAC image is obtained. It is effective to acquire.

その際、正常な配線は、配線の端から端に向かって、途中の配線の層とビアの抵抗によって変化するが、ある程度連続的にコントラストが変化するEBAC像を示す。一方、配線E69−5のように途中に温度変化するビアの抵抗の異常が存在する場合には、レーザ照射状態と非照射状態においてEBAC像のコントラストに変化が生じるため、どの配線に異常を含むかを検知することができる。   At that time, a normal wiring shows an EBAC image in which the contrast changes continuously to some extent, although it changes depending on the wiring layer and via resistance in the middle from the end of the wiring. On the other hand, when there is an abnormality in the resistance of a via that changes in temperature in the middle as in the wiring E69-5, the contrast of the EBAC image changes in the laser irradiation state and the non-irradiation state, and thus, which wiring includes the abnormality Can be detected.

〈反応領域内で最も疑わしいビアの特定例〉
最終的に最も疑わしいビアを指摘するには、レイアウトを詳細に解析する必要があり、この例の場合には、モニタMONに表示しているレイアウトビューアを使って調べると、図6(e)に示すように、SDL反応領域SDL68内を通過する配線E69−5のビアが最被疑ビアVA97となる。
<Specific example of the most suspicious via in the reaction area>
In order to finally point out the most suspicious vias, it is necessary to analyze the layout in detail. In this example, when the layout viewer displayed on the monitor MON is used, it is shown in FIG. As shown, the via of the wiring E69-5 passing through the SDL reaction region SDL68 becomes the most likely via VA97.

最被疑ビアVA97のレイアウト上の座標を記録、あるいは、実施の形態1の解析手法に述べたようにEBCVDなどよってマークを形成する。そして、次の物理解析工程に送り、このビアをFIB加工によってサンプリングして断面を形成し、TEM(Transmission Electron Microscope)や走査透過電子顕微鏡(STEM:Scanning Transmission Electron Microscope)などを用いて高分解能の断面観察で不良要因を特定する。   The coordinates on the layout of the most likely via VA97 are recorded, or a mark is formed by EBCVD or the like as described in the analysis method of the first embodiment. The via is then sampled by FIB processing to form a cross-section, and a high-resolution image is obtained using a TEM (Transmission Electron Microscope) or a STEM (Scanning Transmission Electron Microscope). Identify the cause of failure by cross-sectional observation

以上の工程によって、高抵抗ビアのように温度依存性を持つ不良の位置特定を可能とすることができる。一度、不良解析装置FKSから出して表層膜を除去する必要はあるが、これまでのように、SDL反応を検出した箇所の論理解析やレイアウト解析を実施し、EBテスティングの解析を実施する場合と比べて不良位置の特定に要する時間を短縮することができる。   Through the above steps, it is possible to specify the position of a defect having temperature dependence such as a high resistance via. Although it is necessary to remove the surface layer film from the defect analysis device FKS once, as before, when performing logic analysis and layout analysis of the location where the SDL reaction is detected, and performing EB testing analysis Compared to the above, it is possible to shorten the time required to identify the defective position.

もちろん、不良解析装置FKSにプラズマ加工装置などの膜除去機能を持たせて、全てを該不良解析装置FKS内おいて実行することも可能性はあるが、装置として複雑になり過ぎると互いの機能が干渉し合うことになる。これによって、解析性能そのものを損なうことが多く、本解析装置では電子ビームによる解析機能とメカニカルプローバ、およびレーザによる解析機能を装備する形態としている。   Of course, it is possible that the defect analysis apparatus FKS is provided with a film removal function such as a plasma processing apparatus and everything is executed in the defect analysis apparatus FKS. Will interfere with each other. As a result, the analysis performance itself is often impaired, and this analysis apparatus is equipped with an analysis function using an electron beam, a mechanical prober, and an analysis function using a laser.

以上のように、本実施の形態2による半導体装置の不良解析方法は、以下のステップを有する。   As described above, the semiconductor device failure analysis method according to the second embodiment includes the following steps.

サンプル(サンプルSPL)にレーザビーム(レーザビームLBEM)を照射しながらテストパターンを掃引し、パス/フェイル判定結果の変化からマージン性不良位置を検出する。マージン性不良位置に存在するスルーホール(ビア)をレイアウトデータから抽出し、スルーホールに接続されている配線である被疑配線をリストアップする。被疑配線をEBAC解析し、その解析結果に基づいて、不良要因の最被疑候補となる最被疑スルーホール(ビアVA97)を特定する。   The test pattern is swept while irradiating the sample (sample SPL) with the laser beam (laser beam LBEM), and the marginal defect position is detected from the change of the pass / fail judgment result. Through holes (vias) existing at the marginal defect positions are extracted from the layout data, and suspected wirings that are wirings connected to the through holes are listed. The suspected wiring is subjected to EBAC analysis, and based on the analysis result, the most likely through hole (via VA97) that is the most likely candidate for the failure factor is specified.

また 本実施の形態2による半導体装置の不良解析方法において、最被疑スルーホール(ビアVA97)を特定するステップは、以下のステップを有する。   Further, in the semiconductor device failure analysis method according to the second embodiment, the step of identifying the most likely through hole (via VA97) includes the following steps.

電子ビーム(電子ビームBEM)をサンプル(サンプルSPL)に走査して走査電子顕微鏡像を観察し、被疑配線にメカニカルプローバ(メカニカルプローバMPR)の針を接触させる。   The sample (sample SPL) is scanned with an electron beam (electron beam BEM), a scanning electron microscope image is observed, and a probe of a mechanical prober (mechanical prober MPR) is brought into contact with the suspected wiring.

検出したマージン性不良位置にレーザビーム(レーザビームLBEM)の照射を実施した状態で、電子ビームを集束、走査、照射し、被疑配線に接触させたメカニカルプローバが検出する電子ビーム電流の変化から第1の電流像を取得する。   In a state where the laser beam (laser beam LBEM) is irradiated to the detected marginal defect position, the electron beam is focused, scanned, irradiated, and the first change from the change in the electron beam current detected by the mechanical prober brought into contact with the suspected wiring. 1 current image is acquired.

レーザビームの照射を停止し、電子ビームを集束、走査、照射した状態で被疑配線に接触させたメカニカルプローバが検出する電子ビーム電流の変化から第2の電流像を取得する。   Laser beam irradiation is stopped, and a second current image is acquired from a change in electron beam current detected by a mechanical prober brought into contact with the suspicious wiring in a state where the electron beam is focused, scanned, and irradiated.

取得した第1、および第2の電流像に差異があるかを比較し、差異が生じている場合、マージン性不良位置内の配線に接続されているスルーホールを不良要因の最被疑候補として特定する。   If there is a difference between the acquired first and second current images and if there is a difference, the through hole connected to the wiring in the marginal defect position is identified as the most likely candidate for the defect factor To do.

(実施の形態3)
〈概要〉
本実施の形態3では、例えば、パワーデバイスなどに図1の不良解析装置FKSを適用した事例について説明する。
(Embodiment 3)
<Overview>
In the third embodiment, for example, a case where the failure analysis apparatus FKS of FIG. 1 is applied to a power device or the like will be described.

パワーデバイスとは、例えば、パワートランジスタ、パワーダイオード、あるいは、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などのように高耐圧でスイッチングなどの電力変換に用いられるデバイスである。   The power device is a device used for power conversion such as switching at a high breakdown voltage, such as a power transistor, a power diode, or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

この種のパワーデバイスは、デバイス内に細かなブロック構造やそれぞれが異なった形状の配線で形成されるロジック領域などのチップ内の位置を認識可能なパターンの変化に乏しく、同じパターンがメモリのように広く分布している。このため、不良に絡む発光やOBIRCH反応が検出できたとしても、その位置を次の物理解析に引き渡すことが困難である。そのため、位置を特定するためにFIB装置などによるマーク形成とOBIRCH反応の検出とを繰り返し行う必要があり、複数の装置間を往き来して時間を要している。それに対し、本実施の形態3における解析工程は、不良解析装置FKSを用いた不良解析によって時間短縮を可能としたものである。   This type of power device has little change in the pattern that can recognize the position in the chip, such as a logic area formed by a fine block structure and wiring of different shapes in the device, and the same pattern is like a memory Widely distributed. For this reason, even if light emission or OBIRCH reaction related to defects can be detected, it is difficult to transfer the position to the next physical analysis. Therefore, it is necessary to repeatedly perform mark formation by an FIB apparatus or the like and detection of the OBIRCH reaction in order to specify the position, and it takes time to come and go between a plurality of apparatuses. On the other hand, the analysis process in the third embodiment enables time reduction by failure analysis using the failure analysis apparatus FKS.

図7は、図1の不良解析装置を用いたパワーデバイスの不良解析の一例を示す説明図である。   FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of power device failure analysis using the failure analysis apparatus of FIG.

〈特徴的パターンの観察〉
パワーデバイスのようなサンプルSPLでも周辺部には特徴的なパターンが存在しており、それをマークMK56として、図7(a)に示すように、サンプルSPLの裏面からレーザビームLBEMを走査して観察する。
<Observation of characteristic patterns>
Even in the sample SPL such as a power device, a characteristic pattern exists in the peripheral portion, and this is used as a mark MK56, and the laser beam LBEM is scanned from the back surface of the sample SPL as shown in FIG. Observe.

また、サンプルSPLの表面からは、図7(a)に示すように、電子ビームBEMを走査して観察する。それらをモニタMONに表示すると、該モニタMON内でのマークMK56のずれを確認することができる。そのずれ量δをXY方向の座標シフトとして計算する。   Further, from the surface of the sample SPL, the electron beam BEM is scanned and observed as shown in FIG. When these are displayed on the monitor MON, it is possible to confirm the deviation of the mark MK56 in the monitor MON. The shift amount δ is calculated as a coordinate shift in the XY direction.

〈光軸間の調整〉
電子光学系OPTに内蔵されている偏向器PLSに所定の電圧を印加し、上記で計算したXYの座標シフトに対応するビーム偏向(オフセット電圧)を通常の電子ビームBEMの偏向に重畳させ、図7(b)に示すように、レーザビーム光軸LBEMA(=フォトン光学系FOTの光軸)とレーザビーム光軸BEMA(電子光学系OPTの光軸)とのずれを補正する。
<Adjustment between optical axes>
A predetermined voltage is applied to the deflector PLS incorporated in the electron optical system OPT, and the beam deflection (offset voltage) corresponding to the XY coordinate shift calculated above is superimposed on the deflection of the normal electron beam BEM. As shown in FIG. 7B, the deviation between the laser beam optical axis LBEMA (= the optical axis of the photon optical system FOT) and the laser beam optical axis BEMA (the optical axis of the electron optical system OPT) is corrected.

〈発光/OBIRCH反応の検出〉
そして、図7(c)に示すように、サンプルSPLに形成されているパッドPAD1,PAD2に2つのメカニカルプローバMPRの針をタッチダウンさせ、サンプルSPLを不良が再現される動作状態とする。
<Detection of luminescence / OBIRCH reaction>
Then, as shown in FIG. 7C, the needles of the two mechanical probers MPR are touched down to the pads PAD1 and PAD2 formed in the sample SPL, and the sample SPL is brought into an operation state in which the defect is reproduced.

この際、ここではパッドPAD1,PAD2からの電源/信号供給としているが、パッケージに組み、デバイス面を開封したソケットへの装着状態でサンプルを動作させるようにしてもよい。   In this case, power / signal supply from the pads PAD1 and PAD2 is used here, but the sample may be operated in a mounted state in a socket that is assembled in a package and the device surface is opened.

この状態において、赤外線カメラICAMにより光を捕捉する発光検出、あるいはレーザ発振器LARからのレーザビームLBEMを集束、走査、照射することでOBIRCH反応検出を検出する。検出した発光/OBIRCH反応の位置は、モニタMON上でレーザビーム光軸LBEMAからのXYシフト量を計算し、その値を制御装置PCのハードディスクなどの記憶装置に記録する。   In this state, detection of OBIRCH reaction is detected by detecting emission by capturing light with the infrared camera ICAM, or by focusing, scanning, and irradiating the laser beam LBEM from the laser oscillator LAR. The detected light emission / OBIRCH reaction position calculates the XY shift amount from the laser beam optical axis LBEMA on the monitor MON, and records the value in a storage device such as a hard disk of the control device PC.

〈EBCVDマークの形成〉
ハードディスクなどの記憶装置に記録したXYシフト分の逆方向にサンプルステージSSTを移動させ、レーザビーム光軸LBEMA上に発光/OBIRCH反応位置を設定する。
<Formation of EBCVD mark>
The sample stage SST is moved in the opposite direction of the XY shift recorded in a storage device such as a hard disk, and the light emission / OBIRCH reaction position is set on the laser beam optical axis LBEMA.

図7(b)において偏向器PLSによってレーザビーム光軸LBEMAのずれは補正されているので、図7(d)に示すように、ガスインジェクタGIGのガスノズルからCVDガスGS94を射出した状態で発光/OBIRCH反応が生じた位置に電子ビームBEMを集束、走査、照射してEBCVDによって膜を析出させてEBCVDマークECM66をデポジションする。   Since the deviation of the laser beam optical axis LBEMA is corrected by the deflector PLS in FIG. 7B, as shown in FIG. 7D, the light emission / light emission is performed while the CVD gas GS94 is emitted from the gas nozzle of the gas injector GIG. The electron beam BEM is focused, scanned and irradiated at the position where the OBIRCH reaction has occurred, and a film is deposited by EBCVD to deposit the EBCVD mark ECM66.

EBCVDマークECM66の形状は、図7(d)のように発光/OBIRCH反応位置POS95の周りにライン状のパターンを形成してもよいし、十字マークでも、位置が認識できるパターンとなるように設定する。   The shape of the EBCVD mark ECM66 may be a line-shaped pattern around the light emission / OBIRCH reaction position POS95 as shown in FIG. 7D, or a cross mark so that the position can be recognized. To do.

以上によれば、発光/OBIRCH反応を検出したその場でEBCVDマークECM66を形成することができるので、次の物理解析工程における解析位置の確認を容易とさせることができる。   According to the above, since the EBCVD mark ECM 66 can be formed on the spot where the luminescence / OBIRCH reaction is detected, the analysis position in the next physical analysis process can be easily confirmed.

これによって、複数回別装置に導入してマークを形成していた方式に比較して、解析時間を短縮すると共に、発光/OBIRCH反応箇所を観測しながらEBCVDマークECM66を形成することが可能となり、物理解析位置の精度も向上させることができる。   This makes it possible to shorten the analysis time and to form the EBCVD mark ECM66 while observing the light emission / OBIRCH reaction site as compared with the method in which the mark is formed by introducing the apparatus into a plurality of different times. The accuracy of the physical analysis position can also be improved.

なお、実際のパワーデバイス解析においては、表面と裏面から電極を取り出す場合や、表面から取り出す際に広い範囲を電極で覆っている場合もある。   In actual power device analysis, the electrode may be taken out from the front and back surfaces, or a wide range may be covered with the electrode when taken out from the front surface.

よって、パワーデバイスを動作させた上で発光、あるいはOBIRCH解析を実施するには、解析への影響を最小限とする工夫が必要である。具体的には、デバイス裏面の基板を鏡面加工する、電圧印加用の代替電極を設ける、物理解析時の表面処理で消失しない層にEBCVDマークECM66をデポジションするなどである。それらに対応した上で、本実施の形態3による解析手法が実現可能となる。   Therefore, in order to perform light emission or OBIRCH analysis after operating the power device, it is necessary to devise a technique that minimizes the influence on the analysis. Specifically, the substrate on the back side of the device is mirror-finished, an alternative electrode for voltage application is provided, and the EBCVD mark ECM 66 is deposited on a layer that does not disappear by the surface treatment during physical analysis. The analysis method according to the third embodiment can be realized after dealing with them.

以下、本実施の形態による半導体装置の不良解析方法は、以下のステップを有する。   Hereinafter, the semiconductor device failure analysis method according to the present embodiment includes the following steps.

サンプル(サンプルSPL)の特徴的なパターンを電子顕微鏡像から選択する。サンプルの第2の面におけるパターンをレーザ走査顕微鏡、または赤外顕微鏡の画像から選択する。電子顕微鏡像から選択したパターンとレーザ走査顕微鏡、または赤外顕微鏡の画像から選択したパターンとのずれ量を計算し、電子光学系(電子光学系OPT)が有する電子ビーム偏向器(偏向器PLS)にオフセット電圧を重畳して光軸を補正する。   A characteristic pattern of the sample (sample SPL) is selected from the electron microscope image. The pattern on the second side of the sample is selected from images of a laser scanning microscope or an infrared microscope. An electron beam deflector (deflector PLS) included in the electron optical system (electron optical system OPT) is calculated by calculating the amount of deviation between the pattern selected from the electron microscope image and the pattern selected from the image of the laser scanning microscope or infrared microscope. An offset voltage is superimposed on the optical axis to correct the optical axis.

メカニカルプローバ(メカニカルプローバMPR)の針をサンプルに形成された電極に接触させて電源、および信号を供給し、サンプルを動作、または停止させて不良を再現する状態を保持し、サンプルの第2の面からレーザビーム(レーザビームLBEM)の集束、走査、照射によって発生する電流の変化から電流像を取得し、不良起因箇所を特定する。   The probe of the mechanical prober (mechanical prober MPR) is brought into contact with the electrode formed on the sample to supply power and signals, and the sample is operated or stopped to maintain the state of reproducing the defect, and the second sample of the sample is maintained. A current image is acquired from a change in current generated by focusing, scanning, and irradiation of a laser beam (laser beam LBEM) from the surface, and a defect-causing point is specified.

また、本実施の形態による半導体装置の不良解析方法は、以下のステップを有する。   The semiconductor device failure analysis method according to the present embodiment includes the following steps.

サンプル(サンプルSPL)の特徴的なパターンを電子顕微鏡像から選択する。サンプルの第2の面におけるパターンをレーザ走査顕微鏡、または赤外顕微鏡の画像から選択する。   A characteristic pattern of the sample (sample SPL) is selected from the electron microscope image. The pattern on the second side of the sample is selected from images of a laser scanning microscope or an infrared microscope.

電子顕微鏡像から選択したパターンとレーザ走査顕微鏡、または赤外顕微鏡の画像から選択したパターンとのずれ量を計算し、電子光学系が有する電子ビーム偏向器(偏向器PLS)にオフセット電圧を重畳して光軸を補正する。   The amount of deviation between the pattern selected from the electron microscope image and the pattern selected from the image of the laser scanning microscope or infrared microscope is calculated, and the offset voltage is superimposed on the electron beam deflector (deflector PLS) of the electron optical system. Correct the optical axis.

メカニカルプローバの針をサンプルに形成された電極(パッドPAD1,PAD2)に接触させて電源、および信号を供給し、サンプルを動作、または停止させて不良を再現する状態を保持し、サンプルの第2の面から発生する光を赤外線カメラ(赤外線カメラICAM)で検出し、不良起因箇所を特定する。   The probe of the mechanical prober is brought into contact with the electrodes (pads PAD1, PAD2) formed on the sample to supply power and signals, and the sample is operated or stopped to maintain the state of reproducing the defect, and the second sample The light generated from the surface is detected by an infrared camera (infrared camera ICAM), and the defect-causing part is specified.

(実施の形態4)
〈概要〉
近年の半導体装置においては、配線間の容量結合の影響を低減するために絶縁膜として誘電率の低いLow−kと呼ばれる材料を適用している。これは、シリコンと酸素に加えて炭素を成分として含む膜が一般的であり、さらに近年では膜中に空孔を入れたポーラス状となり、その空孔率が上昇する傾向にある。
(Embodiment 4)
<Overview>
In recent semiconductor devices, a material called Low-k having a low dielectric constant is applied as an insulating film in order to reduce the influence of capacitive coupling between wirings. This is generally a film containing carbon as a component in addition to silicon and oxygen. In recent years, the film has a porous shape with pores in the film, and the porosity tends to increase.

そのような膜の場合、電子ビームを照射すると、そのエネルギによって膜が損傷してシュリンク、あるいは歪む事態となることがあり、解析に障害が生じることがある。これを回避するため、解析中に電子ビームの照射を抑制することが多くなっている。本実施の形態4では、上記の目的のための解析技術について説明する。   In the case of such a film, when the electron beam is irradiated, the film may be damaged by the energy and may be shrunk or distorted. In order to avoid this, electron beam irradiation is often suppressed during analysis. In the fourth embodiment, an analysis technique for the above purpose will be described.

〈ショート不良の解析例〉
図8は、図1の不良解析装置を用いた半導体装置におけるショート不良の場合の解析工程を示している。
<Short defect analysis example>
FIG. 8 shows an analysis process in the case of a short circuit defect in a semiconductor device using the defect analysis apparatus of FIG.

〈OBIC反応の検出〉
OBIRCH解析を実施する場合には、1300nm程度の波長のレーザ発振器LAR2を使用する。これはレーザからの熱のみをサンプルに与え、熱影響による配線の電気抵抗変化を使った解析プロセスを適用しているためである。
<Detection of OBIC reaction>
When performing OBIRCH analysis, a laser oscillator LAR2 having a wavelength of about 1300 nm is used. This is because only the heat from the laser is applied to the sample, and an analysis process using a change in the electrical resistance of the wiring due to the thermal effect is applied.

これに対して、OBIC(Optical Beam Induced Current)解析の場合には、1064nm程度の波長のレーザ発振器LAR1を使用する。この場合、波長1064nm程度のレーザは、シリコンのバンドギャップを越えるエネルギを持ち、半導体装置内のpn接合部に電子−正孔対を生成させ、これがOBICと呼ばれる電流となる。   On the other hand, in the case of OBIC (Optical Beam Induced Current) analysis, a laser oscillator LAR1 having a wavelength of about 1064 nm is used. In this case, the laser having a wavelength of about 1064 nm has energy exceeding the band gap of silicon and generates an electron-hole pair at a pn junction in the semiconductor device, which becomes a current called OBIC.

本実施の形態4では、このOBIC検出を適用する。サンプルSPLは、解析の対象となる信号配線層までを機械的に研磨して露出させておく。これが真空チャンバCHM内のサンプルホルダSHD上に載置したサンプルSPLとなり、該サンプルSPL中で既に不良に絡むと判明している既知不良配線HP80に、図8(a)に示すようにメカニカルプローバMPR1をタッチダウンさせる。   In the fourth embodiment, this OBIC detection is applied. The sample SPL is mechanically polished and exposed to the signal wiring layer to be analyzed. This becomes the sample SPL placed on the sample holder SHD in the vacuum chamber CHM, and the mechanical prober MPR1 as shown in FIG. 8A is connected to the known defective wiring HP80 that has already been found to be involved in the defect in the sample SPL. Touch down.

さらに、露出した配線層の電源配線、または接地(グランド)配線などからなる配線HP71にも、図8(a)に示すように2つ目のメカニカルプローバMPR2をタッチダウンさせる。1064nm程度の波長のレーザを集束、走査、照射して、これらの2つのメカニカルプローバMPR間に流れる電流の電流像であるOBIC像を生成する。これにより、図8(a)に示すように既知不良配線HP80への出力部(すなわち、トランジスタなどの半導体素子との接続部であり、以下、出力部という)に不良配線出力部OBIC反応OB81を検出できる。また、既知不良配線HP80にショートしている配線の出力部にもショート配線出力部OBIC反応OB82を検出することになる。   Further, the second mechanical prober MPR2 is also touched down to the wiring HP71 composed of the power supply wiring of the exposed wiring layer or the ground (ground) wiring as shown in FIG. A laser having a wavelength of about 1064 nm is focused, scanned, and irradiated to generate an OBIC image that is a current image of a current flowing between these two mechanical probers MPR. As a result, as shown in FIG. 8A, the defective wiring output unit OBIC reaction OB81 is connected to the output unit to the known defective wiring HP 80 (that is, a connection part with a semiconductor element such as a transistor, hereinafter referred to as an output unit). It can be detected. Further, the short wiring output portion OBIC reaction OB82 is also detected in the output portion of the wiring short-circuited to the known defective wiring HP80.

この場合、配線への出力部にあるpn接合で発生した電子−正孔対からの電流を検出しているため、2つのメカニカルプローバMPR間には電圧を印加しないノンバイアス状態の方が明確なOBIC反応を検出することができる。   In this case, since the current from the electron-hole pair generated at the pn junction at the output to the wiring is detected, the non-bias state in which no voltage is applied between the two mechanical probers MPR is clearer. An OBIC reaction can be detected.

〈隣接配線の抽出〉
ショートしている可能性の高い配線は、既知不良配線HP80に隣接する配線であり、一部のレイアウトビューア、あるいは解析支援ソフトウェアなどに搭載されている隣接配線抽出機能を制御装置PCのプログラムにより実行させ、図8(b)に示すように全ての隣接配線HP83を抽出する。これをショート相手の候補としてリストアップしておく。
<Extraction of adjacent wiring>
The wiring that is likely to be short-circuited is the wiring adjacent to the known defective wiring HP80, and the adjacent wiring extraction function installed in some layout viewers or analysis support software is executed by the program of the control device PC. Then, as shown in FIG. 8B, all adjacent wirings HP83 are extracted. List this as a candidate for the short partner.

ここで解析支援ソフトウェアは、LSM像、発光像、およびレイアウト像などを取り込み、表示し、それらの位置関係を対応させる座標系ロックや、発光・OBIRCH反応・SDL反応の領域をレイアウト上の位置と対応させて、その領域を通過する配線を抽出するなどの機能を有しており、この機能を図8(c)において使用している。その他の機能として、レイアウトビューアを連動して、特定配線に対する隣接配線を抽出する機能を装備している。   Here, the analysis support software captures and displays an LSM image, a light emission image, a layout image, and the like, and displays a coordinate system lock and a region of light emission, OBIRCH reaction, and SDL reaction as positions on the layout. Correspondingly, it has a function of extracting a wiring passing through the region, and this function is used in FIG. As another function, it is equipped with a function to extract the adjacent wiring for the specific wiring in conjunction with the layout viewer.

〈OBIC反応通過配線の抽出〉
一方、ショート配線出力部OBIC反応OB82を通過する配線の中にショート相手が存在するはずであり、これも一部のレイアウトビューアや解析支援ソフトウェアに搭載されている特定箇所を通過する配線を抽出する機能を用いることができる。
<Extraction of OBIC reaction passage wiring>
On the other hand, there should be a short partner in the wiring that passes through the short wiring output unit OBIC reaction OB82, and this also extracts the wiring that passes through a specific location mounted in some layout viewers and analysis support software. Function can be used.

この場合、図8(c)に示すように、モニタMON上に表示させているOBIC反応像をレイアウト像に座標系ロックして対応させ、レイアウトビューアにショート配線出力部OBIC反応ボックスOBB84として設定する。そして、そのOBIC反応の領域を座標データとして転送して、その反応ボックスを通過する反応ボックス通過配線HP86の全てをリストアップする。   In this case, as shown in FIG. 8C, the OBIC reaction image displayed on the monitor MON is coordinated with the layout image so as to correspond to it, and set in the layout viewer as the short wiring output unit OBIC reaction box OBB84. . Then, the area of the OBIC reaction is transferred as coordinate data, and all of the reaction box passage wiring HP86 passing through the reaction box is listed.

〈共通配線の抽出〉
図8(b)、および図8(c)においてリストアップした配線(隣接配線HP83、反応ボックス通過配線HP86)は、別々の情報からのリストアップであるが、同じショート配線を含んでいるはずである。よって、両方の配線リストを比較、対照して共通の配線である共通抽出配線HP85を上述した解析支援ソフトウェアを用いて抽出する。
<Extraction of common wiring>
The wirings listed in FIG. 8B and FIG. 8C (adjacent wiring HP83, reaction box passing wiring HP86) are listed from different information, but should contain the same short wiring. is there. Therefore, both wiring lists are compared, and the common extracted wiring HP85, which is a common wiring, is extracted using the above-described analysis support software.

これが既知不良配線HP80の隣接配線であると同時にショート配線出力部OBIC反応ボックスOBB84を通過する配線となり、ショート相手の有力候補となる。図8(d)に示す事例では、2本の共通抽出配線HP85が抽出されている。   This is the wiring adjacent to the known defective wiring HP80 and at the same time the wiring that passes through the short wiring output unit OBIC reaction box OBB84, and becomes a potential candidate for the shorting partner. In the case shown in FIG. 8D, two common extraction wirings HP85 are extracted.

〈OBIC反応位置の確認〉
図8(d)の事例のように複数の共通抽出配線HP85が存在する場合には、さらに配線を絞り込むことが必要となる。その際、ショート配線出力部OBIC反応ボックスOBB84内に共通抽出配線HP85の出力部(OBIC反応部分)が一致しているか否かが一つの判断材料となる。
<Confirmation of OBIC reaction position>
When there are a plurality of common extraction lines HP85 as in the case of FIG. 8D, it is necessary to further narrow down the lines. At that time, one judgment material is whether or not the output part (OBIC reaction part) of the common extraction wiring HP85 matches in the short wiring output part OBIC reaction box OBB84.

この場合には、図8(e)に示すように、一方が反応ボックス通過配線HP86であり、他方が反応ボックス出力一致配線HP87となっている。従って、後者(反応ボックス出力一致配線HP87)が最被疑配線となる。   In this case, as shown in FIG. 8 (e), one is the reaction box passage wiring HP86 and the other is the reaction box output matching wiring HP87. Therefore, the latter (reaction box output coincidence wiring HP87) is the most likely wiring.

もちろん、図8(c)のOBIC反応通過配線抽出の際に抽出する配線が反応ボックスで停止していることを抽出の条件とすることも可能であるが、解析支援ソフトウェアの抽出機能ではその機能は搭載していない場合があるので、後から判断する方式と採用している。   Of course, it is possible to make the extraction condition that the wiring to be extracted at the time of OBIC reaction passage wiring extraction in FIG. Since it may not be installed, it is adopted as a method of judging later.

〈ショート位置の特定〉
上記2本の配線(共通抽出配線HP85)の隣接距離が短い場合には、その場所を物理解析すればよいが、場合によっては長い距離を併走している場合もある。その際には、前記実施の形態1にて記載した解析例と同様に、ショートしている配線両方にメカニカルプローバMPRの針をタッチダウンさせて電流を流し、ショートしている位置を特定する。
<Identification of short position>
When the adjacent distance between the two wirings (common extraction wiring HP85) is short, the location may be physically analyzed. However, depending on the case, there may be a long distance. At that time, similarly to the analysis example described in the first embodiment, the needle of the mechanical prober MPR is touched down to both of the short-circuited wires, and a current is passed to identify the short-circuited position.

図8(f)に示した事例では、既知不良配線HPは、図8(a)の段階で、メカニカルプローバMPRの針がタッチダウンしており、ショート相手配線HP63の露出している配線層には、2つ目のメカニカルプローバMPRを移動させてタッチダウンさせている。   In the case shown in FIG. 8 (f), the known defective wiring HP is in the wiring layer where the needle of the mechanical prober MPR is touched down at the stage of FIG. 8 (a) and the short counterpart wiring HP63 is exposed. Is moving the second mechanical prober MPR and touching it down.

この状態において、レーザ発振器LAR2(波長1300nm程度)に切り替えて、レーザビームLBEMを走査してOBIRCH解析を実施して配線経路を観察する。もし、配線経路しか観察できない場合には、タッチダウンする位置を変更するが、通常ショートしている部分は配線そのものより細い、あるいは薄い状態であり、そこへのレーザビームLBEMによる熱影響は配線よりも大きい。よって、ショート箇所が強くOBIRCH反応することが多く、最被疑ショート箇所SHTの特定を可能とすることができる。   In this state, the laser oscillator LAR2 (wavelength of about 1300 nm) is switched, the laser beam LBEM is scanned, OBIRCH analysis is performed, and the wiring path is observed. If only the wiring path can be observed, the touch down position is changed, but the short-circuited part is usually thinner or thinner than the wiring itself, and the thermal effect of the laser beam LBEM on the part is less than the wiring. Is also big. Therefore, there are many cases where the short portion strongly undergoes OBIRCH reaction, and the most likely short-circuit portion SHT can be specified.

以上のような解析処理により、OBIC反応、およびOBIRCH反応を検出することにより、特定配線へのショート配線とショート箇所を特定することができる。   By detecting the OBIC reaction and the OBIRCH reaction by the analysis process as described above, it is possible to identify the short wiring and the short location to the specific wiring.

このように、レーザビームLBEMを照射した状態で電子ビームBEMを用いた解析を実施することができるため、レーザビームLBEMの熱による影響で変化する不良に対して、その位置を特定することを可能とすることができる。よって、連続的な不良解析を実施可能とすることにより、解析時間を短縮することができる。   As described above, since the analysis using the electron beam BEM can be performed in the state where the laser beam LBEM is irradiated, it is possible to specify the position of the defect that changes due to the influence of the heat of the laser beam LBEM. It can be. Therefore, analysis time can be shortened by enabling continuous failure analysis.

ここで、不良解析装置FKSが光光学系解析機能と電子光学系解析機能とを有する複合装置となっている意味は、メカニカルプローバMPRの針のタッチダウン制御にある。つまり、電子ビームBEMによるSEM観察によって表層に出ている露出配線のパターンを観察しながらメカニカルプローバMPRを移動させて配線に接触させられるのは、複合装置であることが前提となっている。   Here, the meaning that the defect analysis device FKS is a composite device having an optical optical system analysis function and an electron optical system analysis function is in touch-down control of the needle of the mechanical prober MPR. That is, it is premised that the mechanical prober MPR can be moved and brought into contact with the wiring while observing the pattern of the exposed wiring on the surface layer by SEM observation using the electron beam BEM.

この時には、電子ビームBEMを照射するが、EBAC解析の場合には、ある程度のビーム電流を投入しないとEBAC像を取得できないのに対し、SEM観察では、ビーム電流を絞っても表面観察が可能であり、電子ビーム照射による損傷は最小限に抑えることが可能である。   At this time, the electron beam BEM is irradiated. In the case of EBAC analysis, an EBAC image cannot be acquired unless a certain amount of beam current is applied. In contrast, in SEM observation, surface observation is possible even if the beam current is reduced. Yes, damage due to electron beam irradiation can be minimized.

以下、本実施の形態4による半導体装置の不良解析方法は、以下のステップを有する。   Hereinafter, the semiconductor device failure analysis method according to the fourth embodiment includes the following steps.

解析対象サンプル(サンプルSPL)中の既知の不良に関連する既知配線と電源配線、または接地配線のいずれかに対してメカニカルプローバ(メカニカルプローバMPR)の針をそれぞれ接触させる。レーザビーム(レーザビームLBEM)を集束、照射、走査することで発生するメカニカルプローバ間に流れる電流の変化から電流像を取得する。   A needle of a mechanical prober (mechanical prober MPR) is brought into contact with either a known wiring and a power supply wiring or a ground wiring related to a known defect in the analysis target sample (sample SPL). A current image is acquired from a change in current flowing between mechanical probers generated by focusing, irradiating, and scanning a laser beam (laser beam LBEM).

取得した電流像における既知配線の半導体素子との接続部(出力部)の出力反応と他の配線である未知配線の半導体素子との接続部(出力部)の出力反応との有無を検出し、未知配線の出力反応を検出した場合、ステージ(ステージSST)のステージ座標系の画像とレイアウト座標系の画像と間における特徴的パターンを複数箇所対応付けることで座標系の変換係数を求めてそれぞれの座標系を対応させる座標系ロックを行う。   Detect the presence or absence of the output reaction of the connection part (output part) with the semiconductor element of the known wiring in the acquired current image and the output reaction of the connection part (output part) with the semiconductor element of the unknown wiring that is another wiring, When an output response of an unknown wiring is detected, a transformation coefficient of the coordinate system is obtained by associating a plurality of characteristic patterns between the image of the stage coordinate system of the stage (stage SST) and the image of the layout coordinate system. Perform a coordinate system lock to associate the system.

既知不良配線と隣り合う隣接配線をレイアウトデータから抽出する。未知配線の出力反応が含まれる配線である出力部対応配線をレイアウトデータから抽出する隣接配線と出力部対応配線とを対照して同じ不良を含んでいる共通配線を抽出する。   The adjacent wiring adjacent to the known defective wiring is extracted from the layout data. The common wiring including the same defect is extracted by comparing the output wiring corresponding to the output section that is the wiring including the output response of the unknown wiring from the layout data with the adjacent wiring extracted from the layout data.

また、本実施の形態4による半導体装置の不良解析方法は、以下のステップを有する。   The defect analysis method for a semiconductor device according to the fourth embodiment includes the following steps.

さらに、未知配線にメカニカルプローバ(メカニカルプローバMPR)の針を接触させる。既知配線と未知配線との間にメカニカルプローバを介して電圧を印加した状態で、レーザビーム(レーザビームLBEM)を集束、照射、走査することで発生する電流の変化から電流像を取得する。   Further, a needle of a mechanical prober (mechanical prober MPR) is brought into contact with the unknown wiring. A current image is acquired from a change in current generated by focusing, irradiating, and scanning a laser beam (laser beam LBEM) in a state where a voltage is applied between the known wiring and the unknown wiring through a mechanical prober.

取得した電流像中に点状反応が発生している、あるいは前記既知配線と前記共通配線の配線経路の折り返し反応が発生しているか否かを検出する。   It is detected whether or not a point-like reaction has occurred in the acquired current image, or whether or not a turn-back reaction has occurred between the known wiring and the common wiring.

(実施の形態5)
〈概要〉
前記実施の形態4ではOBIC反応をショート相手の配線を特定するために使用した。不良解析装置FKSは、前記実施の形態1の解析例の中の1工程として、OBIC反応とEBIC(Electron Beam Induced Current)反応とを座標系ロックに使用することが可能である。EBIC反応は、電子ビームを照射した時にpn接合部において発生する電子−正孔対によって流れるEBICを検出するものである。
(Embodiment 5)
<Overview>
In the fourth embodiment, the OBIC reaction is used to specify the short partner wiring. The defect analysis apparatus FKS can use an OBIC reaction and an EBIC (Electron Beam Induced Current) reaction for the coordinate system lock as one step in the analysis example of the first embodiment. The EBIC reaction detects EBIC flowing by electron-hole pairs generated at a pn junction when irradiated with an electron beam.

〈OBIC反応とEBIC反応とを用いた座標系ロック例〉
図9は、図1の不良解析装置によるOBIC反応とEBIC反応とを用いた座標系ロックの一例を示す説明図である。
<Example of coordinate system lock using OBIC reaction and EBIC reaction>
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of a coordinate system lock using the OBIC reaction and the EBIC reaction by the failure analysis apparatus of FIG.

解析対象のサンプルは、メカニカルプローバMPRにより針当てする配線層が露出した状態まで表層を除去した状態とする。次に、レイアウトビューアを用いてレイアウト像をモニタMONに表示してレイアウトデータを検討し、OBIC反応とEBIC反応を検出する配線を選択する。選択の基準は、対象とする配線の出力部が狙っている視野から大きく外れないことである。   The sample to be analyzed is in a state in which the surface layer is removed until the wiring layer to be struck by the mechanical prober MPR is exposed. Next, a layout image is displayed on the monitor MON using a layout viewer to examine layout data, and a wiring for detecting an OBIC reaction and an EBIC reaction is selected. The criterion for selection is that the output part of the target wiring does not greatly deviate from the target field of view.

適当な配線HP69a、HP69bを選択できたら、サンプルSPLの上方(表面)からは電子光学系OPTからの集束した電子ビームBEMによるSEM像SMIを取得し、図9(a)に示すように、それらに2つのメカニカルプローバMPRの針をそれぞれタッチダウンする。   When appropriate wirings HP69a and HP69b can be selected, SEM images SMI by the focused electron beam BEM from the electron optical system OPT are acquired from the upper side (surface) of the sample SPL, and as shown in FIG. Touch down the needles of the two mechanical probers MPR.

さらに、電源配線、または接地配線のいずれかである配線HP71には、3つ目のメカニカルプローバMPRの針をタッチダウンする。この状態でサンプルSPLの表面側から電子ビームBEMを集束、走査、照射してEBIC反応を検出する。   Further, the needle of the third mechanical prober MPR is touched down to the wiring HP 71 which is either the power supply wiring or the ground wiring. In this state, the electron beam BEM is focused, scanned, and irradiated from the surface side of the sample SPL to detect the EBIC reaction.

この時、配線に吸収された電子も、メカニカルプローバMPRによって検出するため、図9(b)の左側に示すように、EBIC反応EBI73a,73bとEBAC反応EBA74a,EBA74bの両方を表示するEBAC像EBACIとなる。   At this time, since the electrons absorbed by the wiring are also detected by the mechanical prober MPR, as shown on the left side of FIG. 9B, the EBAC image EBACI displaying both the EBIC reactions EBI73a and 73b and the EBAC reactions EBA74a and EBA74b. It becomes.

一方、サンプルSPLの裏面側には、レーザ発振器LAR1(波長1064nm程度)からのレーザビームLBEMを集束、走査、照射し、図9(b)の右側に示すようにそれぞれの配線HP69a,HP69bのOBIC反応OB78,OB79を表示するOBIC像を取得する。   On the other hand, the laser beam LBEM from the laser oscillator LAR1 (wavelength of about 1064 nm) is focused, scanned, and irradiated on the back side of the sample SPL, and the OBICs of the respective wirings HP69a and HP69b are shown on the right side of FIG. An OBIC image displaying the reactions OB78 and OB79 is acquired.

EBIC反応とOBIC反応は、配線HP69a,HP69bのそれぞれ出力部の信号であり、その位置はEBIC反応とOBIC反応と共にモニタMONのレイアウトデータから座標が分かっている。また、図9(b)の中央部に示すように、配線HP69aのレイアウト上の配線出力部HPOUT76、および配線HP69bのレイアウト上の配線出力部HPOUT77のレイアウト座標を求める。   The EBIC reaction and the OBIC reaction are signals at the output portions of the wirings HP69a and HP69b, respectively, and the coordinates of the positions are known from the layout data of the monitor MON together with the EBIC reaction and the OBIC reaction. 9B, the layout coordinates of the wiring output part HPOUT76 on the layout of the wiring HP69a and the wiring output part HPOUT77 on the layout of the wiring HP69b are obtained.

そこで、図9(c)に示すように、2箇所のEBIC反応EBI73a,EBI73bの電子光学系OPTの座標と2箇所のレイアウト上の配線出力部HPOUT76,HPOUT77のレイアウト座標とを求める。   Therefore, as shown in FIG. 9C, the coordinates of the electron optical system OPT of the two EBIC reactions EBI73a and EBI73b and the layout coordinates of the wiring output portions HPOUT76 and HPOUT77 on the two layouts are obtained.

そして、求めた座標値に基づいて、電子光学系OPTの座標系からレイアウト座標系への変換係数を計算する。同じことをフォトン光学系FOTの座標系とレイアウト座標系との間で実施する。   Then, a conversion coefficient from the coordinate system of the electron optical system OPT to the layout coordinate system is calculated based on the obtained coordinate values. The same is done between the coordinate system of the photon optical system FOT and the layout coordinate system.

これらにより、電子光学系OPTの座標系とフォトン光学系FOTの座標系をレイアウト座標系にロックし、ロック後は全てをレイアウト座標系で記述することが可能となる。   As a result, the coordinate system of the electron optical system OPT and the coordinate system of the photon optical system FOT are locked to the layout coordinate system, and after the lock, all can be described in the layout coordinate system.

なお、ここでは、OBIC反応とEBIC反応を検出する配線を2本として2箇所の位置関係を求めているが、これを3箇所にすることで、精度をさらに高めることができる。実際にサンプルSPLに縦方向の傾きがある場合には、3箇所の値が無いと正確が変換係数を求めることができない。サンプルに傾きがある恐れがあるような場合には3点を使った座標系ロックが望ましい。   In addition, although the positional relationship of two places is calculated | required here using two wiring which detects an OBIC reaction and an EBIC reaction here, an accuracy can be improved further by making this into three places. If the sample SPL actually has a vertical inclination, the conversion coefficient cannot be obtained accurately if there are no three values. When there is a possibility that the sample is inclined, a coordinate system lock using three points is desirable.

以上により、サンプルSPLの表面側,および裏面側において、それぞれの光学系に対して、同じ位置にビームを照射するのにレイアウト座標系の位置を指定すればよく、各種の位置指定を容易に設定することができる。   As described above, on the front side and the back side of the sample SPL, it is only necessary to specify the position of the layout coordinate system in order to irradiate the beam to the same position on each optical system, and various position specifications can be easily set. can do.

(実施の形態6)
〈概要〉
図1における不良解析装置FKSの構成では、定盤PLTなどから伝達した振動によりメカニカルプローバMPRの針がサンプルSPLから外れてしまうという事態が生じることがある。
(Embodiment 6)
<Overview>
In the configuration of the failure analysis apparatus FKS in FIG. 1, a situation may occur in which the needle of the mechanical prober MPR is detached from the sample SPL due to vibration transmitted from the surface plate PLT or the like.

定盤PLTから伝達する振動としては、例えば、メカニカルプローバMPRの針をサンプルSPLの表面の解析対象箇所にタッチダウンさせた状態で光学系ステージSTGを移動させた際、あるいは、対物レンズLEN2の切り替えのためにターレット(図示せず)を回転させた時などに発生する。   As vibration transmitted from the surface plate PLT, for example, when the optical system stage STG is moved in a state where the needle of the mechanical prober MPR is touched down on the surface of the sample SPL to be analyzed, or the objective lens LEN2 is switched. Occurs when the turret (not shown) is rotated for the purpose.

そこで、本実施の形態6では、定盤PLTから伝達する振動が発生しても、メカニカルプローバMPRの針がサンプルSPLから外れてしまうことを防止することのできる構成例について説明する。   Therefore, in the sixth embodiment, a configuration example that can prevent the needle of the mechanical prober MPR from coming off the sample SPL even when vibration transmitted from the surface plate PLT occurs will be described.

図10は、本実施の形態6による不良解析装置の構成の一例を示す説明図である。   FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the failure analysis apparatus according to the sixth embodiment.

図10における不良解析装置FKSが図1の不良解析装置FKSと異なるところは、フォトン光学系FOTを搭載した光学系ステージSTGが新たに設けられた除振台RVB1に載置された構成となっている点である。なお、その他の不良解析装置FKSにおける構成は、図1と同様であるので説明は省略する。   The defect analysis apparatus FKS in FIG. 10 is different from the defect analysis apparatus FKS in FIG. 1 in that the optical system stage STG on which the photon optical system FOT is mounted is mounted on the vibration isolation table RVB1 newly provided. It is a point. The configuration of the other defect analysis apparatus FKS is the same as that shown in FIG.

除振台RVB1を設けることにより、電子光学系OPTとフォトン光学系FOTとが機械的に分離されることになる。よって、光学系ステージSTGを移動させたり、あるいはターレット(図示せず)を回転させたりしても、その振動が除振台RVB1によって除振され、メカニカルプローバMPRまで伝わることを防止することができる。   By providing the vibration isolation table RVB1, the electron optical system OPT and the photon optical system FOT are mechanically separated. Therefore, even if the optical system stage STG is moved or the turret (not shown) is rotated, the vibration can be prevented from being isolated by the vibration isolation table RVB1 and transmitted to the mechanical prober MPR. .

以上により、不良解析を効率よく行うことができる。   As described above, failure analysis can be performed efficiently.

(実施の形態7)
〈装置の概要〉
実施の形態1,6における不良解析装置FKSは、各種アッセンブリを付加することで機能向上を図ってきたが、装置価格やメンテナンス性などを考慮した場合、よりシンプルな装置のニーズもある。本実施の形態7では、これらのニーズに対応した構成について説明する。
(Embodiment 7)
<Outline of device>
The failure analysis apparatus FKS in the first and sixth embodiments has been improved in function by adding various assemblies, but there is also a need for a simpler apparatus in consideration of the apparatus price and maintainability. In the seventh embodiment, a configuration corresponding to these needs will be described.

〈不良解析装置の構成例〉
図11は、本実施の形態7による不良解析装置の構成の一例を示す説明図である。
<Configuration example of defect analysis device>
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the failure analysis apparatus according to the seventh embodiment.

図11の不良解析装置FKSにおいて、最も簡略した部分は、サンプルSPLを搭載するサンプルステージSSTを取り除いた点である。それ以外には、図1の不良解析装置FKSに設けられていた赤外線カメラICAM、照明系LHT、ハーフミラーHM1,HM2、レーザ発振器LAR1、ガスインジェクタGIG、ローディングチャンバLCB、4つのヘッドアンプHAP、および除振台RVB1(図11)を取り除いている。この構成であっても、最低限の解析は実現することができる。なお、その他の構成については、図1の不良解析装置FKSと同様であるので、説明は省略する。   In the failure analysis apparatus FKS of FIG. 11, the simplest part is that the sample stage SST on which the sample SPL is mounted is removed. Other than that, the infrared camera ICAM, illumination system LHT, half mirrors HM1, HM2, laser oscillator LAR1, gas injector GIG, loading chamber LCB, four head amplifiers HAP, which were provided in the failure analysis apparatus FKS of FIG. The vibration isolation table RVB1 (FIG. 11) is removed. Even with this configuration, the minimum analysis can be realized. The other configuration is the same as that of the failure analysis apparatus FKS in FIG.

前述したように、サンプルSPLを載置するサンプルステージSSTがないため、該サンプルSPLは、サンプルホルダSHDを介して真空ウィンドウVWD上に載置される構成となる。   As described above, since there is no sample stage SST on which the sample SPL is placed, the sample SPL is placed on the vacuum window VWD via the sample holder SHD.

サンプルSPLが真空ウィンドウVWD上に載置されている状態では、サンプルSPLを移動させることができないために、何らかの移動手段が必要となる。そこで、図11の不良解析装置FKSでは、サンプルSPLを移動する役目を、4つのメカニカルプローバMPRのうち、例えば、1つのメカニカルプローバMPRに担わせている。   In a state where the sample SPL is placed on the vacuum window VWD, the sample SPL cannot be moved, so some moving means is required. Therefore, in the failure analysis apparatus FKS of FIG. 11, the role of moving the sample SPL is assigned to, for example, one mechanical prober MPR among the four mechanical probers MPR.

図12は、図11の不良解析装置に設けられたメカニカルプローバの構成例を示す斜視図である。   12 is a perspective view showing a configuration example of a mechanical prober provided in the failure analysis apparatus of FIG.

ここでは、4つのメカニカルプローバMPRをメカニカルプローバMPR1〜MPR4とする。メカニカルプローバMPR1〜MPR4は、サンプルSPLの4つの外周辺の外側にそれぞれ設けられており、メカニカルプローバMPR1は、メカニカルプローバMPR3と対向するように配置されている。メカニカルプローバMPR2は、メカニカルプローバMPR4と対向するように配置されている。   Here, the four mechanical probers MPR are referred to as mechanical probers MPR1 to MPR4. The mechanical probers MPR <b> 1 to MPR <b> 4 are respectively provided outside the four outer periphery of the sample SPL, and the mechanical prober MPR <b> 1 is disposed so as to face the mechanical prober MPR <b> 3. The mechanical prober MPR2 is disposed so as to face the mechanical prober MPR4.

メカニカルプローバMPR1〜MPR3は、サンプルホルダSHDを介して真空ウィンドウVWD上に載置されるサンプルSPLの配線などに針当てを行い、電流を検出するプローブである。メカニカルプローバMPR4は、サンプルSPLの配線などに針当てを行うのではなく、針の先端部にサンプルホルダSHDが設けられた構成からなる。   The mechanical probers MPR <b> 1 to MPR <b> 3 are probes that detect current by applying needle contact to the wiring of the sample SPL placed on the vacuum window VWD via the sample holder SHD. The mechanical prober MPR4 has a configuration in which a sample holder SHD is provided at the tip of the needle, rather than performing needle contact with the wiring of the sample SPL or the like.

そして、真空ウィンドウVWD上に載置されるサンプルホルダSHD上にサンプルSPLを搭載し、メカニカルプローバMPR4によって該サンプルホルダSHDを移動させることによってサンプルSPLの移動を実現する。   Then, the sample SPL is mounted on the sample holder SHD placed on the vacuum window VWD, and the sample holder SHD is moved by the mechanical prober MPR4, thereby realizing the movement of the sample SPL.

このように、サンプルSPLを真空ウィンドウVWD上に載置した状態で、サンプルSPLの裏面からは、該真空ウィンドウVWDを介して対物レンズLEN2からレーザビームLBEMを照射可能とする。   Thus, with the sample SPL placed on the vacuum window VWD, the laser beam LBEM can be irradiated from the objective lens LEN2 through the vacuum window VWD from the back surface of the sample SPL.

図13は、図12におけるA−B断面図である。   13 is a cross-sectional view taken along the line AB in FIG.

図13においては、レーザ光学系における対物レンズLEN2、電子光学系OPT、サンプルSPL、メカニカルプローバMPR2,MPR4、およびサンプルホルダSHDの位置関係を示している。   FIG. 13 shows the positional relationship among the objective lens LEN2, the electron optical system OPT, the sample SPL, the mechanical probers MPR2 and MPR4, and the sample holder SHD in the laser optical system.

真空ウィンドウVWDは、真空チャンバCHMの底面BTMとウィンドウ押さえWHDとによって挟み込まれるように装着されている。ウィンドウ押さえWHDは、例えば、ボルト(図示せず)などによって真空チャンバCHMの底面BTMに締結されている。サンプルSPLは、メカニカルプローバMPR4によってサンプルホルダSHDを押し引きすることによって移動させる。   The vacuum window VWD is mounted so as to be sandwiched between the bottom surface BTM of the vacuum chamber CHM and the window presser WHD. The window presser WHD is fastened to the bottom surface BTM of the vacuum chamber CHM with, for example, a bolt (not shown). The sample SPL is moved by pushing and pulling the sample holder SHD by the mechanical prober MPR4.

サンプルSPL、真空チャンバCHM内を大気圧下開放にした後、真空チャンバCHMと締結しているボルトを緩めて取り、真空ウィンドウVWDを底BTMから取り外すことによって交換することができる。また、より容易なサンプル交換のための機構を真空チャンバCHM底に設けることも可能である。   After opening the sample SPL and the vacuum chamber CHM under atmospheric pressure, the bolts fastened to the vacuum chamber CHM can be loosened and removed, and the vacuum window VWD can be replaced by removing it from the bottom BTM. It is also possible to provide a mechanism for easier sample exchange at the bottom of the vacuum chamber CHM.

図14は、図11の不良解析装置も設けられたサンプルホルダの一例を示す断面図である。   FIG. 14 is a cross-sectional view showing an example of a sample holder provided with the failure analysis apparatus of FIG.

サンプルホルダSHDは、例えば、アルミニウムなどの金属製からなり、その形状は額縁状からなる。額縁状の開口部OPNは、図示するように、サンプルSPLよりも広くなっており、該開口部OPNにサンプルSPLが挿入される構成となっている。前述したように、サンプルホルダSHDは、メカニカルプローバMPR4の針NDLの先端に固定された構成となっている。   The sample holder SHD is made of, for example, a metal such as aluminum, and the shape thereof is a frame shape. As shown in the figure, the frame-shaped opening OPN is wider than the sample SPL, and the sample SPL is inserted into the opening OPN. As described above, the sample holder SHD is fixed to the tip of the needle NDL of the mechanical prober MPR4.

図15は、図14のサンプルホルダの他例を示す断面図である。   FIG. 15 is a cross-sectional view showing another example of the sample holder of FIG.

この場合、サンプルホルダSHDは、図4と同様に額縁状からなるが、額縁状の開口部の側面は、該サンプルホルダSHDの厚さ方向に対して斜めになるように成形されている。すなわち、サンプルホルダSHDにおいて、真空ウィンドウVWD側の開口部が、電子光学系OPT(図1)側の開口部よりも広くなっている。   In this case, the sample holder SHD has a frame shape as in FIG. 4, but the side surface of the frame-shaped opening is formed to be inclined with respect to the thickness direction of the sample holder SHD. That is, in the sample holder SHD, the opening on the vacuum window VWD side is wider than the opening on the electron optical system OPT (FIG. 1) side.

また、額縁状の開口部の側面には、サンプル押さえパッドHPADが設けられている。このサンプル押さえパッドHPADは、例えば、ゴムや樹脂系などの金属よりも柔らかい材質からなり、サンプルSPLを移動させた際などに該サンプルSPLのエッジ欠けなどを防止する。それにより、低コストであり、メンテナンス性が良好な不良解析装置FKSを実現することができる。   A sample press pad HPAD is provided on the side surface of the frame-shaped opening. The sample pressing pad HPAD is made of a material softer than a metal such as rubber or resin, and prevents the sample SPL from being chipped when the sample SPL is moved. Thereby, it is possible to realize a failure analysis apparatus FKS that is low in cost and has good maintainability.

以上のように、本実施の形態7による不良解析装置は、真空排気される真空チャンバ(真空チャンバCHM)、電子光学系(電子光学系OPT)、検出器(2次電子検出器EDT)、ガスインジェクタ(ガスインジェクタGIG)、メカニカルプローバ(MPR)、定盤(定盤PLT)、第1の除振台(除振台RVB)、レーザ発振器(レーザ発振器LAR1,LAR2)、フォトン光学系(フォトン光学系FOT)、光学系ステージ(光学系ステージSTG)、反射レーザ検出器(反射レーザ検出器RLD)、および赤外線カメラをそれぞれ有する。   As described above, the failure analysis apparatus according to the seventh embodiment includes a vacuum chamber (vacuum chamber CHM) to be evacuated, an electron optical system (electron optical system OPT), a detector (secondary electron detector EDT), a gas Injector (gas injector GIG), mechanical prober (MPR), surface plate (surface plate PLT), first vibration isolation table (vibration isolation table RVB), laser oscillator (laser oscillators LAR1, LAR2), photon optical system (photon optics) System FOT), an optical system stage (optical system stage STG), a reflection laser detector (reflection laser detector RLD), and an infrared camera.

電子光学系は、真空チャンバ内に設けられ、電子線を集束、走査、照射する。検出器は、真空チャンバ内に設けられ、電子線照射によって発生する2次電子を検出する ガスインジェクタは、真空チャンバ内に設けられ、電子線照射によって分解、および固着するガスを供給する。   The electron optical system is provided in a vacuum chamber and focuses, scans, and irradiates an electron beam. The detector is provided in the vacuum chamber and detects secondary electrons generated by electron beam irradiation. The gas injector is provided in the vacuum chamber and supplies gas that is decomposed and fixed by electron beam irradiation.

メカニカルプローバは、解析対象となるサンプルの表面をプロービングする。定盤は、真空チャンバを積載する。第1の除振台は、定盤から伝わる振動が真空チャンバに伝わることを防止するレーザ発振器は、レーザビーム(レーザビームLBEM)を発振して射出する。   The mechanical prober probes the surface of the sample to be analyzed. The platen is loaded with a vacuum chamber. The first vibration isolation table oscillates and emits a laser beam (laser beam LBEM), which is a laser oscillator that prevents vibration transmitted from the surface plate from being transmitted to the vacuum chamber.

フォトン光学系は、真空チャンバの下方に設けられ、レーザ発振器から射出されたレーザビームを集束させてサンプルに照射する。光学系ステージは、フォトン光学系を移動させる。反射レーザ検出器は、サンプルから反射した反射光を検出し、レーザ顕微鏡像(LSM像)を形成する。赤外線カメラは、サンプルから発生する光を検出する。   The photon optical system is provided below the vacuum chamber, focuses the laser beam emitted from the laser oscillator, and irradiates the sample. The optical system stage moves the photon optical system. The reflected laser detector detects the reflected light reflected from the sample and forms a laser microscope image (LSM image). The infrared camera detects light generated from the sample.

そして、真空チャンバは、底面に光を透過させる材質からなる真空窓を有し、真空窓に載置されたサンプルにフォトン光学系から射出されるレーザビームを照射する。   The vacuum chamber has a vacuum window made of a material that transmits light on the bottom surface, and irradiates a sample placed on the vacuum window with a laser beam emitted from the photon optical system.

また、本実施の形態7による不良解析装置は、サンプルを移動させるサンプル移動用メカニカルプローバ(メカニカルプローバMPR4)を有する。このメカニカルプローバは、先端部にサンプルを保持するサンプルホルダが設けられ、該サンプルホルダを移動させてサンプルを移動させる。   The defect analysis apparatus according to the seventh embodiment has a sample moving mechanical prober (mechanical prober MPR4) for moving the sample. This mechanical prober is provided with a sample holder for holding a sample at the tip, and the sample holder is moved to move the sample.

(実施の形態8)
〈フォトン光学系の構成例〉
本実施の形態8では、フォトン光学系FOTの構成例について説明する。
(Embodiment 8)
<Configuration example of photon optical system>
In the eighth embodiment, a configuration example of the photon optical system FOT will be described.

図16は、図11の不良解析装置におけるフォトン光学系の構成の一例を示す説明図である。   FIG. 16 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the photon optical system in the defect analysis apparatus of FIG.

フォトン光学系FOTは、図示するように、対物レンズLEN2、レーザ光学系部LOPT、およびレーザ走査系部LSCNを有する。フォトン光学系FOTの上部には、対物レンズLEN2が設けられている。対物レンズLEN2の下方には、レーザ光学系部LOPTが設けられている。このレーザ光学系部LOPTの下方には、レーザ走査系部LSCNが設けられている。フォトン光学系FOTは、光学系ステージSTGに載置されている。   The photon optical system FOT includes an objective lens LEN2, a laser optical system unit LOPT, and a laser scanning system unit LSCN, as illustrated. An objective lens LEN2 is provided above the photon optical system FOT. Below the objective lens LEN2, a laser optical system section LOPT is provided. A laser scanning system LSCN is provided below the laser optical system unit LOPT. The photon optical system FOT is placed on the optical system stage STG.

レーザ光学系部LOPTは、図11の不良解析装置FKSにおける反射レーザ検出器RLD、およびハーフミラーHM1,HM2からなる。レーザ走査系部LSCNは、図11の不良解析装置FKSにおけるレーザ発振器LAR2、ミラーMRR、およびレーザ走査系SCNからなる。   The laser optical system section LOPT includes a reflection laser detector RLD and half mirrors HM1 and HM2 in the defect analysis apparatus FKS of FIG. The laser scanning system unit LSCN includes the laser oscillator LAR2, the mirror MRR, and the laser scanning system SCN in the failure analysis apparatus FKS of FIG.

フォトン光学系FOTの上方には、真空チャンバCHMが設けられている。この真空チャンバCHM内における構成は、図16では一部を省略しているが、図11と同様の構成となっている。   A vacuum chamber CHM is provided above the photon optical system FOT. The configuration inside the vacuum chamber CHM is omitted in FIG. 16, but is the same as that shown in FIG.

図16におけるフォトン光学系FOTの構成では、実施の形態7において述べたように、ズームレンズを採用した対物レンズLEN2によってレーザビームLBEMを真空ウィンドウVWD上に載置したサンプルSPLに集束、走査、照射する。   In the configuration of the photon optical system FOT in FIG. 16, as described in the seventh embodiment, the laser beam LBEM is focused, scanned, and irradiated on the sample SPL placed on the vacuum window VWD by the objective lens LEN2 employing the zoom lens. To do.

この構成では、倍率、および視野の拡大、縮小をズームレンズ(対物レンズLEN2)によって調整できることができるため、連続的に倍率、視野を変化させ、視野に対するレーザスポットの大きさを一定に保つことが可能となる。また、対物レンズLEN2にズームレンズを適用しているために、通常の対物レンズを変換するためのターレットなどが不要となり、装置として簡略化が可能となる。   In this configuration, the magnification and the enlargement / reduction of the field of view can be adjusted by the zoom lens (objective lens LEN2). Therefore, the magnification and the field of view can be continuously changed, and the size of the laser spot with respect to the field of view can be kept constant. It becomes possible. Further, since a zoom lens is applied to the objective lens LEN2, a turret for converting a normal objective lens is not necessary, and the apparatus can be simplified.

以上により、装置コストを低減しながら、解析効率を向上させることができる。   As described above, the analysis efficiency can be improved while reducing the apparatus cost.

(実施の形態9)
〈フォトン光学系の構成例〉
本実施の形態9では、広視野レンズを採用したフォトン光学系FOTの構成例ついて説明する。
(Embodiment 9)
<Configuration example of photon optical system>
In the ninth embodiment, a configuration example of a photon optical system FOT employing a wide field lens will be described.

図17は、図11の不良解析装置におけるフォトン光学系の構成の一例を示す説明図である。   FIG. 17 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the photon optical system in the defect analysis apparatus of FIG.

前記実施の形態8では、対物レンズLEN2としてズームレンズを用いた場合について記載したが、本実施の形態9においては、図17に示すように、対物レンズLEN2として高開口率(NA:Numerical Aperture)の広視野レンズを用いる例について説明する。   In the eighth embodiment, a case where a zoom lens is used as the objective lens LEN2 is described. However, in the ninth embodiment, as shown in FIG. 17, a high aperture ratio (NA: Numerical Aperture) is used as the objective lens LEN2. An example using a wide-field lens will be described.

この場合、対物レンズLEN2がズームレンズではなく、高開口率(NA:Numerical Aperture)の広視野レンズとなっている以外は、図16のフォトン光学系FOTと同じ構成となっている。   In this case, the configuration is the same as that of the photon optical system FOT in FIG. 16 except that the objective lens LEN2 is not a zoom lens but a wide-field lens having a high numerical aperture (NA).

対物レンズLEN2を高開口率(NA:Numerical Aperture)の広視野レンズとすることにより、レーザビームLBEMの振れ角をレーザ走査系部LSCNによって制御することができる。それにより、所望の領域をズームすることが可能となり、フォトン光学系FOTをX方向、およびY方向に移動させる光学系ステージSTGを不要とすることができる。ただし、焦点合わせのためのZ方向に移動させる光学系ステージSTG1は装備する必要がある。   By making the objective lens LEN2 a wide-field lens having a high numerical aperture (NA), the deflection angle of the laser beam LBEM can be controlled by the laser scanning system LSCN. Accordingly, it is possible to zoom in on a desired region, and the optical system stage STG for moving the photon optical system FOT in the X direction and the Y direction can be eliminated. However, the optical system stage STG1 that moves in the Z direction for focusing needs to be equipped.

(実施の形態10)
前記実施の形態7では、真空ウィンドウVWD上にサンプルSPLを載置する構成としたが、本実施の形態10では、該真空ウィンドウVWDを不要としながらサンプルSPLを載置する構成について説明する。
(Embodiment 10)
In the seventh embodiment, the sample SPL is placed on the vacuum window VWD. In the tenth embodiment, a configuration in which the sample SPL is placed while the vacuum window VWD is unnecessary will be described.

図18は、図11の不良解析装置における光学系の構成例を示した説明図である。   FIG. 18 is an explanatory diagram showing a configuration example of an optical system in the failure analysis apparatus of FIG.

図18において、図16と異なるところは、真空チャンバCHMの底面の真空ウィンドウVWDの代わりにファイバオプティクスプレートFOPが設けられている点である。ファイバオプティクスプレートFOPは、例えば、数μm程度の光ファイバを束ねてテーパ上に形成された構成からなり、一方の端面EF1の面積が、他方の端面EF2の面積よりも小さくなっている。   18 differs from FIG. 16 in that a fiber optics plate FOP is provided instead of the vacuum window VWD on the bottom surface of the vacuum chamber CHM. The fiber optics plate FOP has, for example, a configuration in which optical fibers of about several μm are bundled and formed on a taper, and the area of one end face EF1 is smaller than the area of the other end face EF2.

ファイバオプティクスプレートFOPにおいて、面積の大きい端面EF2側が対物レンズLEN2と対向し、面積の大きい端面EF2側が真空チャンバCHMの底面から真空チャンバCHM内に入り込むように配置されている。サンプルSPLは、ファイバオプティクスプレートFOPの端面EF2上に載置される。   In the fiber optics plate FOP, the end surface EF2 side with a large area faces the objective lens LEN2, and the end surface EF2 side with a large area enters the vacuum chamber CHM from the bottom surface of the vacuum chamber CHM. The sample SPL is placed on the end surface EF2 of the fiber optics plate FOP.

ファイバオプティクスプレートFOPは、対物レンズLEN2を介して入射したレーザビームLBEMを反対側(サンプルSPL側)に導く機能を有している。ファイバオプティクスプレートFOPは、テーパを有することにより、入射面(端面EF1)に対して射出面(端面EF2)において寸法が2分の1に縮小され、スポット径を縮小する効果がある。これによって、効率よくレーザビームLBEMをサンプルSPLの裏面に照射することができる。   The fiber optics plate FOP has a function of guiding the laser beam LBEM incident through the objective lens LEN2 to the opposite side (sample SPL side). Since the fiber optics plate FOP has a taper, the size of the fiber optic plate FOP is reduced to one-half of the incident surface (end surface EF1) on the exit surface (end surface EF2), and the spot diameter is reduced. Thereby, the back surface of the sample SPL can be efficiently irradiated with the laser beam LBEM.

このように、図18では、ファイバオプティクスプレートFOPは、真空ウィンドウVWDの機能とサンプルホルダSHDの機能とを兼用させている。これにより、真空ウィンドウVWD、およびサンプルホルダSHDを不要とすることができる。なお、不良解析装置FKSにおけるその他の構成については、図11と同様である。   Thus, in FIG. 18, the fiber optics plate FOP combines the function of the vacuum window VWD and the function of the sample holder SHD. Thereby, the vacuum window VWD and the sample holder SHD can be made unnecessary. Other configurations in the failure analysis apparatus FKS are the same as those in FIG.

また、図19は、図17の他の例を示す説明図である。   FIG. 19 is an explanatory diagram showing another example of FIG.

図19では、図17における真空ウィンドウVWDの代わりにファイバオプティクスプレートFOPを設けた構成としている。この場合も、ファイバオプティクスプレートFOPは、例えば、数μm程度の光ファイバを束ねてテーパ上に形成された構成からなり、一方の端面EF1の面積が、他方の端面EF2の面積よりも小さくなっている。   In FIG. 19, a fiber optics plate FOP is provided instead of the vacuum window VWD in FIG. 17. Also in this case, the fiber optics plate FOP has a configuration in which, for example, optical fibers of about several μm are bundled and formed on a taper, and the area of one end face EF1 is smaller than the area of the other end face EF2. Yes.

ここでも、サンプルSPLは、ファイバオプティクスプレートFOPの端面EF2上に載置される。また、対物レンズLEN2は、図17に示したように、高開口率(NA:Numerical Aperture)の広視野レンズである。これによって、光学系ステージSTG、真空ウィンドウVWD、およびサンプルホルダSHDを不要とすることができる。   Again, the sample SPL is placed on the end face EF2 of the fiber optics plate FOP. The objective lens LEN2 is a wide-field lens having a high numerical aperture (NA) as shown in FIG. Thereby, the optical system stage STG, the vacuum window VWD, and the sample holder SHD can be dispensed with.

(実施の形態11)
〈概要〉
サンプルSPLへの光照射における分解能と集光率は、レンズLEN2の開口率で決まる。半導体装置の基板であるシリコンの場合、屈折率が、例えば3.5であり、空気の屈折率1.0程度に対して大きな値を持つことから、屈折角度が大きく、集光率が低下する。
(Embodiment 11)
<Overview>
The resolution and the light collection rate in the light irradiation to the sample SPL are determined by the aperture ratio of the lens LEN2. In the case of silicon which is a substrate of a semiconductor device, the refractive index is 3.5, for example, and has a large value with respect to the refractive index of air of about 1.0. .

このため、固浸レンズ(SIL:Solid Immersion Lens)と呼ばれる特殊なレンズの適用が進められている。固浸レンズとは、半球状のレンズ(この場合、半導体装置の基板と同じ材質のシリコンが望ましい)をシリコン基板面に密着させることで、開口率を向上させるものである。   For this reason, a special lens called a solid immersion lens (SIL) is being applied. The solid immersion lens improves the aperture ratio by bringing a hemispherical lens (in this case, silicon of the same material as the substrate of the semiconductor device is desirable) into close contact with the silicon substrate surface.

固浸レンズを用いず、対物レンズの開口率を0.5程度とした場合、シリコンの屈折率と空気の屈折率の比に従って、シリコン内での半頂角は8.2°と計算でき、その立体角内からの光しか取得できない。   When the aperture ratio of the objective lens is about 0.5 without using a solid immersion lens, the half apex angle in silicon can be calculated as 8.2 ° according to the ratio of the refractive index of silicon and the refractive index of air. Only light from within that solid angle can be acquired.

λを光の波長とすると像分解能はλ/2×NA(開口率)で決まり、しかも、シリコンを1μm程度以上の波長の光しか透過できないため、開口率が0.5の場合、像分解能は波長と同じとなる。   When λ is the wavelength of light, the image resolution is determined by λ / 2 × NA (aperture ratio), and since only light having a wavelength of about 1 μm or more can be transmitted through silicon, when the aperture ratio is 0.5, the image resolution is It is the same as the wavelength.

一方、半導体装置のデバイスルールは年々細かくなってきており、例えば、45nmデバイスの場合には、ゲート巾が50nm程度を切るレベルとなっており、像分解能1μm程度以上ではパターンを認識できる画像を得ることができない。   On the other hand, the device rules of semiconductor devices are becoming finer year by year. For example, in the case of a 45 nm device, the gate width is about 50 nm, and an image capable of recognizing a pattern is obtained with an image resolution of about 1 μm or more. I can't.

それに対して固浸レンズを用いた場合、空気から半球状のシリコンに光が入射するため、そこでの屈折によって曲げられた光がそのままの方向でシリコン基板を透過してパターン上に到達するため、理想的にはシリコン内での半頂角が74°となり、開口率は3.5で入射光の波長が1.3μm程度であれば、0.15μm程度の像分解能が得られる計算となる。立体角も広がり、固浸レンズを使用しない時と比較して約80倍の集光率が得られる。   On the other hand, when a solid immersion lens is used, light enters the hemispherical silicon from the air, so that the light bent by refraction there passes through the silicon substrate in the same direction and reaches the pattern, Ideally, when the half apex angle in silicon is 74 °, the aperture ratio is 3.5, and the wavelength of incident light is about 1.3 μm, the image resolution of about 0.15 μm can be obtained. The solid angle is widened, and a light collection rate of about 80 times that obtained when a solid immersion lens is not used is obtained.

ただし、上記は完全に理想的な条件が揃った場合の計算であり、実際にはシリコン基板と半球状シリコンレンズとの密着状態や、シリコン基板の厚さと半球状シリコンレンズの半径との関係など、性能を低下させる要因が多く、最高の性能を引き出した場合でも開口率2.5が限界と考えられる。しかし、開口率2.5でも、像分解能、集光率は格段に向上しており、解析においては有効な手段として適用が広がりつつある。   However, the above calculations are based on perfectly ideal conditions. Actually, the contact state between the silicon substrate and the hemispherical silicon lens, the relationship between the thickness of the silicon substrate and the radius of the hemispherical silicon lens, etc. There are many factors that degrade the performance, and an aperture ratio of 2.5 is considered the limit even when the best performance is obtained. However, even with an aperture ratio of 2.5, the image resolution and the light collection rate are remarkably improved, and its application is spreading as an effective means in analysis.

そこで、本実施の形態11では、対物レンズLEN2の先端にシリコンレンズを装着させて像分解能、集光率を格段に向上させる技術について説明する。   Therefore, in the eleventh embodiment, a technique will be described in which a silicon lens is attached to the tip of the objective lens LEN2 to significantly improve the image resolution and the light collection rate.

〈光学系構成例〉
図20は、図11の不良解析装置において固浸レンズを設けた光学系の構成例を示した説明図である。この図20では、図11の不良解析装置FKSにおいて固浸レンズを用いた場合を示している。
<Optical system configuration example>
FIG. 20 is an explanatory view showing a configuration example of an optical system provided with a solid immersion lens in the defect analysis apparatus of FIG. FIG. 20 shows a case where a solid immersion lens is used in the failure analysis apparatus FKS of FIG.

図20(a)に示すように、真空チャンバCHMの底面には、図11と同様に、真空ウィンドウVWDが設けられており、該真空ウィンドウVWD上にサンプルSPLを載置する構成となっている。フォトン光学系FOTにおいて、対物レンズLEN2の先端部には、固浸レンズSLNを保持する固浸レンズ保持機構LHLDが設けられている。   As shown in FIG. 20A, a vacuum window VWD is provided on the bottom surface of the vacuum chamber CHM as in FIG. 11, and the sample SPL is placed on the vacuum window VWD. . In the photon optical system FOT, a solid immersion lens holding mechanism LHLD that holds the solid immersion lens SLN is provided at the tip of the objective lens LEN2.

固浸レンズSLNは、前述したように、シリコンなどからなる半球状のレンズであり、固浸レンズ保持機構LHLDによって、該固浸レンズSLNの球面側が対物レンズLEN2側に位置するように固定されている。   As described above, the solid immersion lens SLN is a hemispherical lens made of silicon or the like, and is fixed by the solid immersion lens holding mechanism LHLD so that the spherical surface side of the solid immersion lens SLN is positioned on the objective lens LEN2 side. Yes.

ここで、図11では、真空ウィンドウVWDが石英ガラスなどの透明な材質であったが、図20の真空ウィンドウVWDの場合には、固浸レンズSLNと同じくシリコンなどの材質からなる。真空ウィンドウVWDの材質をシリコンとすることで、界面での屈折をできる限り回避することが可能となる。   In FIG. 11, the vacuum window VWD is made of a transparent material such as quartz glass. However, in the case of the vacuum window VWD shown in FIG. 20, the vacuum window VWD is made of a material such as silicon like the solid immersion lens SLN. By using silicon as the material of the vacuum window VWD, refraction at the interface can be avoided as much as possible.

固浸レンズSLNをセットする際には、図20(b)の左側に示すように、対物レンズを上方に移動させて固浸レンズ保持機構LHLDに保持された固浸レンズSLNを真空ウィンドウVWD側に移動させる。そして、図20(b)の右側に示すように、固浸レンズSLNの水平面を真空ウィンドウVWDに押しつけて密着させることにより、固浸レンズとして機能するようになる。これによって、集光率を向上させることが可能となり、高分解能の不良解析を行うことができる。   When setting the solid immersion lens SLN, as shown on the left side of FIG. 20B, the objective lens is moved upward to move the solid immersion lens SLN held by the solid immersion lens holding mechanism LHLD to the vacuum window VWD side. Move to. Then, as shown on the right side of FIG. 20B, the horizontal surface of the solid immersion lens SLN is pressed against the vacuum window VWD so as to function as a solid immersion lens. As a result, the light collection rate can be improved, and high-resolution defect analysis can be performed.

以上のように、本実施の形態11における不良解析装置は、フォトン光学系(フォトン光学系FOT)が、前記サンプル(サンプルSPL)にレーザビーム(レーザビームLBEM)を集束させる対物レンズ(レンズLEN2)の先端部に固浸レンズ(固浸レンズSLN)を有している。この固浸レンズは、サンプルにレーザビームを集束させる際に真空窓(真空ウィンドウVWD)に密着させる。また、真空窓は、シリコンからなる。   As described above, in the defect analysis apparatus in the eleventh embodiment, the objective lens (lens LEN2) in which the photon optical system (photon optical system FOT) focuses the laser beam (laser beam LBEM) on the sample (sample SPL). A solid immersion lens (solid immersion lens SLN) is provided at the front end portion. The solid immersion lens is brought into close contact with a vacuum window (vacuum window VWD) when the laser beam is focused on the sample. The vacuum window is made of silicon.

(実施の形態12)
〈概要〉
前記実施の形態11(図20)では、固浸レンズSLNを対物レンズLEN2の先端部近傍に装着したが、本実施の形態12では、固浸レンズを真空ウィンドウと一体化した例について説明する。
(Embodiment 12)
<Overview>
In the eleventh embodiment (FIG. 20), the solid immersion lens SLN is mounted in the vicinity of the tip of the objective lens LEN2. In the present twelfth embodiment, an example in which the solid immersion lens is integrated with a vacuum window will be described.

図21は、図11の不良解析装置に固浸レンズを一体化した真空ウィンドウを設けた構成の一例を示す説明図である。   FIG. 21 is an explanatory diagram showing an example of a configuration in which a vacuum window in which a solid immersion lens is integrated is provided in the failure analysis apparatus of FIG.

真空ウィンドウVWDの中央部には、図21に示すように、固浸レンズSLNが形成されている。この場合も、真空ウィンドウVWDの材質は、シリコンからなる。サンプルSPLは、真空ウィンドウVWDの中央部、すなわち真空ウィンドウVWDに一体化して形成された固浸レンズSLNの直上に位置するように載置される。その他の構成としては、図11と同様である。   As shown in FIG. 21, a solid immersion lens SLN is formed at the center of the vacuum window VWD. Also in this case, the material of the vacuum window VWD is made of silicon. The sample SPL is placed so as to be positioned at the center of the vacuum window VWD, that is, directly above the solid immersion lens SLN formed integrally with the vacuum window VWD. Other configurations are the same as those in FIG.

この構成では、真空ウィンドウVWDに一体化して形成されているために、固浸レンズSLNの位置が固定されているが、サンプルSPLの解析対象位置をメカニカルプローバMPR4(図示せず)によって移動させ、固浸レンズSLNの直上に移動させる。   In this configuration, since the position of the solid immersion lens SLN is fixed because it is formed integrally with the vacuum window VWD, the analysis target position of the sample SPL is moved by a mechanical prober MPR4 (not shown), Move directly above the solid immersion lens SLN.

また、レーザビームLBEMの光軸を光学系ステージSTGを調整することにより、固浸レンズSLNの直下に移動させる。   Further, the optical axis of the laser beam LBEM is moved directly below the solid immersion lens SLN by adjusting the optical system stage STG.

それにより、解析箇所の高分解能観察とレーザビームLBEMの微小スポット照射を行うことができる。さらに、赤外線カメラICAMを搭載した場合には高集光率での発光検出を可能とすることができる。   Thereby, high-resolution observation of an analysis location and irradiation with a minute spot of a laser beam LBEM can be performed. Further, when the infrared camera ICAM is mounted, it is possible to detect light emission at a high light collection rate.

以上のように、本実施の形態12における不良解析装置は、真空窓(真空ウィンドウVWD)が、フォトン光学系(フォトン光学系FOT)側の表面に半球状の固浸レンズ(固浸レンズSLN)が一体化して形成されている。真空窓の材質は、シリコンである。   As described above, in the failure analysis apparatus according to the twelfth embodiment, the vacuum window (vacuum window VWD) has a hemispherical solid immersion lens (solid immersion lens SLN) on the surface on the photon optical system (photon optical system FOT) side. Are integrally formed. The material of the vacuum window is silicon.

(実施の形態13)
〈概要〉
レーザビームLBEMは不良解析においてサンプルSPLである半導体装置の裏面から照射することが多い。しかし、半導体装置の表層に電源層、あるいは接地層などの配線パターンが敷き詰められていないマイクロコンピュータやSOCなどの場合には、表面からレーザビームLBEMを照射することが必要となる時がある。これは、アナログデバイスやパワーデバイスのように表層に電源層/接地(グランド)層などの配線パターンを設けないデバイスであっても同様である。
(Embodiment 13)
<Overview>
The laser beam LBEM is often irradiated from the back surface of the semiconductor device which is the sample SPL in defect analysis. However, in the case of a microcomputer or SOC in which a wiring pattern such as a power supply layer or a ground layer is not spread on the surface layer of the semiconductor device, it may be necessary to irradiate the laser beam LBEM from the surface. The same applies to devices that are not provided with a wiring pattern such as a power supply layer / ground (ground) layer on the surface layer, such as analog devices and power devices.

そこで、これに対応する光学系として反射対物光学系を装備したのが本実施の形態13である。   Therefore, the thirteenth embodiment is equipped with a reflective objective optical system as an optical system corresponding to this.

〈光学系構成例〉
図22、および図23は、図11の不良解析装置に反射対物光学系を設けた構成の一例を示す説明図である。
<Optical system configuration example>
22 and 23 are explanatory diagrams illustrating an example of a configuration in which the reflection objective optical system is provided in the defect analysis apparatus of FIG.

この場合、図11の対物レンズLEN2の代わりとなる円環ビーム調整機構BCON、および反射対物光学系HTOPTがそれぞれ設けられている。レーザ走査系部LSCNによってレーザビームLBEMを走査し、レーザ光学系部LOPTにて集束するが、その一部として円環ビーム調整機構BCONを装備させている。   In this case, an annular beam adjustment mechanism BCON, which is a substitute for the objective lens LEN2 in FIG. 11, and a reflective objective optical system HTOPT are provided. The laser beam LBEM is scanned by the laser scanning system unit LSCN and focused by the laser optical system unit LOPT, and an annular beam adjusting mechanism BCON is provided as a part thereof.

円環ビーム調整機構BCONは、例えば、アキシコンレンズペアのような円錐レンズを組み合わせた光学系であり、レーザビームLBEMを円環状に整形し、レンズペア間の距離を変えることによって円環の広がりを調整することができる。   The annular beam adjustment mechanism BCON is an optical system that combines conical lenses such as an axicon lens pair, for example, and shapes the laser beam LBEM into an annular shape and changes the distance between the lens pairs to expand the annular shape. Can be adjusted.

また、反射対物光学系HTOPTは、反射対物第1ミラーHTOPT1、反射対物第2ミラーHTOPT2、および反射対物第3ミラーHTOPT3から構成されている。円環ビーム調整機構BCONと真空チャンバCHMとの間には、半球状の反射対物第1ミラーHTOPT1が設けられている。この反射対物第1ミラーHTOPT1の斜め下方には、反射対物第2ミラーHTOPT2が設けられている。反射対物第3ミラーHTOPT3は、真空チャンバCHM内に設けられており、サンプルSPLの斜め上方に位置するように配置されている。   The reflective objective optical system HTOPT includes a reflective objective first mirror HTOPT1, a reflective objective second mirror HTOPT2, and a reflective objective third mirror HTOPT3. A hemispherical reflecting objective first mirror HTOPT1 is provided between the annular beam adjusting mechanism BCON and the vacuum chamber CHM. A reflective objective second mirror HTOPT2 is provided obliquely below the reflective objective first mirror HTOPT1. The reflective objective third mirror HTOPT3 is provided in the vacuum chamber CHM and is disposed so as to be located obliquely above the sample SPL.

円環ビーム調整機構BCONによって円環状に整形されたレーザビームLBEMは、図22に示すように、反射対物第1ミラーHTOPT1に照射される。その反射レーザは、反射対物第2ミラーHTOPT2によって反射されてサンプルSPLの裏面から照射される。これによってレーザ照射によるサンプルSPLの裏面からの解析を実施することができる。   As shown in FIG. 22, the laser beam LBEM shaped into an annular shape by the annular beam adjusting mechanism BCON is irradiated to the reflective objective first mirror HTOPT1. The reflected laser beam is reflected from the reflecting objective second mirror HTOPT2 and irradiated from the back surface of the sample SPL. Thus, analysis from the back surface of the sample SPL by laser irradiation can be performed.

一方、レーザビームLBEMは、図23に示すように、円環ビーム調整機構BCONを操作して円環の径を縮小することによって、反射対物第1ミラーHTOPT1、および反射対物第2ミラーHTOPT2の反射位置をかえることができる。   On the other hand, as shown in FIG. 23, the laser beam LBEM is reflected by the reflecting objective first mirror HTOPT1 and the reflecting objective second mirror HTOPT2 by operating the annular beam adjusting mechanism BCON to reduce the diameter of the annular ring. You can change the position.

これによって、反射対物第2ミラーHTOPT2から反射したレーザビームLBEMが、真空ウィンドウVWDを介してサンプルSPLの外周側を通過して反射対物第3ミラーHTOPT4に入射され、該反射対物第3ミラーHTOPT4にて反射されることにより、サンプルSPLの表面からの照射を可能とすることができる。これによって、サンプルSPL表面からのレーザによる解析を行うことができる。   As a result, the laser beam LBEM reflected from the reflective objective second mirror HTOPT2 passes through the outer periphery of the sample SPL via the vacuum window VWD and is incident on the reflective objective third mirror HTOPT4, and enters the reflective objective third mirror HTOPT4. By being reflected, it is possible to enable irradiation from the surface of the sample SPL. Thereby, the laser analysis from the surface of the sample SPL can be performed.

なお、実施の形態8〜13においては、図11の不良解析装置FKSの構成に適用した場合についてそれぞれ記載したが、実施の形態8〜13に説明した技術は、図1、あるいは図10に示した不良解析装置FKSにそれぞれ適用するようにしてもよい。   In the eighth to thirteenth embodiments, the case where the present invention is applied to the configuration of the failure analysis apparatus FKS of FIG. 11 is described. However, the technique described in the eighth to thirteenth embodiments is shown in FIG. 1 or FIG. The present invention may be applied to each failure analysis apparatus FKS.

以上のように、本実施の形態13による不良解析装置は、フォトン光学系(フォトン光学系FOT)が、円環ビーム調整機構(円環ビーム調整機構BCON)、および反射対物光学系(反射対物光学系HTOPT)を有する。   As described above, in the defect analysis apparatus according to the thirteenth embodiment, the photon optical system (photon optical system FOT) has an annular beam adjustment mechanism (annular beam adjustment mechanism BCON) and a reflection objective optical system (reflection objective optical). System HTOPT).

円環ビーム調整機構は、前記レーザビームを円環状に整形して円環の広がりを調整する。反射対物光学系は、前記円環ビーム調整機構よって円環状に整形されたレーザビームの反射角を調整し、前記サンプルの第1の面、および前記第1の面に対向する第2の面に前記レーザビームを照射する。   The ring beam adjusting mechanism adjusts the spread of the ring by shaping the laser beam into a ring shape. The reflection objective optical system adjusts the reflection angle of the laser beam shaped into an annular shape by the annular beam adjustment mechanism, and applies the first surface of the sample and the second surface opposite to the first surface. Irradiate the laser beam.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

例えば、実施の形態3において、EBCVDを用いて物理解析のためのマークを形成しているが、そこでのEB光学系をFIB光学系に置き換えることも有効である。つまり、EBCVDでのマークの替りにFIB加工でデバイス表面を刻むことでマークを形成すればよい。   For example, in the third embodiment, marks for physical analysis are formed using EBCVD, but it is also effective to replace the EB optical system there with an FIB optical system. That is, the mark may be formed by carving the device surface by FIB processing instead of the mark by EBCVD.

あるいは、直接FIB加工によって反応箇所に断面加工を施して斜めから断面観察することも可能である。または、FIB加工によるマイクロサンプリングでTEMやSTEMで観察、あるいは、分析するための薄片サンプルを抜き出す等の解析手段を採用して、解析の効率向上を図ることも可能となる。   Alternatively, it is possible to perform cross-sectional processing on the reaction site by direct FIB processing and observe the cross-section obliquely. Alternatively, it is possible to improve the efficiency of analysis by adopting an analysis means such as micro-sampling by FIB processing, which is observed by TEM or STEM, or by extracting a thin sample for analysis.

FKS 不良解析装置
CHM 真空チャンバ
BEM 電子ビーム
DEN 電子源
OPT 電子光学系
RVB 除振台
RVB1 除振台
PLT 定盤
VAL1 真空バルブ
VAL2 真空バルブ
VAL3 真空バルブ
VPE 真空配管
VPM 真空ポンプ
LCB ローディングチャンバ
SPL サンプル
APA1 アパーチャー
APA2 アパーチャー
CLEN コンデンサレンズ
PLS 偏光器
LEN1 対物レンズ
LEN2 対物レンズ
SST サンプルステージ
SHD サンプルホルダ
EDT 2次電子検出器
GIG ガスインジェクタ
MPR メカニカルプローバ
MPR1 メカニカルプローバ
MPR2 メカニカルプローバ
MPR3 メカニカルプローバ
MPR4 メカニカルプローバ
HAP ヘッドアンプ
MAP メインアンプ
VWD 真空ウィンドウ
FOT フォトン光学系
STG 光学系ステージ
STG1 光学系ステージ
LHT 照明系
RLD 反射レーザ検出器
LAR1 レーザ発振器
LAR2 レーザ発振器
ICAM 赤外線カメラ
HM1 ハーフミラー
HM2 ハーフミラー
HM3 ハーフミラー
MRR ミラー
SCN レーザ走査系
PC 制御装置
MON モニタ
PCON 電源/コントローラ
LBEM レーザビーム
HPAD サンプル押さえパッド
PLS 偏向器
PAD1,PAD2 パッド
LOPT レーザ光学系部
LSCN レーザ走査系部
FOP ファイバオプティクスプレート
SLN 固浸レンズ
LHLD 固浸レンズ保持機構
BCON 円環ビーム調整機構
HTOPT 反射対物光学系
HTOPT1 反射対物第1ミラー
HTOPT2 反射対物第2ミラー
HTOPT3 反射対物第3ミラー
FKS defect analysis device CHM vacuum chamber BEM electron beam DEN electron source OPT electron optical system RVB vibration isolation table RVB1 vibration isolation table PLT surface plate VAL1 vacuum valve VAL2 vacuum valve VAL3 vacuum valve VPE vacuum piping VPM vacuum pump LCB loading chamber SPL sample APA1 aperture APA2 Aperture CLEN Condenser lens PLS Polarizer LEN1 Objective lens LEN2 Objective lens SST Sample stage SHD Sample holder EDT Secondary electron detector GIG Gas injector MPR Mechanical prober MPR1 Mechanical prober MPR2 Mechanical prober MPR3 Mechanical prober MPR4 Mechanical prober MAP Main amplifier MAP Main amplifier MAP Main amplifier VWD Vacuum window FOT Photon optical system ST G optical system stage STG1 optical system stage LHT illumination system RLD reflection laser detector LAR1 laser oscillator LAR2 laser oscillator ICAM infrared camera HM1 half mirror HM2 half mirror HM3 half mirror MRR mirror SCN laser scanning system PC controller MON monitor PCON power supply / controller LBEM Laser beam HPAD Sample holding pad PLS Deflector PAD1, PAD2 Pad LOPT Laser optical system section LSCN Laser scanning system section FOP Fiber optics plate SLN Solid immersion lens LHLD Solid immersion lens holding mechanism BCON Ring beam adjustment mechanism HTOPT Reflective objective optical system HTOPT1 Reflection Objective first mirror HTOPT2 Reflective objective second mirror HTOPT3 Reflective objective third mirror

Claims (20)

真空排気される真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に設けられ、解析対象となるサンプルを載置して移動させるステージと、
前記真空チャンバ内に設けられ、電子線を集束、走査、照射する電子光学系と、
前記真空チャンバ内に設けられ、電子線照射によって発生する2次電子を検出する検出器と、
前記真空チャンバ内に設けられ、電子線照射によって分解、および固着するガスを供給するガスインジェクタと、
前記真空チャンバ内に設けられ、前記サンプルの表面をプロービングするメカニカルプローバと、
前記真空チャンバを積載する定盤と、
前記定盤から伝わる振動が前記真空チャンバに伝わることを防止する第1の除振台と、
レーザビームを発振して射出するレーザ発振器と、
前記真空チャンバの下方に設けられ、前記レーザ発振器から射出されたレーザビームを集束させて前記サンプルに照射するフォトン光学系と、
前記フォトン光学系を移動させる光学系ステージと、
前記サンプルから反射した反射光を検出し、レーザ顕微鏡像を形成する反射レーザ検出器と、
前記サンプルから発生する光を検出する赤外線カメラとを有し、
前記真空チャンバは、
底面に光を透過させる材質からなる真空窓を有し、前記フォトン光学系から射出されるレーザビームを前記真空窓を介して前記サンプルに照射する、不良解析装置。
A vacuum chamber to be evacuated;
A stage provided in the vacuum chamber for placing and moving a sample to be analyzed;
An electron optical system provided in the vacuum chamber for focusing, scanning, and irradiating an electron beam;
A detector provided in the vacuum chamber for detecting secondary electrons generated by electron beam irradiation;
A gas injector provided in the vacuum chamber for supplying a gas to be decomposed and fixed by electron beam irradiation;
A mechanical prober provided in the vacuum chamber for probing the surface of the sample;
A surface plate for loading the vacuum chamber;
A first vibration isolation table for preventing vibration transmitted from the surface plate from being transmitted to the vacuum chamber;
A laser oscillator for emitting and emitting a laser beam;
A photon optical system that is provided below the vacuum chamber and focuses the laser beam emitted from the laser oscillator and irradiates the sample;
An optical system stage for moving the photon optical system;
A reflected laser detector that detects reflected light reflected from the sample and forms a laser microscope image;
An infrared camera for detecting light generated from the sample;
The vacuum chamber is
A defect analysis apparatus having a vacuum window made of a material that transmits light on a bottom surface, and irradiating the sample with a laser beam emitted from the photon optical system through the vacuum window.
請求項1記載の不良解析装置において、
前記光学系ステージが搭載され、前記光学系ステージ、および前記フォトン光学系から発生する振動が前記真空チャンバに伝わることを防止する第2の除振台を有する、不良解析装置。
The defect analysis apparatus according to claim 1,
A failure analysis apparatus including the optical system stage, and a second vibration isolation table that prevents vibration generated from the optical system stage and the photon optical system from being transmitted to the vacuum chamber.
請求項1記載の不良解析装置において、
前記フォトン光学系は、
前記サンプルにレーザビームを集束させる対物レンズがズームレンズである、不良解析装置。
The defect analysis apparatus according to claim 1,
The photon optical system is
A defect analysis apparatus, wherein the objective lens that focuses the laser beam on the sample is a zoom lens.
請求項1記載の不良解析装置において、
前記フォトン光学系は、
前記サンプルにレーザビームを集束させる対物レンズが高開口率の広視野レンズである、不良解析装置。
The defect analysis apparatus according to claim 1,
The photon optical system is
The defect analysis apparatus, wherein the objective lens that focuses the laser beam on the sample is a wide-field lens having a high aperture ratio.
真空排気される真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に設けられ、電子線を集束、走査、照射する電子光学系と、
前記真空チャンバ内に設けられ、電子線照射によって発生する2次電子を検出する検出器と、
前記真空チャンバ内に設けられ、電子線照射によって分解、および固着するガスを供給するガスインジェクタと、
前記真空チャンバ内に設けられ、解析対象となるサンプルの表面をプロービングするメカニカルプローバと、
前記真空チャンバを積載する定盤と、
前記定盤から伝わる振動が前記真空チャンバに伝わることを防止する第1の除振台と、
レーザビームを発振して射出するレーザ発振器と、
前記真空チャンバの下方に設けられ、前記レーザ発振器から射出されたレーザビームを集束させて前記サンプルに照射するフォトン光学系と、
前記フォトン光学系を移動させる光学系ステージと、
前記サンプルから反射した反射光を検出し、レーザ顕微鏡像を形成する反射レーザ検出器と、
前記サンプルから発生する光を検出する赤外線カメラとを有し、
前記真空チャンバは、
底面に光を透過させる材質からなる真空窓を有し、前記真空窓に載置された前記サンプルに前記フォトン光学系から射出されるレーザビームを照射する、不良解析装置。
A vacuum chamber to be evacuated;
An electron optical system provided in the vacuum chamber for focusing, scanning, and irradiating an electron beam;
A detector provided in the vacuum chamber for detecting secondary electrons generated by electron beam irradiation;
A gas injector provided in the vacuum chamber for supplying a gas to be decomposed and fixed by electron beam irradiation;
A mechanical prober provided in the vacuum chamber for probing the surface of the sample to be analyzed;
A surface plate for loading the vacuum chamber;
A first vibration isolation table for preventing vibration transmitted from the surface plate from being transmitted to the vacuum chamber;
A laser oscillator for emitting and emitting a laser beam;
A photon optical system that is provided below the vacuum chamber and focuses the laser beam emitted from the laser oscillator and irradiates the sample;
An optical system stage for moving the photon optical system;
A reflected laser detector that detects reflected light reflected from the sample and forms a laser microscope image;
An infrared camera for detecting light generated from the sample;
The vacuum chamber is
A defect analysis apparatus having a vacuum window made of a material that transmits light on a bottom surface, and irradiating the sample placed on the vacuum window with a laser beam emitted from the photon optical system.
請求項5記載の不良解析装置において、
さらに、前記真空チャンバ内に設けられ、先端部に前記サンプルを保持するサンプルホルダが設けられ、前記サンプルホルダを移動させることにより前記サンプルを移動させるサンプル移動用メカニカルプローバを有する、不良解析装置。
The defect analysis apparatus according to claim 5,
Furthermore, a failure analysis apparatus provided with a sample holder provided in the vacuum chamber and holding the sample at a tip, and having a sample moving mechanical prober for moving the sample by moving the sample holder.
請求項5記載の不良解析装置において、
前記フォトン光学系は、前記サンプルにレーザビームを集束させる対物レンズの先端部に固浸レンズを有し、
前記固浸レンズは、前記サンプルにレーザビームを集束させる際に前記真空窓に密着させ、
前記真空窓は、シリコンからなる、不良解析装置。
The defect analysis apparatus according to claim 5,
The photon optical system has a solid immersion lens at the tip of an objective lens that focuses a laser beam on the sample,
The solid immersion lens is closely attached to the vacuum window when focusing the laser beam on the sample,
The vacuum window is a failure analysis device made of silicon.
請求項5記載の不良解析装置において、
前記真空窓は、前記フォトン光学系側の表面に半球状の固浸レンズが一体化して形成され、
前記真空窓の材質は、シリコンである、不良解析装置。
The defect analysis apparatus according to claim 5,
The vacuum window is formed by integrating a hemispherical solid immersion lens on the surface of the photon optical system side,
The defect analysis apparatus, wherein the vacuum window is made of silicon.
請求項5記載の不良解析装置において、
前記フォトン光学系は、
前記レーザビームを円環状に整形して円環の広がりを調整する円環ビーム調整機構と、
前記円環ビーム調整機構によって円環状に整形されたレーザビームの反射角を調整し、前記サンプルの第1の面、および前記第1の面に対向する第2の面に前記レーザビームを照射する反射対物光学系とを有する、不良解析装置。
The defect analysis apparatus according to claim 5,
The photon optical system is
An annular beam adjusting mechanism for adjusting the spread of the annular shape by shaping the laser beam into an annular shape;
The reflection angle of the laser beam shaped into an annular shape by the annular beam adjusting mechanism is adjusted, and the first surface of the sample and the second surface opposite to the first surface are irradiated with the laser beam. A failure analysis apparatus having a reflection objective optical system.
請求項5記載の不良解析装置において、
前記フォトン光学系は、
前記サンプルにレーザビームを集束させる対物レンズがズームレンズ、または高開口率の広視野レンズのいずれかである、不良解析装置。
The defect analysis apparatus according to claim 5,
The photon optical system is
The defect analysis apparatus, wherein the objective lens that focuses the laser beam on the sample is either a zoom lens or a wide-field lens having a high aperture ratio.
真空チャンバ内のステージに載置した解析対象であるサンプルへの電子光学系による電子ビームの照射、走査から得られる走査電子顕微鏡像とレイアウト像とを対照して、前記電子光学系側のステージ座標系とレイアウト座標系とを対応させる座標系ロックを行うステップと、
前記サンプルの第1の面側から、EBAC解析を行うことにより、前記サンプルの不良を解析するステップと、
前記第1の面と対向する面である前記サンプルの第2の面側から、OBIRCH解析を行い、前記サンプルの不良を解析するステップと、
前記EBAC解析、およびOBIRCH解析によって特定した短絡箇所に目印となる解析マークを形成するステップとを有する、半導体装置の不良解析方法。
Stage coordinates on the electron optical system side by comparing the scanning electron microscope image obtained from the electron beam irradiation and scanning with the electron optical system on the sample to be analyzed placed on the stage in the vacuum chamber and the layout image Performing a coordinate system lock that associates the system with the layout coordinate system;
Analyzing the defect of the sample by performing EBAC analysis from the first surface side of the sample;
Performing OBIRCH analysis from the second surface side of the sample, which is a surface facing the first surface, and analyzing defects of the sample;
A defect analysis method for a semiconductor device, comprising the step of forming an analysis mark serving as a mark at a short-circuit portion specified by the EBAC analysis and the OBIRCH analysis.
請求項11記載の半導体装置の不良解析方法において、
前記EBAC解析を行うステップは、
前記サンプルの解析対象配線に前記真空チャンバ内に設置した第1のメカニカルプローバの針を接触させるステップと、
前記電子ビームを集束、走査、照射した状態で、接触させた前記第1のメカニカルプローバが検出する前記解析対象配線に吸収された電子ビーム電流の変化から第1の電流像を取得し、前記第1の電流像とレイアウトデータとを対照して、前記解析対象配線と短絡している短絡配線を特定するステップとを有し、
前記OBIRCH解析を行うステップは、
前記短絡配線に第2のメカニカルプローバの針を接触させるステップと、
前記サンプルの第2の面から、フォトン光学系によってレーザビームを集束、走査、照射し、前記第1のメカニカルプローバと前記第2のメカニカルプローバと間に流れる電流の変化から電流像を取得して前記短絡配線の短絡位置を特定するステップとを有する、半導体装置の不良解析方法。
The defect analysis method for a semiconductor device according to claim 11,
The step of performing the EBAC analysis includes:
Bringing the needle of the first mechanical prober installed in the vacuum chamber into contact with the wiring to be analyzed of the sample;
In a state where the electron beam is focused, scanned, and irradiated, a first current image is acquired from a change in the electron beam current absorbed in the analysis target wiring detected by the contacted first mechanical prober, and the first current image is acquired. Comparing the current image of 1 with layout data, and identifying a short-circuited wiring that is short-circuited with the analysis-targeted wiring,
The step of performing the OBIRCH analysis includes:
Contacting a needle of a second mechanical prober with the short-circuit wiring;
A laser beam is focused, scanned, and irradiated from the second surface of the sample by a photon optical system, and a current image is obtained from a change in current flowing between the first mechanical prober and the second mechanical prober. And a step of identifying a short-circuit position of the short-circuit wiring.
請求項11記載の半導体装置の不良解析方法において、
前記解析マークを形成するステップは、
前記真空チャンバ内に膜析出ガスを導入し、特定した前記短絡箇所の近傍に前記電子ビームを照射して析出膜を形成し、前記サンプル上に解析マークを形成する、半導体装置の不良解析方法。
The defect analysis method for a semiconductor device according to claim 11,
Forming the analysis mark comprises:
A defect analysis method for a semiconductor device, wherein a film deposition gas is introduced into the vacuum chamber, the electron beam is irradiated in the vicinity of the identified short-circuited portion to form a deposited film, and an analysis mark is formed on the sample.
請求項11記載の半導体装置の不良解析方法において、
さらに、前記サンプルにレーザビームを照射しながらテストパターンを掃引し、パス/フェイル判定結果の変化からマージン性不良位置を検出するステップと、
前記マージン性不良位置に存在するスルーホールをレイアウトデータから抽出し、前記スルーホールに接続されている配線である被疑配線をリストアップするステップと、
前記被疑配線をEBAC解析し、その解析結果に基づいて、不良要因の最被疑候補となる最被疑スルーホールを特定するステップとを有する、半導体装置の不良解析方法。
The defect analysis method for a semiconductor device according to claim 11,
Furthermore, sweeping a test pattern while irradiating the sample with a laser beam, and detecting a marginal defect position from a change in a pass / fail judgment result;
Extracting a through hole existing at the marginal defect position from layout data and listing a suspected wiring that is a wiring connected to the through hole; and
A failure analysis method for a semiconductor device, comprising: performing an EBAC analysis on the suspected wiring and identifying a most likely through hole that is a most likely candidate of a failure factor based on the analysis result.
請求項14記載の半導体装置の不良解析方法において、
最被疑スルーホールを特定するステップは、
電子ビームを前記サンプルに走査して走査電子顕微鏡像を観察し、前記被疑配線にメカニカルプローバの針を接触させるステップと、
検出した前記マージン性不良位置に前記レーザビームの照射を実施した状態で、前記電子ビームを集束、走査、照射し、前記被疑配線に接触させた前記メカニカルプローバが検出する電子ビーム電流の変化から第1の電流像を取得するステップと、
前記レーザビームの照射を停止し、前記電子ビームを集束、走査、照射した状態で前記被疑配線に接触させた前記メカニカルプローバが検出する電子ビーム電流の変化から第2の電流像を取得するステップと、
取得した前記第1、および前記第2の電流像に差異があるかを比較し、差異が生じている場合、前記マージン性不良位置内の配線に接続されているスルーホールを不良要因の最被疑候補として特定するステップとを有する、半導体装置の不良解析方法。
15. The failure analysis method for a semiconductor device according to claim 14,
The steps to identify the most likely through hole are:
Scanning the sample with an electron beam to observe a scanning electron microscope image, and contacting a probe of a mechanical prober with the suspected wiring;
From the change of the electron beam current detected by the mechanical prober that focuses, scans and irradiates the electron beam in a state where the laser beam is irradiated to the detected marginal defect position, and contacts the suspected wiring. Obtaining a current image of 1;
Stopping the irradiation of the laser beam, and acquiring a second current image from a change in the electron beam current detected by the mechanical prober brought into contact with the suspected wiring in a state where the electron beam is focused, scanned, and irradiated; ,
If there is a difference between the acquired first and second current images, and if there is a difference, the through hole connected to the wiring in the marginal defect position is the most likely cause of the defect. A failure analysis method for a semiconductor device, the method comprising: specifying as a candidate.
請求項11記載の半導体装置の不良解析方法において、
さらに、前記サンプルの特徴的なパターンを電子顕微鏡像から選択するステップと、
前記サンプルの第2の面における前記パターンをレーザ走査顕微鏡、または赤外顕微鏡の画像から選択するステップと、
前記電子顕微鏡像から選択した前記パターンとレーザ走査顕微鏡、または赤外顕微鏡の画像から選択した前記パターンとのずれ量を計算し、前記電子光学系が有する電子ビーム偏向器にオフセット電圧を重畳して光軸を補正するステップと、
メカニカルプローバの針を前記サンプルに形成された電極に接触させて電源、および信号を供給し、前記サンプルを動作、または停止させて不良を再現する状態を保持し、前記サンプルの第2の面からレーザビームの集束、走査、照射によって発生する電流の変化から電流像を取得し、不良起因箇所を特定するステップとを有する、半導体装置の不良解析方法。
The defect analysis method for a semiconductor device according to claim 11,
Further, selecting a characteristic pattern of the sample from an electron microscopic image;
Selecting the pattern on the second side of the sample from a laser scanning microscope or infrared microscope image;
The amount of deviation between the pattern selected from the electron microscope image and the pattern selected from the image of a laser scanning microscope or infrared microscope is calculated, and an offset voltage is superimposed on the electron beam deflector of the electron optical system. Correcting the optical axis;
A mechanical prober needle is brought into contact with the electrode formed on the sample to supply power and a signal, and the sample is operated or stopped to maintain a state in which a defect is reproduced, from the second surface of the sample. A method for analyzing a failure of a semiconductor device, comprising: acquiring a current image from a change in current generated by focusing, scanning, and irradiation of a laser beam, and specifying a defect-causing portion.
請求項11記載の半導体装置の不良解析方法において、
前記サンプルの特徴的なパターンを電子顕微鏡像から選択するステップと、
前記サンプルの第2の面における前記パターンをレーザ走査顕微鏡、または赤外顕微鏡の画像から選択するステップと、
前記電子顕微鏡像から選択した前記パターンとレーザ走査顕微鏡、または赤外顕微鏡の画像から選択した前記パターンとのずれ量を計算し、前記電子光学系が有する電子ビーム偏向器にオフセット電圧を重畳して光軸を補正するステップと、
メカニカルプローバの針を前記サンプルに形成された電極に接触させて電源、および信号を供給し、前記サンプルを動作、または停止させて不良を再現する状態を保持し、前記サンプルの第2の面から発生する光を赤外線カメラで検出し、不良起因箇所を特定するステップとを有する、半導体装置の不良解析方法。
The defect analysis method for a semiconductor device according to claim 11,
Selecting a characteristic pattern of the sample from an electron microscopic image;
Selecting the pattern on the second side of the sample from a laser scanning microscope or infrared microscope image;
The amount of deviation between the pattern selected from the electron microscope image and the pattern selected from the image of a laser scanning microscope or infrared microscope is calculated, and an offset voltage is superimposed on the electron beam deflector of the electron optical system. Correcting the optical axis;
A mechanical prober needle is brought into contact with the electrode formed on the sample to supply power and a signal, and the sample is operated or stopped to maintain a state in which a defect is reproduced, from the second surface of the sample. Detecting a generated light with an infrared camera and identifying a defect-causing part.
請求項11記載の半導体装置の不良解析方法において、
さらに、解析対象サンプル中の既知の不良に関連する既知配線と電源配線、または接地配線のいずれかに対してメカニカルプローバの針をそれぞれ接触させるステップと、
前記レーザビームを集束、照射、走査することで発生する前記メカニカルプローバ間に流れる電流の変化から電流像を取得するステップと、
前記電流像における前記既知配線の出力反応と他の配線である未知配線の出力反応との有無を検出し、前記未知配線の出力反応を検出した場合、前記ステージのステージ座標系の画像とレイアウト座標系の画像と間における特徴的パターンを複数箇所対応付けることで座標系の変換係数を求めてそれぞれの座標系を対応させる座標系ロックを行うステップと、
前記既知配線と隣り合う隣接配線をレイアウトデータから抽出するステップと、
前記未知配線の出力反応が含まれる配線である出力部対応配線をレイアウトデータから抽出するステップと、
前記隣接配線と前記出力部対応配線とを対照して同じ不良を含んでいる共通配線を抽出するステップとを有する、半導体装置の不良解析方法。
The defect analysis method for a semiconductor device according to claim 11,
Further, contacting each of the mechanical prober needles to either a known wiring and a power wiring or a ground wiring related to a known defect in the sample to be analyzed;
Obtaining a current image from a change in current flowing between the mechanical probers generated by focusing, irradiating and scanning the laser beam;
In the current image, the presence / absence of the output response of the known wiring and the output response of the unknown wiring which is another wiring is detected, and when the output response of the unknown wiring is detected, the image and layout coordinates of the stage coordinate system of the stage Performing a coordinate system lock for associating a coordinate pattern with a plurality of characteristic patterns between the image of the system to obtain a conversion coefficient of the coordinate system and corresponding each coordinate system;
Extracting adjacent wiring adjacent to the known wiring from layout data;
Extracting an output part corresponding wiring which is a wiring including an output reaction of the unknown wiring from layout data;
And a step of extracting a common wiring including the same defect by comparing the adjacent wiring and the output portion corresponding wiring.
請求項18記載の半導体装置の不良解析方法において、
さらに、前記未知配線に前記メカニカルプローバの針を接触させるステップと、
前記既知配線と前記未知配線との間に前記メカニカルプローバを介して電圧を印加した状態で、前記レーザビームを集束、照射、走査することで発生する電流の変化から電流像を取得するステップと、
前記電流像中に点状反応が発生、あるいは前記既知配線と前記共通配線の配線経路の折り返し反応が発生しているか否かを検出するステップとを有する、半導体装置の不良解析方法。
The semiconductor device failure analysis method according to claim 18,
Furthermore, the step of contacting the needle of the mechanical prober to the unknown wiring,
Obtaining a current image from a change in current generated by focusing, irradiating and scanning the laser beam in a state where a voltage is applied via the mechanical prober between the known wiring and the unknown wiring;
And detecting whether or not a point-like reaction has occurred in the current image or a turn-back reaction of a wiring path of the known wiring and the common wiring has occurred.
請求項11記載の半導体装置の不良解析方法において、
さらに、前記ステージに載置した前記サンプルの配線と電源配線または接地配線に対して前記電子光学系による電子ビームの集束、走査、照射で得られる走査電子顕微鏡像を観察してメカニカルプローバの針を接触させるプロービング工程と、
前記電子ビームを集束、走査、照射した状態で、接触させた前記メカニカルプローバの針から検出する前記配線に吸収された電子ビーム電流を増幅し、吸収電子ビーム電流の変化を電流像として取得するステップと、
前記電流像における前記配線の出力位置に対応した反応座標を前記ステージのステージ座標系において認識するステップと、
前記配線にプロービングした前記メカニカルプローバと電源または接地配線にプロービングした前記メカニカルプローバとの間に電圧を印加、または未印加の状態で前記サンプルの第2の面からレーザビームを集束、走査、照射することで発生する前記メカニカルプローバ間に流れる電流の変化を検出し電流像として取得するステップと、
前記電流像の前記配線の出力位置に対応した反応座標を、前記レーザビームを照射するフォトン光学系のステージ座標系において認識するステップと、
前記配線の出力位置のレイアウト座標系での座標と前記ステージのステージ座標系において認識されている前記配線の出力位置と前記フォトン光学系のステージ座標系において認識されている前記配線の出力位置とを対応させて、前記レイアウト座標系への変換係数を計算するステップとを有する、半導体装置の不良解析方法。
The defect analysis method for a semiconductor device according to claim 11,
Further, a scanning probe microscope image obtained by focusing, scanning, and irradiating the electron beam with the electron optical system is observed on the sample wiring and the power supply wiring or ground wiring placed on the stage, and the needle of the mechanical prober is used. A probing process for contact;
Amplifying the electron beam current absorbed in the wiring detected from the needle of the mechanical prober in contact with the electron beam focused, scanned and irradiated, and acquiring a change in the absorbed electron beam current as a current image When,
Recognizing in the stage coordinate system of the stage the reaction coordinates corresponding to the output position of the wiring in the current image;
A laser beam is focused, scanned, and irradiated from the second surface of the sample in a state where a voltage is applied or not applied between the mechanical prober probed on the wiring and the mechanical prober probed on a power supply or ground wiring. Detecting a change in current flowing between the mechanical probers generated by the above and obtaining a current image; and
Recognizing a reaction coordinate corresponding to an output position of the wiring of the current image in a stage coordinate system of a photon optical system that irradiates the laser beam;
The coordinates of the output position of the wiring in the layout coordinate system, the output position of the wiring recognized in the stage coordinate system of the stage, and the output position of the wiring recognized in the stage coordinate system of the photon optical system. Correspondingly, calculating a conversion coefficient to the layout coordinate system.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105225909A (en) * 2015-09-17 2016-01-06 北京大学 A kind of sample platform of scanning electronic microscope positioner and localization method thereof
JP2016189326A (en) * 2015-03-27 2016-11-04 新日鐵住金株式会社 Test device and electron microscope including the same
CN106645250A (en) * 2016-11-21 2017-05-10 宁波聚瑞精密仪器有限公司 Scanning transmission electron microscope with optical imaging function
CN108646167A (en) * 2018-04-27 2018-10-12 中科晶源微电子技术(北京)有限公司 The Electron-beam measuring device and method of laser assisted for semiconductor devices
US10359468B2 (en) 2016-03-16 2019-07-23 Toshiba Memory Corporation Thermal laser stimulation apparatus, method of thermally stimulating, and non-transitory computer readable medium
CN112313782A (en) * 2018-06-28 2021-02-02 株式会社日立高新技术 Semiconductor inspection device
WO2021068736A1 (en) * 2020-05-13 2021-04-15 聚束科技(北京)有限公司 Scanning electron microscope
JP7186934B1 (en) * 2021-07-19 2022-12-09 浜松ホトニクス株式会社 Semiconductor failure analysis device and semiconductor failure analysis method
WO2023002688A1 (en) * 2021-07-19 2023-01-26 浜松ホトニクス株式会社 Semiconductor error analysis device and semiconductor error analysis method
CN116136504A (en) * 2023-04-17 2023-05-19 北京中科科仪股份有限公司 Film detection device
CN106645250B (en) * 2016-11-21 2024-04-26 宁波聚瑞精密仪器有限公司 Scanning transmission electron microscope with optical imaging function

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016189326A (en) * 2015-03-27 2016-11-04 新日鐵住金株式会社 Test device and electron microscope including the same
CN105225909A (en) * 2015-09-17 2016-01-06 北京大学 A kind of sample platform of scanning electronic microscope positioner and localization method thereof
US10359468B2 (en) 2016-03-16 2019-07-23 Toshiba Memory Corporation Thermal laser stimulation apparatus, method of thermally stimulating, and non-transitory computer readable medium
CN106645250B (en) * 2016-11-21 2024-04-26 宁波聚瑞精密仪器有限公司 Scanning transmission electron microscope with optical imaging function
CN106645250A (en) * 2016-11-21 2017-05-10 宁波聚瑞精密仪器有限公司 Scanning transmission electron microscope with optical imaging function
CN108646167A (en) * 2018-04-27 2018-10-12 中科晶源微电子技术(北京)有限公司 The Electron-beam measuring device and method of laser assisted for semiconductor devices
CN108646167B (en) * 2018-04-27 2020-12-04 中科晶源微电子技术(北京)有限公司 Laser-assisted electron beam inspection apparatus and method for semiconductor devices
CN112313782A (en) * 2018-06-28 2021-02-02 株式会社日立高新技术 Semiconductor inspection device
CN112313782B (en) * 2018-06-28 2023-10-13 株式会社日立高新技术 Semiconductor inspection device
US11508548B2 (en) 2020-05-13 2022-11-22 Focus-Ebeam Technology (Beijing) Co., Ltd. Scanning electron microscope
WO2021068736A1 (en) * 2020-05-13 2021-04-15 聚束科技(北京)有限公司 Scanning electron microscope
JP7186934B1 (en) * 2021-07-19 2022-12-09 浜松ホトニクス株式会社 Semiconductor failure analysis device and semiconductor failure analysis method
WO2023002688A1 (en) * 2021-07-19 2023-01-26 浜松ホトニクス株式会社 Semiconductor error analysis device and semiconductor error analysis method
CN116136504A (en) * 2023-04-17 2023-05-19 北京中科科仪股份有限公司 Film detection device
CN116136504B (en) * 2023-04-17 2024-01-05 北京中科科仪股份有限公司 Film detection device

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